DOSN干法脫硫技術(shù)在熱風(fēng)爐和加熱爐應(yīng)用

鋼鐵行業(yè)是大氣污染防治重要行業(yè),目前鋼鐵行業(yè)燒結(jié)、球團(tuán)、焦?fàn)t等工序已執(zhí)行了超低排放限值。2019 年4 月生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、財政部、交通運輸部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，其中對高爐熱風(fēng)爐和加熱爐中主要大氣污染物的超低排放限值要求為：顆粒物10mg/m3、二氧化硫50mg/m3、氮氧化物200mg/m3。國內(nèi)鋼廠熱風(fēng)爐、加熱爐等排放的二氧化硫濃度一般為100-200mg/m3，距離超低排放指標(biāo)要求還有一些差距，實施超低排放改造的需求迫在眉睫。   
 
一、 現(xiàn)狀
高爐煤氣作為鋼鐵企業(yè)重要的二次能源之一，主要用途包括：1）直接用于高爐熱風(fēng)爐；2）與高熱值氣體混合，用于加熱爐、均熱爐等；3）結(jié)合蓄熱式燃燒技術(shù)，用于軋鋼加熱爐；4）用于純燒高爐煤氣的鍋爐發(fā)電；5）作為主要燃料，用于燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）。這些用氣點，相對分散，治理難度較大。目前應(yīng)用的有多種高效凈化技術(shù)路線，主要集中在源頭控制、末端治理兩種路徑。
1、源頭控制
（1）高爐煤氣中的硫主要來自于焦炭和煤粉，其中焦炭的含硫量占比較大。從源頭控制高爐煤氣中的含硫量的有效辦法是減少焦炭中的含硫量。
（2）高爐煤氣精脫硫。高爐煤氣總硫小于300mg/m3，從有機(jī)硫和無機(jī)硫分布情況來看，有機(jī)硫與無機(jī)硫的比率約為4∶1，即有機(jī)硫的含量占總硫含量超過80%。因此，燃燒前脫硫主要以脫除羰基硫和二硫化碳為主，脫除硫化氫為輔。
目前煤氣脫硫已應(yīng)用的技術(shù)有兩種，一是化學(xué)法----催化水解法，首先煤氣在TRT前進(jìn)行催化水解反應(yīng)，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成H2S，煤氣中的硫化氫在催化劑的作用下，與氧氣生成硫磺。二是物理法---吸附解析法，此技術(shù)在國內(nèi)首先用于焦?fàn)t煤氣脫硫，采用納米分子篩吸附劑，脫硫化氫、脫有機(jī)硫等，被吸附的有機(jī)硫可以使用低壓蒸汽或煤氣加熱進(jìn)行解吸。
兩種方法均是是加在原有煤氣系統(tǒng)中，工藝相對復(fù)雜，操作水平要求高；其次是運行的穩(wěn)定性，不同程度影響主裝置運行，或造成燃燒煙氣排放不達(dá)標(biāo)；最后是運行費用和投資費用較高。
2、燃燒煙氣脫硫
（1）傳統(tǒng)濕法
主要包括石灰-石膏法、氨法、鈉堿法、活性焦法、雙氧水法等濕法脫硫系統(tǒng)位于煙道的末端，脫硫過程的反應(yīng)溫度低于露點，由于濕法脫硫是氣液反應(yīng)，涉及吸收、氧化、脫水、壓濾等諸多裝置，存在系統(tǒng)占地大、運轉(zhuǎn)部件多、能源介質(zhì)消耗高、產(chǎn)生新的固廢的缺陷。 
同時煙氣排放過程存在煙氣帶液，冒白煙問題，進(jìn)行煙氣脫白，需要額外增加能源消耗。
（2）干法脫硫
近幾年煙氣干法脫硫技術(shù)，如SDS小蘇打干法脫硫、SDA離心霧化脫硫和FCB循環(huán)流化床半干法脫硫等，應(yīng)用日益增多，技術(shù)比較成熟，煙氣排放沒有白煙產(chǎn)生。但這些技術(shù)都一定的煙氣溫度要求，如SDS要求在140℃以上才開始反應(yīng)，半干法工藝要求煙氣至少有30-50℃的溫降空間，技術(shù)局限性明顯。
同時干法脫硫運轉(zhuǎn)設(shè)備多（如磨機(jī)、噴粉、循環(huán)流化、布袋除塵器、氣力輸送、風(fēng)機(jī)，等等）、投資高、動力消耗大、運行成本高，也會產(chǎn)生新的固廢。
（3）高爐煤氣用氣點分布于鋼鐵廠各個區(qū)域，采用常規(guī)末端治理的方式，受到場地限制，投資費用將會非常大。
 二、DOSN干法煙氣脫硫技術(shù) 
1、DOSN干法脫硫脫硝工作原理
該技術(shù)屬于煙氣后端治理，是在一體化裝置中實現(xiàn)同時去除煙氣中的SOx和NOx的技術(shù)路線。首先，煙氣進(jìn)入固定床反應(yīng)器，在反應(yīng)器中與具有催化氧化功能的固體脫硫劑充分接觸，煙氣中SO3率先被吸收，同時煙氣中的SO2氧化成SO3，繼續(xù)被脫硫劑吸收，反應(yīng)生成的副產(chǎn)物CaSO4。
主要反應(yīng)
SO? + [O] → SO?  
       SO?+ Ca(OH)?→ CaSO4+ H?O
 脫硫后的煙氣，隨后進(jìn)入脫硝反應(yīng)層，煙氣中的NO部分被氧化成NO2，此時煙氣發(fā)生兩種反應(yīng)，一是煙氣中的NO2被CO還原，生成N2和CO2，同時NO、NO2與鈣基脫硝劑發(fā)生歸中反應(yīng)，反應(yīng)物為Ca(NO2)2 。
主要反應(yīng)
NO  + [O] → NO2
CO  + NO2   → N2  + CO2
NO  + NO2 + Ca(OH)2 → Ca(NO2)2 + H2O
 
