陈明磊

[摘    要 ]我国钢铁产量持续在世界首位，这一过程中所产生的高炉煤气与转炉煤气产量巨大，燃气锅炉的使用量也在逐年上升。如果燃气尾气直接排放到大气中，将会对空气造成严重污染。由于燃气锅炉尾气中含有大量的二氧化硫，以及一氧化氮、二氧化氮等物质会对大气环境造成严重的危害。这其中二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮会与空气中水蒸气相结合，形成酸雨，从而造成土地二次污染。因此对于燃气锅炉烟气脱硫脱硝工作要持之以恒的保质保量的完成。

[关键词]燃气锅炉;脱硫;脱硝;尾气;污染物

[中图分类号]X701 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]My country's steel output continues to rank first in the world. The output of blast furnace gas and converter gas produced in this process is huge， and the use of gas boilers is also increasing year by year. If the gas exhaust is directly discharged into the atmosphere， it will cause serious pollution to the air. Because the exhaust gas of gas boiler contains a large amount of sulfur dioxide， nitrogen monoxide， nitrogen dioxide and other substances， it will cause serious harm to the atmospheric environment. Among them， sulfur dioxide， nitrogen dioxide， and nitrogen monoxide will combine with water vapor in the air to form acid rain， thereby causing secondary pollution of the land. Therefore， the flue gas desulfurization and denitrification of gas boilers must be completed with consistent quality and quantity.

[Keywords]gas boiler， desulfurization， denitration， tail gas， pollutants

1 燃氣锅炉尾气组成

1.1 高炉煤气与转炉煤气的化学成分

我国主要高炉燃气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分别占15%、55%，热值仅为3500kJ/m3左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关，现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺，采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗，但所产的高炉煤气热值更低，增加了利用难度。高炉煤气中的CO2、N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反还会吸收大量的燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。

燃烧反应能够发生的另一条件是气体分子间能够发生有效碰撞，即拥有足够能量的相互之间能够发生氧化反应的分子间发生的碰撞，大量的CO2、N2的存在，减少了分子间发生有效碰撞的几率，宏观上表现为燃烧速度慢，燃烧不稳定。

高炉煤气中存在大量的CO2、N2，燃烧过程中基本不参与化学反应，几乎等量转移到燃烧产生的烟气中，燃高炉煤气产生的烟气量远多于燃煤。

转炉煤气生成于转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成CO和少量CO2的混合气体。回收的顶吹氧转炉炉气含60%～80%CO、15%～20%CO2，以及氮、氢和微量氧。转炉煤气的发生量在一个冶炼过程中并不均衡，成分也有变化。

2 烟气净化脱硫脱硝系统改造

以无氨脱硫工艺为例，对其工艺进行初步探究。3台燃气锅炉。在其出口处引风机并联到一条主烟气管道上。然后通过管道进入脱硫脱硝净化塔内。最后再由出口处设置一台增压风机将净化物排入到烟囱中。整个吸收塔，由12个并联反应器组成。燃气锅炉燃烧后产生的烟气整体流向采用由下至上并联而出的方式构成。在反应器内反应器的不弃板均匀的不止。在布气板上反映药剂均匀涂层，经过脱硫脱氮后。净化的烟气从出口进入到烟气管道，通过增加风机增加后排入到烟道内。

在此结构中脱硫脱硝的药剂采用蝶翼状颗粒物分布。钙颗粒具有耐酸性、抗热性、抗震性。此结构通过刚玉砂作为骨料，以氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钙等碱性物质作为反应剂，同时配有。玻璃粉、滑石、高活性稀土元素、木炭粉等作为脱硫脱硝催化剂。

