現(xiàn)今，隨著我國鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，它在為我國經濟發(fā)展做出重要貢獻的同時，也產生了嚴重的大氣污染問題。氮氧化物（NOx）是鋼鐵企業(yè)所排放的主要大氣污染物之一，其中鋼鐵燒結工序所產生的NOx約占整個鋼鐵冶煉主工序的48%左右，是鋼鐵企業(yè)NOx排放控制的重點。這主要是因為我國目前大部分鋼鐵企業(yè)燒結生產線缺少脫硝設備，造成的NOx污染問題日趨嚴重?；诖耍疚木弯撹F企業(yè)開展燒結煙氣氧化脫硝技術進行研究，旨在達到NOx減排的目的。
1鋼鐵燒結煙氣的特點
燒結是將鐵礦粉、煤粉（無煙煤）和石灰、高爐爐塵、軋鋼皮、鋼渣等按一定配比混勻，經燒結而成的有一定強度和粒度的燒結礦可作為煉鐵的熟料。燒結煙氣與燃煤鍋爐煙氣相比，具有以下特點：
?。?）煙氣量大。在較高的漏風率（40%——50%）和較高固體循環(huán)率的影響下，有相當一部分空氣沒有通過燒結料層，導致燒結煙氣量激增，每生產1t的燒結礦可產生4000——6000m3的煙氣。
?。?）煙氣成分復雜。含有多種腐蝕性氣體如HCl、SOx、NOx、HF等，含有重金屬物質如鉛、汞、鋅等以及含有有毒氣體二惡英。同時煙氣中還夾帶大量粉塵，粉塵主要以鐵及其化合物為主，濃度可達10g/m3。
?。?）二氧化硫濃度變化較大。受原料中硫含量的影響，煙氣中SO2濃度一般為1000——1500mg/m3，有的也可達3000——5000mg/m3。
?。?）煙氣溫度波動范圍大。受操作條件的影響，燒結煙氣溫度一般在120——180℃，采用低溫燒結技術時也可達到80℃。
?。?）含濕量高和含氧量高。由于混合料在燒結前必須加適量的水以提高燒結混合料的透氣性，因此燒結煙氣中的含濕量比較大，可達到7%——13%；含氧量一般可達到15%——18%。
2氧化脫硝的原理
燒結煙氣中的氮氧化物（NOx）主要以一氧化氮（NO）的形式存在，其含量占到燒結煙氣NOx含量的90%以上，由于NO很難溶于水，標準狀況下的溶解度大概在4.7%左右，而且NO的化學性質穩(wěn)定，雖然是酸性氣體，但是不與一般的堿溶液反應，所以很難用液相吸收的方法直接從煙氣中脫除NO，而同為酸性氣體的NO2會和水或者堿性溶液劇烈反應，溶解度是100%，其在水中會發(fā)生如式（1）的反應，所以氧化脫硝的一般思路就是將煙氣中的NO通過合適的氧化劑氧化成可溶于水的NO2。
2N02+H2O→HN03+HN02（1）
要想將NO氧化，需要知道氮的氧化物及其酸根離子的還原電勢，只有氧化劑的還原電勢大于NO的時候才能將其氧化。
3燒結煙氣脫硝主要技術分析
3.1選擇性催化還原脫硝（SCR）
選擇性催化還原脫硝技術是目前應用最為成熟的一項脫硝技術，通常與半干法或濕法脫硫結合，其基本工藝流程見圖1。
燒結煙氣先經過除塵、脫硫設備除去顆粒物和二氧化硫，由于脫硫后的煙氣溫度較低，而SCR反應所需煙氣溫度一般為300——450℃，因此需要先對煙氣進行加熱升溫。液氨儲罐中的液氨通過蒸發(fā)器氣化進入緩沖罐，再在混合器中與空氣混合、稀釋，通過氨噴射柵格，在煙氣入口處噴入SCR反應裝置。SCR反應裝置中通常填充有多層催化劑（如V2O5-TiO2），煙氣和氨在催化劑作用下發(fā)生反應，最終達到脫硝目的。其反應方程式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（2）
4NO2+2NH3+O2→3N2+6H2O（3）
3.2等離子法脫硝
3.2.1電子束法