2、工藝流程
脫硫脫硝反應(yīng)器，采用高料層和低空速設(shè)計，系統(tǒng)阻力小，故裝置不需設(shè)置加壓風(fēng)機(jī)，即在煙氣進(jìn)煙囪前的合適位置，截取煙氣，通過煙道送至反應(yīng)器脫硫脫硝，凈化后的煙氣再送至煙囪直接排放，工藝簡單。
 

3、技術(shù)特點
（1）  采用氧化法低溫脫硫、脫硝一體塔，一塔多能，預(yù)留煙氣提標(biāo)改造空間；
（2） 幾乎無運轉(zhuǎn)設(shè)備，不增加操作人員，工藝簡單，易于管理；
（3） 反應(yīng)溫度寬泛，常溫至300℃均可高效反應(yīng)，不需加熱；
（4） 整套設(shè)備系統(tǒng)阻力小于400pa，利用原煙氣余壓即能滿足要求，無需另加風(fēng)機(jī)；
（5）  對煙氣中的粉塵有效攔截，降低煙氣中粉塵排放，粉塵隨廢料排放。
（6）  無氨脫硝，同步消減CO，同步脫除煙氣中汞、鉛、銅、砷等重金屬； 
（7）  全干法脫除污染物，煙囪無“白煙”；副產(chǎn)物為一般固廢，可做建筑材料。
 
三、結(jié)論
1、DOSN干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)，成熟可靠，既適用于單獨脫硫，也適用于單獨脫硝，也可一體化脫硫脫硝，還可與其它技術(shù)協(xié)同使用，實現(xiàn)煙氣超低排放。
2、與現(xiàn)有技術(shù)比，無論采用源頭治理，還是采用后端治理，從投資、占地、運行成本、管理，以及固廢處理等方面，綜合比較均具有明顯的優(yōu)勢。尤其在低硫、低硝、低溫的煙氣條件下，優(yōu)勢更為明顯。
目前該技術(shù)已在燃?xì)忮仩t、高爐熱風(fēng)爐、加熱爐等裝置上進(jìn)行了廣泛應(yīng)用。