该操作的具体过程是碱类反应剂、碳粉催化剂、三氧化二铝、碳化硅等原料进行预烧结。预烧结过程后。产生的粉末过筛，加入高活性镧系稀土元素作为黏结剂。再将其粉末与20～50 μm的木炭粉末相融合，这其中木炭粉末的比例占20%，这其中木炭粉末起到了造孔作用。然后将混合粉末加热至1400°，烧成颗粒相对较大的管状基体支撑。经过此项工艺后，再集体外包一层纤维陶瓷。经过纤维陶瓷包裹后，将整个机体进入到莫莱石悬浮液中。经过充分浸泡，将机体取出干燥烧结后得到既定厚度的多孔的表面过滤膜。通过以上方式进行得到的整个机体。具有技能防止小颗粒进入到大孔支撑体内。做到表层去除粉尘，内层去除硫氮的作用。这样既解决了化学反应脱硫脱硝的问题，同时也解决了清除灰尘的问题。并且由于整个机体的孔径变化，使得压缩机产生的空气压力损失较少。整个机体经过20%浓度的硫酸，以及1%浓度的氢氧化钠溶液，煮沸均未产生明显的变化。这证明机体的耐酸性及耐碱性均有良好的性能。另外整个机体烧灼至600°高温，在常温中骤冷。循环30次，均未发生明显形变，证明复合膜机体具有良好的温度适应性。另外在抗压实现中。机体在11.8 MPa和10.5 MPa实验中均为产生裂痕。

经改造后，塔内添装此药剂。经实验测得烟气除尘率几乎达到100%，较直排烟气颗粒有巨大改进。经改造后的药剂，其反应温度在120 ℃左右，远远低于无氨催化脱硝剂。反应温度300～450 ℃。在这个过程中，无需要氨气作为还原剂，这就直接杜绝了氨气泄漏，以及氨气对设备腐蚀的危险。极大地降低了安全生产隐患。该药剂吸附原理在于催化还原脱硫技术，催化氧化技术以及气象反应脱硝技术。

3 脱硫脱硝反应基本原理

3.1 脱硫反应原理分析

该工艺脱硫反应基本原理采用固定床技术，通过高丰度的镧系稀土活性炭氧化剂，将燃气锅炉产生的尾气中的SO2气体氧化为SO3。然后再与氢氧化钙反应生成硫酸钙也就是工业石膏固体。所产生的化学反应如下。

活性炭催化氧化剂与碱类反应剂结构中形成的过滤膜具有多孔稀松的特点。在理论研究上依靠气体尾气流动性能使吸收塔内药剂颗粒表层预约尾气反应相互摩擦，致使反物脱落，从而使得新的药剂不断暴露出来，增强了反应的效率。在整个反应过程中不需要水的参加，废液产量也可以忽略不计，在反应中不需要消烟。由于整个反应过程中的烟温不敏感，使得不受季节变换影响使用广泛。理论上讲，通过烟气与药剂的调节，能够做到脱硫效率的100%。但是在实际操作过程中，脱硫效果的好坏受到烟气浓度，吸收塔内部结构以及烟气在吸收塔内滞留的时间长短，还有药剂表层生成物脱落效率要记得更新周期等方面因素影响。

SO2的净化率可由下面的计算公式表示出来。

η=Cin-Cout/Cin×100%

该方程式中η表示SO2的净化效率;Cin表示烟气口的SO2浓度，Cout表示为烟气口出口的SO2浓度

3.2 脱硝反应原理分析

燃气锅炉尾气脱硝过程即去除尾气中NOX的化学反应过程。氮氧化物可分为以下三种类型：快速型，燃料型，热力型。

（1）热NO。热NO的产生是由于空气中的氮气在燃气锅炉火焰的峰值温度下氧化而成的。其对温度具有高度的依赖性。在火焰温度在1000 ℃条件下。热力型–NO浓度高达12%，但是由于热力型一氧化氮受温度制约，随着温度的降低，其气体浓度会迅速下降。温度降低到800 ℃以下时，热力型NO浓度接近0。