電子束法是通過電子加速器，產生高速運動的電子，撞擊煙氣中的NOx、N2、O2等分子，產生大量O、N、OH、HO2等自由基和活性粒子，這些自由基和活性粒子與NOx發(fā)生氧化反應，同時反應器中加入氨，最終與氧化產物反應生成硝酸鹽。該技術產生于20世紀70年代，工藝設備包括冷卻塔、反應器、電子加速器、電除塵設備以及供氨設備。此工藝最大的優(yōu)點是不產生工業(yè)廢水，缺點是電子發(fā)射裝置容易產生故障，運行周期較短。
3.2.2脈沖電暈法
脈沖電暈法和電子束法在原理上類似，高壓脈沖電源作用于電暈上，在電極之間產生高能電子（5——20eV），高能電子與煙氣中NOx、N2、O2等分子發(fā)生碰撞，產生大量自由基和活性粒子，進而氧化NOx，再與NH3發(fā)應生成硝酸鹽。相比電子束法，脈沖電暈法取消了電子加速裝置，節(jié)約了設備投資。由于脈沖電壓脈寬較窄，使得放電過程中的能量主要傳遞給了電子，氣體分子并沒有被加熱，因此裝置溫度相對較低，反應能耗較少。
3.3微生物法脫硝
微生物法脫硝是利用微生物自身的生理作用，將煙氣中的NOx代謝吸收或轉化為無機物的過程。凈化原理通?？梢苑譃橄趸饔煤头聪趸饔?。硝化作用是指好氧型硝化細菌在有氧條件下，將NO氧化為NO，進而再氧化為NO，氮源實質上充當了硝化細菌的營養(yǎng)來源，硝酸鹽和亞硝酸鹽是硝化細菌的代謝產物。
反硝化作用是指在厭氧環(huán)境下，微生物將氮氧化物通過合成代謝，變成自身繁殖生長所需能源，再通過分解代謝將NOx還原成氮氣。目前微生物法脫硝還處于實驗室研究階段，具有很大的研究價值和市場潛力，與其他脫硝手段相比，微生物法脫硝基本不需要高溫、高壓、催化劑等條件，同時裝置占地面積小，工藝流程相對簡單，經濟性較好，更為重要的是環(huán)保性好，這在當前我國面臨的環(huán)境壓力下顯得格外有意義。
3.4絡合吸收法脫硝
絡合吸收法起源于20世紀80年代，由于煙氣中的NO很難溶于水，這就限制了濕法除氮的效率。絡合吸收法利用絡合劑與煙氣中NO發(fā)生反應，生成絡合物，從而增加NO在水中的溶解能力，進而提高脫硝效率。目前常用的絡合劑有亞鐵絡合物和鈷絡合劑。亞鐵絡合物是使用最早也是范圍最廣的一類絡合劑，由于亞鐵的不穩(wěn)定性，很容易被氧化成高價鐵元素，降低絡合能力，因此絡合劑的還原再生也是研究的重點。
1鋼鐵燒結煙氣的特點
燒結是將鐵礦粉、煤粉（無煙煤）和石灰、高爐爐塵、軋鋼皮、鋼渣等按一定配比混勻，經燒結而成的有一定強度和粒度的燒結礦可作為煉鐵的熟料。燒結煙氣與燃煤鍋爐煙氣相比，具有以下特點：
?。?）煙氣量大。在較高的漏風率（40%——50%）和較高固體循環(huán)率的影響下，有相當一部分空氣沒有通過燒結料層，導致燒結煙氣量激增，每生產1t的燒結礦可產生4000——6000m3的煙氣。
?。?）煙氣成分復雜。含有多種腐蝕性氣體如HCl、SOx、NOx、HF等，含有重金屬物質如鉛、汞、鋅等以及含有有毒氣體二惡英。同時煙氣中還夾帶大量粉塵，粉塵主要以鐵及其化合物為主，濃度可達10g/m3。
?。?）二氧化硫濃度變化較大。受原料中硫含量的影響，煙氣中SO2濃度一般為1000——1500mg/m3，有的也可達3000——5000mg/m3。
?。?）煙氣溫度波動范圍大。受操作條件的影響，燒結煙氣溫度一般在120——180℃，采用低溫燒結技術時也可達到80℃。
?。?）含濕量高和含氧量高。由于混合料在燒結前必須加適量的水以提高燒結混合料的透氣性，因此燒結煙氣中的含濕量比較大，可達到7%——13%；含氧量一般可達到15%——18%。
2氧化脫硝的原理
燒結煙氣中的氮氧化物（NOx）主要以一氧化氮（NO）的形式存在，其含量占到燒結煙氣NOx含量的90%以上，由于NO很難溶于水，標準狀況下的溶解度大概在4.7%左右，而且NO的化學性質穩(wěn)定，雖然是酸性氣體，但是不與一般的堿溶液反應，所以很難用液相吸收的方法直接從煙氣中脫除NO，而同為酸性氣體的NO2會和水或者堿性溶液劇烈反應，溶解度是100%，其在水中會發(fā)生如式（1）的反應，所以氧化脫硝的一般思路就是將煙氣中的NO通過合適的氧化劑氧化成可溶于水的NO2。
