大多數(shù)工業(yè)煙氣中含有氮氧化物，它們大量排放到大氣中，不僅形成酸雨，破壞臭氧層，還造成溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球變暖。鋼鐵行業(yè)作為國家工業(yè)的一個重要部分，國家對其環(huán)保要求也日益嚴(yán)格。研究表明，鋼鐵廠中各種設(shè)備放出的NOx總量在固定發(fā)生源中占第二位，僅次于SO2的排放量。其中，燒結(jié)生產(chǎn)過程NOx排放量約占鋼鐵廠NOx排放總量的一半左右。因此，對燒結(jié)煙氣NOx排放量的嚴(yán)格控制，可有效降低鋼廠的NOx的排放量。
燒結(jié)過程中氮氧化物的產(chǎn)生
燒結(jié)過程中的NOx主要來源于燒結(jié)過程中燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分為點火燃料和燒結(jié)燃料兩種。一般情況下，燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO和NO2，這二者統(tǒng)稱為NOx，在低溫條件下燃燒還會產(chǎn)生一定量的N2O。燃燒過程中產(chǎn)生的NOx的種類和數(shù)量除了與燃料性質(zhì)相關(guān)外，還與燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件密切相關(guān)。在通常的燃燒溫度下，煤燃燒產(chǎn)生的NOx中NO占90%以上，NO2占5%～10%，N2O占1%左右。
目前，根據(jù)《鋼鐵工業(yè)大氣排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿），鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)見下表：
對于工業(yè)煙氣中NOx的處理，燃煤電廠最主要的處理工藝有SCR、SNCR以及脫硫脫硝一體化技術(shù)等。鋼廠應(yīng)該了解國內(nèi)外幾種主流的煙氣脫硝技術(shù)，以確定最適合自己的脫硝技術(shù)。
主流煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用
目前，相對較成熟的煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）和選擇性非催化還原技術(shù)（Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱SNCR）。此外，還有一些濕法脫除氮氧化物的技術(shù)。
選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）。（楷體）選擇性非催化還原技術(shù)是用NH3、氨水、尿素等還原劑噴入燃燒室內(nèi)與NOx進行選擇性反應(yīng)，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入燃燒室溫度為850℃～1100℃的區(qū)域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應(yīng)生成N2，該方法是以燃燒室為反應(yīng)器。
SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為30%～40%。該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代中期日本的一些燃油、燃?xì)怆姀S開始的，歐盟國家一些燃煤電廠從80年代末也開始SNCR技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。美國的SNCR技術(shù)在燃煤電廠的工業(yè)應(yīng)用是在90年代初開始的，目前世界上燃煤電廠SNCR工藝的總裝機容量在5GW以上。
由于SNCR工藝需要的反應(yīng)溫度太高（850℃～1100℃），因此該技術(shù)不適用于鋼廠燒結(jié)煙氣脫硝。
