简介： 本文结合某钢厂435m2烧结烟气脱硫脱硝实际工程,介绍了活性炭做催化剂的选择性催化还原反应技术（SCR工艺）及其技术特点。
0前言
烧结系统烟气排放的主要特点是烟气排放量大、二氧化硫排放浓度低且波动范围宽、二氧化硫排放总量大等。因烧结工序排放的二氧化硫约占钢铁生产总排放量的60％以上，故烧结烟气脱硫是钢铁行业实现二氧化硫减排指标的关键。为此，治理烧结烟气作为发展循环经济、节能减排的突破口，提出对烧结机配套建设脱硫脱硝系统，治理污染，使企业的发展建立在节能减排和环境保护的基础上，实现协调和可持续发展。
1工程概述和工艺的选择
1.1工程概述
某钢厂为扩大烧结产能，拟新建一台435m2烧结机。该烧结机生产过程中烧结机机头将会产生烧结烟气废气。由于烧结机烟气中含有SO2、NOx、酸气、重金属等污染物，按照环保要求，需要设计建设一套烟气净化系统对烧结机烟气进行综合治理。
1.2工艺的选择
目前，烧结烟气脱硫的技术种类较多，按脱硫过程是否使用工艺水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、干法两大类脱硫工艺。湿法烟气脱硫发展较早，技术比较成熟，生产运行安全可靠，在当前许多企业中占主导地位。但其缺点是生成物较难处理，设备腐蚀性严重，占地面积大，投资和运行费用高，系统复杂设备庞大，耗水量大。干法烟气脱硫技术相对于湿法脱硫系统而言其脱硫效率高，设备简单，占地面积小，操作方便，能耗较低，无污水处理系统。而缺点是设备一次性投资大，设备操作技术要求高。脱硫方法有活性炭吸附法、荷电干式吸收剂喷射法、电子束辐射法等。综合我国现阶段的国策，干法脱硫技术无疑是未来的主导方向，因此本工程选用活性炭选择性催化还原技术(SCR工艺)。
2工艺介绍
2.1该套烟气净化装置中的主要设备
布袋除尘器、增压风机、吸附塔（含脱硫段、脱硝段）、烟囱、解析塔、活性炭输送系统、氨水供应系统、制酸系统。
2.2工艺流程
烟气脱硫、脱硝净化系统是在一套装置中完成吸附和催化还原反应过程。吸附剂和催化剂选用特殊性能的活性炭，烟气自下而上，活性炭自上而下，两者逆流接触，活性炭连续地从吸附塔底部排出，输送到解析塔进行解析，解析后的活性炭再进入系统循环使用。使用氨气作为还原剂，在活性炭的催化下进行脱硝。
来自烧结机的烟气分两路进入烟气净化系统，每路烟气流经的设备如下所述：活性炭吸附系统的前段工艺设备包括：静电除尘器、主风机、加压机和急冷塔。入口烟气通过静电除尘器除去来自烧结机的黏性粉尘和其他固体污染物。烟气经过静电除尘器后，需要加压来补充后道工序设备（急冷塔、吸收塔）的压降，烟气加压由两台平行工作的风机完成。为控制吸收塔入口烟气温度为130℃，两套系都设置烟气急冷塔。急冷塔中设置了雾化喷头，在压缩空气作用下，水雾化成小水滴，通过蒸发，烟气温度被冷却至130℃。由于脱硝的效率随烟气中水的含量的增高而降低，因此在界区入口处烟气的温度不宜过高。烟气通过急冷塔后，两路烟气再各分为两子系，共4路烟气分别进入吸附塔。
饱和的活性炭从吸附塔排出后通过输送系统送入解析系统。
活性炭首先在解析塔内被加热至390℃~450℃，去除吸附的污染物及硫化物，被活性炭吸附的SO2被释放出来，生成富含SO2的气体送至制酸工段制取H2SO4，解析后的活性炭经冷却后，通过振动筛筛分，将细小活性炭和粉尘去除，筛分后的活性炭送回到吸附塔循环使用。新的活性炭需要连续地加入到系统中补充筛分造成的损耗。系统分别设置了新鲜活性炭和饱和活性炭的缓冲仓，用于平衡检修期间的活性炭输送。并且需要设计真空活性炭除尘系统，以最大限度地减少进入吸附净化系统的粉尘。
