黑龙江热风炉、加热炉DOSN干法脱硫

DOSN干法脱硫技术在热风炉和加热炉应用

钢铁行业是大气污染防治重要行业,目前钢铁行业烧结、球团、焦炉等工序已执行了超低排放限值。2019 年4 月生态环境部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部、交通运输部联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，其中对高炉热风炉和加热炉中主要大气污染物的超低排放限值要求为：颗粒物10mg/m3、二氧化硫50mg/m3、氮氧化物200mg/m3。国内钢厂热风炉、加热炉等排放的二氧化硫浓度一般为100-200mg/m3，距离超低排放指标要求还有一些差距，实施超低排放改造的需求迫在眉睫。   
 
一、 现状
高炉煤气作为钢铁企业重要的二次能源之一，主要用途包括：1）直接用于高炉热风炉；2）与高热值气体混合，用于加热炉、均热炉等；3）结合蓄热式燃烧技术，用于轧钢加热炉；4）用于纯烧高炉煤气的锅炉发电；5）作为主要燃料，用于燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电（CCPP）。这些用气点，相对分散，治理难度较大。目前应用的有多种高效净化技术路线，主要集中在源头控制、末端治理两种路径。
1、源头控制
（1）高炉煤气中的硫主要来自于焦炭和煤粉，其中焦炭的含硫量占比较大。从源头控制高炉煤气中的含硫量的有效办法是减少焦炭中的含硫量。
（2）高炉煤气精脱硫。高炉煤气总硫小于300mg/m3，从有机硫和无机硫分布情况来看，有机硫与无机硫的比率约为4∶1，即有机硫的含量占总硫含量超过80%。因此，燃烧前脱硫主要以脱除羰基硫和二硫化碳为主，脱除硫化氢为辅。
目前煤气脱硫已应用的技术有两种，一是化学法----催化水解法，首先煤气在TRT前进行催化水解反应，将有机硫转化成H2S，煤气中的硫化氢在催化剂的作用下，与氧气生成硫磺。二是物理法---吸附解析法，此技术在国内首先用于焦炉煤气脱硫，采用纳米分子筛吸附剂，脱硫化氢、脱有机硫等，被吸附的有机硫可以使用低压蒸汽或煤气加热进行解吸。
两种方法均是是加在原有煤气系统中，工艺相对复杂，操作水平要求高；其次是运行的稳定性，不同程度影响主装置运行，或造成燃烧烟气排放不达标；最后是运行费用和投资费用较高。
2、燃烧烟气脱硫
（1）传统湿法
主要包括石灰-石膏法、氨法、钠碱法、活性焦法、双氧水法等湿法脱硫系统位于烟道的末端，脱硫过程的反应温度低于露点，由于湿法脱硫是气液反应，涉及吸收、氧化、脱水、压滤等诸多装置，存在系统占地大、运转部件多、能源介质消耗高、产生新的固废的缺陷。 
同时烟气排放过程存在烟气带液，冒白烟问题，进行烟气脱白，需要额外增加能源消耗。
（2）干法脱硫
近几年烟气干法脱硫技术，如SDS小苏打干法脱硫、SDA离心雾化脱硫和FCB循环流化床半干法脱硫等，应用日益增多，技术比较成熟，烟气排放没有白烟产生。但这些技术都一定的烟气温度要求，如SDS要求在140℃以上才开始反应，半干法工艺要求烟气至少有30-50℃的温降空间，技术局限性明显。
同时干法脱硫运转设备多（如磨机、喷粉、循环流化、布袋除尘器、气力输送、风机，等等）、投资高、动力消耗大、运行成本高，也会产生新的固废。
（3）高炉煤气用气点分布于钢铁厂各个区域，采用常规末端治理的方式，受到场地限制，投资费用将会非常大。
 二、DOSN干法烟气脱硫技术 
1、DOSN干法脱硫脱硝工作原理
该技术属于烟气后端治理，是在一体化装置中实现同时去除烟气中的SOx和NOx的技术路线。首先，烟气进入固定床反应器，在反应器中与具有催化氧化功能的固体脱硫剂充分接触，烟气中SO3率先被吸收，同时烟气中的SO2氧化成SO3，继续被脱硫剂吸收，反应生成的副产物CaSO4。
主要反应
SO₂ + [O] → SO₃  
       SO₃+ Ca(OH)₂→ CaSO4+ H₂O
 脱硫后的烟气，随后进入脱硝反应层，烟气中的NO部分被氧化成NO2，此时烟气发生两种反应，一是烟气中的NO2被CO还原，生成N2和CO2，同时NO、NO2与钙基脱硝剂发生归中反应，反应物为Ca(NO2)2 。
主要反应
NO  + [O] → NO2
CO  + NO2   → N2  + CO2
NO  + NO2 + Ca(OH)2 → Ca(NO2)2 + H2O
 
2、工艺流程
脱硫脱硝反应器，采用高料层和低空速设计，系统阻力小，故装置不需设置加压风机，即在烟气进烟囱前的合适位置，截取烟气，通过烟道送至反应器脱硫脱硝，净化后的烟气再送至烟囱直接排放，工艺简单。
 

3、技术特点
（1）  采用氧化法低温脱硫、脱硝一体塔，一塔多能，预留烟气提标改造空间；
（2） 几乎无运转设备，不增加操作人员，工艺简单，易于管理；
（3） 反应温度宽泛，常温至300℃均可高效反应，不需加热；
（4） 整套设备系统阻力小于400pa，利用原烟气余压即能满足要求，无需另加风机；
（5）  对烟气中的粉尘有效拦截，降低烟气中粉尘排放，粉尘随废料排放。
（6）  无氨脱硝，同步消减CO，同步脱除烟气中汞、铅、铜、砷等重金属； 
（7）  全干法脱除污染物，烟囱无“白烟”；副产物为一般固废，可做建筑材料。
 
三、结论
1、DOSN干法烟气脱硫脱硝技术，成熟可靠，既适用于单独脱硫，也适用于单独脱硝，也可一体化脱硫脱硝，还可与其它技术协同使用，实现烟气超低排放。
2、与现有技术比，无论采用源头治理，还是采用后端治理，从投资、占地、运行成本、管理，以及固废处理等方面，综合比较均具有明显的优势。尤其在低硫、低硝、低温的烟气条件下，优势更为明显。
目前该技术已在燃气锅炉、高炉热风炉、加热炉等装置上进行了广泛应用。