2N02+H2O→HN03+HN02（1）
要想將NO氧化，需要知道氮的氧化物及其酸根離子的還原電勢，只有氧化劑的還原電勢大于NO的時候才能將其氧化。
3燒結煙氣脫硝主要技術分析
3.1選擇性催化還原脫硝（SCR）
選擇性催化還原脫硝技術是目前應用最為成熟的一項脫硝技術，通常與半干法或濕法脫硫結合，其基本工藝流程見圖1。
燒結煙氣先經過除塵、脫硫設備除去顆粒物和二氧化硫，由于脫硫后的煙氣溫度較低，而SCR反應所需煙氣溫度一般為300——450℃，因此需要先對煙氣進行加熱升溫。液氨儲罐中的液氨通過蒸發(fā)器氣化進入緩沖罐，再在混合器中與空氣混合、稀釋，通過氨噴射柵格，在煙氣入口處噴入SCR反應裝置。SCR反應裝置中通常填充有多層催化劑（如V2O5-TiO2），煙氣和氨在催化劑作用下發(fā)生反應，最終達到脫硝目的。其反應方程式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（2）
4NO2+2NH3+O2→3N2+6H2O（3）
3.2等離子法脫硝
3.2.1電子束法
電子束法是通過電子加速器，產生高速運動的電子，撞擊煙氣中的NOx、N2、O2等分子，產生大量O、N、OH、HO2等自由基和活性粒子，這些自由基和活性粒子與NOx發(fā)生氧化反應，同時反應器中加入氨，最終與氧化產物反應生成硝酸鹽。該技術產生于20世紀70年代，工藝設備包括冷卻塔、反應器、電子加速器、電除塵設備以及供氨設備。此工藝最大的優(yōu)點是不產生工業(yè)廢水，缺點是電子發(fā)射裝置容易產生故障，運行周期較短。
3.2.2脈沖電暈法
脈沖電暈法和電子束法在原理上類似，高壓脈沖電源作用于電暈上，在電極之間產生高能電子（5——20eV），高能電子與煙氣中NOx、N2、O2等分子發(fā)生碰撞，產生大量自由基和活性粒子，進而氧化NOx，再與NH3發(fā)應生成硝酸鹽。相比電子束法，脈沖電暈法取消了電子加速裝置，節(jié)約了設備投資。由于脈沖電壓脈寬較窄，使得放電過程中的能量主要傳遞給了電子，氣體分子并沒有被加熱，因此裝置溫度相對較低，反應能耗較少。
3.3微生物法脫硝
微生物法脫硝是利用微生物自身的生理作用，將煙氣中的NOx代謝吸收或轉化為無機物的過程。凈化原理通?？梢苑譃橄趸饔煤头聪趸饔?。硝化作用是指好氧型硝化細菌在有氧條件下，將NO氧化為NO，進而再氧化為NO，氮源實質上充當了硝化細菌的營養(yǎng)來源，硝酸鹽和亞硝酸鹽是硝化細菌的代謝產物。
反硝化作用是指在厭氧環(huán)境下，微生物將氮氧化物通過合成代謝，變成自身繁殖生長所需能源，再通過分解代謝將NOx還原成氮氣。目前微生物法脫硝還處于實驗室研究階段，具有很大的研究價值和市場潛力，與其他脫硝手段相比，微生物法脫硝基本不需要高溫、高壓、催化劑等條件，同時裝置占地面積小，工藝流程相對簡單，經濟性較好，更為重要的是環(huán)保性好，這在當前我國面臨的環(huán)境壓力下顯得格外有意義。
3.4絡合吸收法脫硝
絡合吸收法起源于20世紀80年代，由于煙氣中的NO很難溶于水，這就限制了濕法除氮的效率。絡合吸收法利用絡合劑與煙氣中NO發(fā)生反應，生成絡合物，從而增加NO在水中的溶解能力，進而提高脫硝效率。目前常用的絡合劑有亞鐵絡合物和鈷絡合劑。亞鐵絡合物是使用最早也是范圍最廣的一類絡合劑，由于亞鐵的不穩(wěn)定性，很容易被氧化成高價鐵元素，降低絡合能力，因此絡合劑的還原再生也是研究的重點。
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