烧结烟气联合脱硫脱硝技术的探讨与选择
钢铁行业SO2和NOX的排放主要来自于烧结过程，传统脱硫脱硝技术会造成烟气净化系统复杂和治理成本提高，因此联合脱硫脱硝技术应运而生。文中结合烧结烟气的特点对联合脱硫脱硝技术的适用情况进行探讨，最后对钢铁行业烧结烟气联合脱硫脱硝技术路线的选择提出了建议。
一、概述
钢铁工业是国民经济的重要支柱产业，其SO2和NOX排放量分别占全国总排放量的8.8%及8%，均仅次于电力行业，位居全国第二。钢铁企业中有约80%的SO2和50%的NOX来自铁矿烧结工艺，烧结烟气已成为钢铁企业SO2和NOX的最大产生源。
二、钢铁行业烧结烟气的特点
钢铁行业烧结过程是一个高温燃烧条件下的复杂物理、化学过程，在高温烧结过程中产生含有SO2、NOX、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多种污染物和粉尘的废气。由于烧结工艺及原料成分和配比的不稳定性，致使烟气成分复杂，烟气流量、温度及污染物浓度大幅度波动，主要有以下几个特点[1]：(1)烟气温度变化大，一般为120~180℃;(2)烟气量波动大，幅度可高达40%以上;(3)SO2浓度变化大，范围在400~5,000mg/Nm3之间;(4)烟气的含湿量大且不稳定，一般为10%~13%;(5)烟气含氧量高，一般为15%~18%;(6)含有多种污染物，除含有SO2、NOX、粉尘外，还含有重金属、二噁英等。
三、联合脱硫脱硝技术介绍
目前对烧结烟气中各种污染物的控制一般采用单独脱除的方法，会造成烟气净化系统复杂和治理成本提高，而系统的复杂化使得相互配合困难，进而造成烟气净化系统整体可靠性的降低。因此，必须针对其自身的特点，进行综合考虑，联合脱硫脱硝技术是一种可有效降低投资、简化系统流程的技术路线。
烟气脱硫脱硝技术可分为两大类：传统脱硫脱硝技术和联合脱硫脱硝技术。传统脱硫脱硝技术是应用传统的脱硫技术(FGD)和选择性催化还原技术(SCR)各自独立工作，分别脱除烟气中的SO2和NOX。联合脱硫脱硝技术是应用一种技术在整个系统内同时脱除SO2和NOX，分为干法联合脱硫脱硝技术和湿法联合脱硫脱硝技术。
1.传统脱硫脱硝技术
在烧结烟气处理中应用比较广泛的Wet-FGD工艺是石灰石-石膏法或氨-硫酸铵法。SCR是以氨作还原剂、钒钨钛体系为催化剂来消除尾气中NOX的工艺，无法直接应用于烧结烟气中NOX的治理，需对烧结烟气进行加热升温，达到催化剂需要的反应温度。传统脱硫脱硝技术(Wet-FGD+SCR)是利用碱性浆液或溶液脱硫和NH3选择性催化还原脱硝的组合。该工艺的特点是脱硫脱硝效率高，吸收剂利用率高，其缺点是工程庞大，投资和运行费用高，且需要大量的水，并易形成二次污染。
2.干法联合脱硫脱硝技术
干法联合脱硫脱硝技术主要包括固相吸附再生法、气/固催化法和等离子体法等。
固相吸附再生法的原理是将烟气通过固体吸附剂与烟气中的SO2/NOX反应生成盐类物质，然后在一定条件下通过不同的方法将SO2/NOX脱附出来再进行转化，主要有活性炭/焦(AC)法[2，3]和CuO/Al2O3法[4]。
气/固催化法主要有SNRB、SNOX、DESONOX和烟气循环流化床(CFB)联合脱硫脱硝技术四种，主要是在高温(300~500℃)和催化剂存在的情况下，脱硫剂和脱硝剂对SO2和NOX的联合脱除[5]。