3工艺的优点
3.1烟气流出吸附塔时，即使其中所含的SO2或其他污染物浓度已经非常低，也会被顶部不断装入的新活性炭所吸附，保证了排出装置时烟气中污染物浓度的最低值。
3.2烟气中粉尘流经活性炭床层时被不断地过滤，连续地从装置中排出，系统的压降小（适用于较高含尘量烟气的净化）。
3.3床层高度可调，可以根据用户入口烟气浓度条件进行设计。
3.4吸附塔内烟气不会产生偏流，保证操作安全。
4SCR工艺核心技术介绍
4.1活性炭
活性炭的主要来源是富含碳的有机材料，如煤，动物骨头，椰壳，焦油等。通过900℃以上高温的加热，挥发份被去除，氧原子和剩下的碳结构反应产生微小的孔隙。每克活性炭中孔隙的内表面积在300m2~2200m2。大分子，诸如SO2、HF、挥发性有机碳、重金属通过物理和化学键被吸附到活性炭内的孔隙中。
4.2吸附塔技术原理和工艺过程
脱硫和脱硝过程将使用同一吸附剂并在同一单元中完成，此过程被称作“同步过程”。活性炭通过移动床稳步向下移动，同时，烟气逆向向上流动。该吸附方法有下列优点：
4.2.1过程简单并可持续
4.2.2烟气中的、粉尘引起床层堵塞的可能性非常低
4.2.3压降小
4.2.4烟气与吸附剂充分接触，吸附效率高净化过程的第一步是SO2吸附到活性炭的气孔内。化学反应方程式如下：
SO2+189;O2+H2O→H2SO4
SO2在活性炭的表面与O2、H2O反应生成H2SO4后被储存在活性炭的气孔内。上述反应的发生温度在80℃~150℃。
净化过程的第二步是脱硝，该过程是以活性炭为催化剂，NOX与NH3发生化学反应。离开第一步活性炭床层的烟气，在混合段与氨气混合后进入第二层活性炭床层与NH3发生反应（第二步）。该主反应从100℃温度开始。
6NO+4NH3→5N2+6H2O
NO2+NO+2NH3→2N2+3H2O
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
此外，烟气中第一步残留的SO2也可与NH3反应，此过程会造成氨的额外消耗，化学方程式如下：
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4
2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4
由于烟尘颗粒的作用，该反应产物是黏性的固体。这些产物会给脱硝炭床层带来负面影响，导致活性炭的堵塞。因此对该反应进行监控是非常必要的。
4.3解析塔
从吸附塔排出的活性炭物理吸附了SO2，H2O，O2和各种碳氢化合物。这些被吸附的成分在经过进一步化学反应后生成具有不同物理性质的产物。
解析塔的作用是脱除活性炭中的SO2和吸附的其他杂质。
SO2解吸失败会对吸附塔操作产生严重影响，破坏CSCR系统的平衡，中断吸附过程。解析塔可视为CSCR技术的心脏。由于解析塔的重要性，设两个解吸塔，每个解吸塔均可承担100%的负荷，以便在一座解析塔维修时，仍能保证整个CSCR系统的的正常运行。解析塔内的活性炭被加热到390℃~450℃，将SO4-转换为SO2以便将H2SO4从活性炭的微孔当中脱除。解析塔是这一过程当中最重要的设备，他再生活性炭，并且将硫从活性炭当中脱出。
结语
某钢厂435m2烧结机烟气脱硫脱硝工程采用活性炭做催化剂的选择性催化还原反应技术，项目建成后，将有效改善空气质量，是厂区综合治理的又一个精品工程。
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