DOSN干法脫硫技術在熱風爐和加熱爐應用

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、球團、焦爐等工序已執(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《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，其中對高爐熱風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）直接用于高爐熱風爐；2）與高熱值氣體混合，用于加熱爐、均熱爐等；3）結合蓄熱式燃燒技術，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，用于燃氣輪機-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）。這些用氣點，相對分散，治理難度較大。目前應用的有多種高效凈化技術路線，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，從有機硫和無機硫分布情況來看，有機硫與無機硫的比率約為4∶1，即有機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。
目前煤氣脫硫已應用的技術有兩種，一是化學法----催化水解法，首先煤氣在TRT前進行催化水解反應，將有機硫轉(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，此技術在國內(nèi)首先用于焦爐煤氣脫硫，采用納米分子篩吸附劑，脫硫化氫、脫有機硫等，被吸附的有機硫可以使用低壓蒸汽或煤氣加熱進行解吸。
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標；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，脫硫過程的反應溫度低于露點，由于濕法脫硫是氣液反應，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，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，應用日益增多，技術比較成熟，煙氣排放沒有白煙產(chǎn)生。但這些技術都一定的煙氣溫度要求，如SDS要求在140℃以上才開始反應，半干法工藝要求煙氣至少有30-50℃的溫降空間，技術局限性明顯。
同時干法脫硫運轉(zhuǎn)設備多（如磨機、噴粉、循環(huán)流化、布袋除塵器、氣力輸送、風機，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 
1、DOSN干法脫硫脫硝工作原理
該技術屬于煙氣后端治理，是在一體化裝置中實現(xiàn)同時去除煙氣中的SOx和NOx的技術路線。首先，煙氣進入固定床反應器，在反應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，反應生成的副產(chǎn)物CaSO4。
主要反應
SO? + [O] → SO?  
       SO?+ Ca(OH)?→ CaSO4+ H?O
 脫硫后的煙氣，隨后進入脫硝反應層，煙氣中的NO部分被氧化成NO2，此時煙氣發(fā)生兩種反應，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，反應物為Ca(NO2)2 。
主要反應
NO  + [O] → NO2
CO  + NO2   → N2  + CO2
NO  + NO2 + Ca(OH)2 → Ca(NO2)2 + H2O
 
2、工藝流程
脫硫脫硝反應器，采用高料層和低空速設計，系統(tǒng)阻力小，故裝置不需設置加壓風機，即在煙氣進煙囪前的合適位置，截取煙氣，通過煙道送至反應器脫硫脫硝，凈化后的煙氣再送至煙囪直接排放，工藝簡單。
 

3、技術特點
（1）  采用氧化法低溫脫硫、脫硝一體塔，一塔多能，預留煙氣提標改造空間；
（2） 幾乎無運轉(zhuǎn)設備，不增加操作人員，工藝簡單，易于管理；
（3） 反應溫度寬泛，常溫至300℃均可高效反應，不需加熱；
（4） 整套設備系統(tǒng)阻力小于400pa，利用原煙氣余壓即能滿足要求，無需另加風機；
（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、結論
1、DOSN干法煙氣脫硫脫硝技術，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，還可與其它技術協(xié)同使用，實現(xiàn)煙氣超低排放。
2、與現(xiàn)有技術比，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。
目前該技術已在燃氣鍋爐、高爐熱風爐、加熱爐等裝置上進行了廣泛應用。