選擇性催化還原技術(shù)（SCR）。（楷體）SCR工藝是將氨噴入燒結(jié)煙氣中，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)。噴氨量與NOx入口濃度及NOx的脫除效率有關(guān)。設(shè)計的技術(shù)參數(shù)一定要令噴氨量滿足脫除NOx的需要，同時不會產(chǎn)生大量的氨氣泄漏。選擇性催化還原法（SCR）由于具有較高的脫硝效率（最高可達90%），目前在日本、德國、北歐等國家和地區(qū)的燃煤電廠得到廣泛應(yīng)用。在我國，越來越多的燃煤電廠認(rèn)可并開始使用該技術(shù)，效果良好?？紤]到鋼廠燒結(jié)煙氣的實際狀況（煙氣量波動大、含濕量高、粉塵成分復(fù)雜）與燃煤鍋爐煙氣不同，只有在燃煤電廠中使用已經(jīng)成熟，且結(jié)合鋼廠的實際狀況進行優(yōu)化設(shè)計的前提下，該技術(shù)在鋼廠燒結(jié)煙氣的處理中才有可能使用成功。
脫硝反應(yīng)的產(chǎn)物是氮氣和水。為了使脫硝反應(yīng)得以進行，需要持續(xù)不斷的氧氣供應(yīng)，而氧氣可以用來自鋼廠燒結(jié)機的燒結(jié)煙氣。
SCR技術(shù)需要的反應(yīng)溫度窗口為320℃～450℃。在反應(yīng)溫度較高時，催化劑會產(chǎn)生燒結(jié)或結(jié)晶現(xiàn)象；在反應(yīng)溫度較低時，催化劑的活性會因為硫酸銨在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低。
SCR的一次性投資較高，根據(jù)脫硝效率的不同要求，投資費用存在一定的差別。一般來說，在脫硝效率為75%時，SCR催化劑需要布置兩層；當(dāng)脫硝效率要求在50%以下時，一層催化劑即可滿足脫硝要求。催化劑占整個SCR脫硝系統(tǒng)的投資比例達到30%～40%。鋼廠可依據(jù)燒結(jié)煙氣的實際狀況，確定最終的脫硝效率，以便設(shè)計和布置相應(yīng)的催化劑層數(shù)，最大地節(jié)省投資和運行成本。SCR系統(tǒng)的最大優(yōu)點是脫硝效率高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
此外，煙氣脫硝技術(shù)還有臭氧氧化吸收法、高錳酸鉀氧化吸收法、ClO2氧化吸收，電子束法等，但目前還處于試驗室階段，未有成熟的工業(yè)應(yīng)用。
因地制宜選擇合適的脫硝技術(shù)
對于已經(jīng)建好燒結(jié)脫硫項目的鋼廠，筆者認(rèn)為應(yīng)采取以下措施進行燒結(jié)煙氣脫硝：
當(dāng)鋼廠燒結(jié)機采用半干法煙氣脫硫工藝時，如循環(huán)流化床脫硫工藝或NID半干法脫硫工藝等，在噴入CaO或熟石灰的同時也噴入相應(yīng)的活性炭（焦）或褐煤等脫硝劑。該工藝可達到一定的脫硝效率。但脫硝效率較低，對NOx量較高的煙氣處理效果不明顯。目前，國內(nèi)對燒結(jié)煙氣半干法脫硝工藝還處于試驗階段。
當(dāng)鋼廠燒結(jié)機采用濕法煙氣脫硫工藝時，如石灰（石）-石膏法脫硫工藝或氨法脫硫工藝等，應(yīng)于燒結(jié)機機頭主抽風(fēng)機后對煙氣升溫（350℃左右），接著采用SCR工藝對煙氣進行脫硝，脫硝后的煙氣采用換熱利用技術(shù)降溫后，進行濕法煙氣脫硫。該方案一次性投資較大，運行成本高，但是由于其單個工藝成熟、脫硫脫硝效率明顯。工藝路線有兩種：一種是將煙氣脫硝工藝置于脫硫工藝之前，燒結(jié)煙氣經(jīng)加熱裝置升溫，先進行SCR技術(shù)脫硝，然后用換熱裝置（可用余熱鍋爐回收用于發(fā)電，也可采用其他換熱裝置）進行降溫處理，出來的煙氣經(jīng)脫硫裝置凈化后，從煙囪排出。另一種是將煙氣脫硝工藝置于脫硫工藝之后，燒結(jié)煙氣先經(jīng)過脫硫后，通過加熱裝置升溫到350℃左右進行脫硝，然后用換熱裝置（可用余熱鍋爐回收用于發(fā)電，也可采用其他換熱裝置）進行降溫處理，凈化后煙氣經(jīng)煙囪排出。
通過對以上工藝線路的比較，筆者認(rèn)為第一種工藝線路的布置方式更為合理。因為，該線路經(jīng)脫硝處理后的煙氣對后續(xù)的脫硫工藝沒有任何影響。而第二種工藝線路由于先進行脫硫，煙氣溫度大幅度降低，經(jīng)加熱裝置升溫達350℃左右后，方能進行脫硝處理，能源消耗較大，增加了運行成本。
對于新上燒結(jié)項目的鋼廠，鋼廠應(yīng)優(yōu)先考慮聯(lián)合脫硫脫硝一體化技術(shù)。如活性炭吸附法、CuO吸附法、電子束法、NOXSO技術(shù)、絡(luò)合吸收法等。無論選擇何種工藝技術(shù)，都應(yīng)該從技術(shù)的成熟可靠性、一次性投資、副產(chǎn)物處理、運行成本及現(xiàn)場占地等方面進行比較和分析，選擇與自身條件相適宜的工藝和技術(shù)，以保證鋼廠在滿足環(huán)保要求的基礎(chǔ)上降低投資，節(jié)省占地面積，且無二次污染。