等离子体联合脱硫脱硝技术可分为电子束法和脉冲电晕法。主要原理是利用电子束或高压脉冲放电，采用其高能量的特性，使烟气产生高活性OH、O、HO2等物质，利用这些高活性物质脱除SOX、NOX，其主要产物为硫酸、硝酸，该产物可以通过氨中和手段进行回收[6]。
3.湿法联合脱硫脱硝技术
湿法脱硫工艺可以获得较高的脱硫效率，但是由于NO难溶于水，很难同时获得较高的脱硝率。针对烟气中NO难溶于水从而限制联合脱硫脱硝工艺的问题，通过在液相中加入络合剂或者大量具有强氧化性的添加剂，可有效提高脱硝率。根据液相中发生化学反应的不同，这些方法可以分为碱液吸收法、络合吸收法、还原吸收法[7]和氧化吸收法[8]。
四、烧结烟气联合脱硫脱硝技术适用性的探讨
烧结烟气具有温度(120~180℃)变化大、烟气量变化大及SO2浓度变化大等特点，现对以上联合脱硫脱硝技术的适用性进行探讨。
(1)传统脱硫脱硝技术(Wet-FGD+SCR)：由于现有烧结工序中没有适宜于SCR脱硝技术的温度区间，需对烧结烟气进行再次加热，耗费大量能源。采用石灰石-石膏法脱硫+SCR脱硝技术系统复杂，投资和运行费用高，适用于已建成石灰石-石膏法脱硫，且排放要求较高的重点地区。
(2)干法联合脱硫脱硝技术：固相吸附再生法存在一次性投资较大、长期运行固相吸附能力下降、吸附剂成本较高[4]等不足;气/固催化法类似于SCR脱硝技术，需要较高的反应温度区间，能耗较大，运行费用较高，且脱硫效率较低;等离子体法存在设备昂贵、系统运行和维护工作量大、能耗大和运行效率不稳定等[6]问题，大规模工程化暂不成熟。
(3)湿法联合脱硫脱硝技术：通过在液相中加入络合剂或强氧化性的添加剂，解决NO难溶于水从而限制联合脱硫脱硝工艺的问题，有效提高脱硝率。结合目前已广泛采用的氨-硫铵法湿法脱硫工艺，更具有实施联合脱硫脱硝技术的条件和市场。氨-硫铵法湿法脱硫工艺具有一定的脱硝能力，脱硝效率一般为20%~40%，如对NOX进行预处理，脱硝效率可达到50%~70%，可有效利用氨法脱硫的特点，结合新建或已建氨法脱硫装置进行联合脱硫脱硝处理，投资和运行费用较低，有较好的发展前景。
五、工程实例分析
某钢厂360m2烧结机烟气进行联合脱硫脱硝处理，原烟气参数如表1所示。
根据以上分析，可采用氨-硫铵法湿法脱硫工艺，配合氧化脱硝的技术，氨法烟气脱硫工艺的脱硝原理如下：
2NO+O2=2NO2(1)
2NO2+H2O=HNO3+HNO2(2)
NH3+HNO3=NH4NO3(3)
NH3+HNO2=NH4NO2(4)
4(NH4)2SO3+2NO2=N2+4(NH4)2SO4(5)
主要包括以下系统：氨水制备储运系统、烟气系统、氧化剂投加系统、SO2/NOX吸收系统、浓缩系统、副产物离心干燥系统及包装储存系统等，图1为烟气净化工艺流程图。
原烟气由增压风机从烧结主抽风机后烟道引入脱硫塔，在脱硫塔内添加氧化剂，经过塔内喷淋吸收后，去除烟气中的SO2和NOX，然后经湿烟囱排放，副产物经浓缩结晶后进入离心机进行固液分离，再经过干燥机和包装机完成副产物的制备。本项目处理后净烟气中SO2浓度≤100mg/Nm3，NOX浓度≤100mg/Nm3，满足国家排放标准《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012)的要求。
六、结语
通过对目前广泛开展研究和工业化的烟气联合脱硫脱硝技术的分析，结合钢铁行业烧结机烟气的特点，对钢铁行业烧结烟气联合脱硫脱硝技术路线的选择进行了探讨，并进行了工程实例分析，认为结合新建或已建氨法脱硫装置进行联合脱硫脱硝处理，有较好的发展前景。