活性焦脱硫脱硝喷氨工艺优化

马广超 职永祥 苗霁昶

摘要：随着我国环保形势日益严峻。在钢铁行业中脱硝的主要方式是通过氨气和NOx与在催化反应下，还原成N2和H2O，实现净化。本文是通过分析现有喷氨方法的不足，并提出相关工艺改进优化对策，在保证出口NOx浓度达标的前提下不会造成过量的NH3逃逸，降低外排并实现降本增效的效果。

关键词：烧结烟气;脱硫脱硝;喷氨工艺优化

1 脱硫脱硝技术原理分析

活性焦脱硫脱硝技术是一种可资源化的干法烟气净化技术。该技术利用具有独特吸附性能的活性焦对烟气中的SO2进行选择性吸附，吸附态的SO2在烟气中氧气和水蒸气存在的条件下被氧化为H2SO4并被储存在活性焦孔隙内;同时活性焦吸附层相当于高效颗粒层过滤器，在惯性碰撞和拦截效应作用下，烟气中的大部分粉尘颗粒在床层内部不同部位被捕集，完成烟气脱硫除尘净化。

吸附SO2后的活性焦，在加热情况下，其所吸附的H2SO4与C（活性焦）反应被还原为SO2，同时活性焦恢复吸附性能，循环使用;活性焦的加热再生反应相当于对活性焦进行再次活化。活性焦在循环使用过程中，其吸附和催化活性不但不会降低，还会有一定程度的提高。

吸附和解吸的化学反应如下：

吸附反应：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4

解吸反应：2H2SO4+C=2SO2+CO2+2H2O

活性焦具有催化活性，可作为选择性催化还原工艺中的催化剂。在100～150℃时向烟气中喷入氨，在活性焦的吸附、催化作用下烟气中的氨与NOx发生选择性催化还原反应生成氮气和水，可大幅度降低烟气中NOx含量，脱硝效率能达到80%以上。

脱硝时主要化学反应如下：

NO还原反应：4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

NO2还原反应：2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

在长期连续稳定运行下，可达到95%以上的SO2脱除率和80%以上的NOX脱除率。对于汞，活性焦可以高效率地吸附去除Hg+、Hg2+。烟气中的二噁英吸附在活性焦微孔中，物料循环过程中磨损的碎焦粉通过回炉高温分解二噁英达到彻底脱除。

2 现有喷氨工艺存在的问题

目前活性焦脱硫脱硝一体化工艺技术，在脱硝工艺上采用的是经验喷氨法，存在为了满足出口污染物NOx浓度在线达标盲目喷氨、浪费氨水的现象。盲目增加喷氨量在一定程度上是可以达到降低出口NOx浓度的，但是过量的喷氨会造成喷氨头和进气格栅堵塞，直接影响脱硝的效果。更严重时还可造成“活性焦中毒”，浪费活性焦提高成本。对整体工艺和烧结生产影响很大。

3 优化喷氨工艺的对策

为克服现有技术存在的不足，通过对脱硫脱硝技术原理和现场实际情况进行研究，并结合新型的技术手段。在喷氨脱销之前的过渡气室中增加SO2监测装置，同时根据监测数据进行实时调整喷氨量。经过理论和实践的论证，可以达到精准喷氨、降低氨水的效果。

3.1 工作原理

通过对吸附塔过渡气室内烟气进行取样分析，测定烟气中的二氧化硫的含量，从而控制喷氨装置所喷出氨气的量，实现喷氨量的精准控制，保证二氧化硫被反应完全同时还不会浪费氨水。

3.2 控制系统及过程

控制系统包括用于对二氧化硫气体取样的取样探头以及气体分析仪，气体分析仪与取样探头两端通过取样管道连通，取样探头将取样的气体通过取样管道输送至气体分析仪。整个控制过程都是由可编程序控制器PLC控制自动完成，实现气体采样测量、探头自动反吹维护、冷凝液自动排放的连续自动工作。监测到数据实时反馈给中控室，中控根据数据进行动态调整，完成精准喷氨。

3.3 设备组成

① 取样探头

取样探头为ABB技术部件集成制造，所采用的过滤器为高精度双层复合式结构，取样探头吹扫采用目前国际先进的脉冲式振动吹扫技术，其瞬时吹扫技术确保反吹时有足够的压力，配合高精度过滤器的独特过滤方式，彻底处理掉附在过滤器表面上的粉尘。

② 取样管道

如图1所示，取样管道包括气体管道1、设置在气体管道1外壁的电伴热带2以及将电伴热带2和气体管道1包裹的保温层3。

气体管道1内部通过取样的气体，在气体管道1的外壁设置电伴热带2能够对气体管道1进行加热保温，使气体管道1内保持恒温。在气体管道1的外部设置了保温层3，保温层3将电伴热带2同气体管道1包裹为一体，同时具有保温的性能。进一步的，在保温层3的外部还设置有保护层4，能够对保温层3进行保护。

在具体的使用中，优先地，保持取样管道内的温度为不低于125℃一般不超过200℃，在此范围内能够确保样气处于最佳的稳定状态。电伴热带的使用，对恒温式取样管道的实施具有重要的作用，而结合取样管道的实际应用情况，设置了保暖层和防护层，保温层起到保温作用的同时还能够对电伴热带起到第一层的保护，防止其受到结构上的损坏。防护层起到了对于电伴热带的第二层的保护，同时也具有一定的保温效果。

③ 取样预处理装置

在取样探头完成取样后首先由取样预处理装置对取样气体进行预处理。取样预处理装置主要包括抽气泵、样气冷凝器、蠕动排水泵、取样电磁阀和可编程序控制器。取样预处理装置能够彻底除去烟气中的粉尘、水分、焦油等，同时不改变待测气体组份及浓度。样气冷凝器能够使样气中的水蒸气冷凝，样气冷凝器设置冷凝液排放口，能够将冷凝液进行排放。

④ 气体分析仪

本文所采用的气体分析仪为PA200-UV。它是由中央控制單元和分析模块组成，操作简单，维护方便，还具有技术先进、测量准确、可靠性高等特点。

4 结语

通过合理设计取样管道，实现了将取样探头、取样预处理装置和气体分析仪的组合，进而实现对于烟气的在线测量，对氨气的喷洒量进行精确控制。满足出口在线达标的同时还可以减少氨水消耗，实现降本增效。在使用后能够防止出现脱硫不完全，而在过渡气室形成硫铵堵塞喷嘴和进气格栅，形成的硫铵通过烟气会堵塞活性焦的内部孔隙造成“焦中毒”的现象。同时通过为取样管道设置电伴热带和保温层，来实现恒温管道输送样气，从而确保样气成分分析测量的精确，同时还能够避免样气冷凝堵塞管路。

参考文献：

[1]刘军，范源远，烧结烟气联合脱硫脱硝技术的探讨与选择.中国金属通报. 2018（04）.

[2]李兰廷，解炜，梁大明，孙仲超，徐振刚，活性焦脱硫脱硝的机理研究. 环境科学与技术. 2010（08）

（作者单位：新兴铸管股份有限公司（武安工业区））