其反应方程如下：N2+O2→2NO

N2+2OH-→2NO+H2

（2）快速NO。快速一氧化氮的產生在燃料负极区，碳氢化合物的自由基会与氮气碰撞迅速反应，形成一氧化氮的前期。HCN，然后随着HCN在被继续氧化，从而生成NO。这个化学反应过程被我们称作快速NO。快速一氧化氮是在燃烧过程中空气中的氮气被氧化成一氧化氮的一种类型，其主要的生成温度低于一氧化氮型的生产温度。

其主要的化学反应方程式可表达为：

CH+N2→HCN+N

C+N2→CN+N

NOX化合物对于大气污染主要表现为三大主要方面：第一，对于人体健康来讲，具有直接的危害，一氧化氮是无色无味的毒性气体，当其人体内的血红细胞结合时，该血红蛋白就不再具有携氧的功能。从而使人出现缺氧的症状，严重者会导致生命危险。第二，氮氧化物。会与空气中水蒸气反应形成酸雨，对经济造成最大损失，同时也影响动植物的生长。第三氮氧化物会产生光化学烟雾。光化学烟雾具有极大的危害性。

研究发现罗氏无氨镧系低温催化脱硝技术：用催化氧化NO成为NO2

η（NOX）=C（NO）in+Cin-C（NO）out-Cout/C（NO）in

+C×100%

该方程式中;η（NOX）表示NOX的去除率：C（NO）in表示入口处的NO浓度，Cin表示入口处的NO2浓度，C（NO）out表示出口处的NO浓度，Cout表示出口处的NO2浓度。

4 改进相关技术探究技术方向

根据研究我们发现可用活性炭混钢渣，作为催化剂可提高脱销效率。（活性炭负载活泼金属可以提高尾气中一氧化氮的转化率）三氧化二铁可用。转炉燃气尾气脱硝可以在脱硝过程中混入活性炭钢渣的方式来提高脱硝的效率。转炉燃气，锅炉钢渣微粉可以作为新型脱硫剂，应用于湿法脱硫技术，并具有极强的可行性，因为钢渣属于碱性物质。在脱硫脱硝过程中可将钢渣粉末进行碱性复合，一方面提高钢渣作为回填材料的安全性，另一方面起到了以废治废的湿法脱硫效果给企业效益带来了提高。最终实现了环境减负的效果。在燃气锅炉尾气脱硫脱硝工艺当中，由于掺烧高炉煤气尾气当中水分含量多为床温度下降幅度大。导致其排烟损失大，锅炉效率降低，而传统纯高炉燃气则没有此现象发生。实验对比可以发现，随着石灰石粉末粒径的降低其与烟气接触面重大，理论上来讲，石灰石粉粒径越小，脱硫效果越好。但在实际当中，由于石灰石粉末过细。进入炉堂会热解为CaO从而降低脱硫效果，影响脱硫效率，因此再经过反复实验选择出。粗粒径石灰石粉末作为吸收剂，能够达到较好的脱硫效果。

燃气锅炉尾气残留的CO，在高效催化氧化剂作用下，将CO2还原为N2，这一过程效果的好坏取决于烟气中CO的残留含量。该反应方程如下。

2NO+O2→2NO2

2NO2+4CO→2N2+4CO2

经过实验分析可以得知，为了能够保证燃气锅炉效率。通常在燃烧过程中，我们采用富氧燃烧已实现燃气锅炉中气体完全燃烧，通常检测发现锅炉内的CO含量极低，固本过程不易在生产过程中实现。

当燃气锅炉产生的烟气中，CO含量不足时以进行氮化物固结处理。就是说催化氧化生成的二氧化氮与支撑体中碱性物质进行反应：

3NO2+Ca（OH）2→Ca（NO3）2+NO+H2O

有以上化学反应方程式可知，但顾及是整个气体氮排量减少的过程。也就是说脱硝反应过程，实际测得生产进行中氮氧化物的去除率可达67%以上。这样通过调整涂料层来控制氮氧化物的浓度。可以完成脱销过程达到国家生产标准，实现清洁排放的目的。

5 结束语

锅炉烟气是焦化厂工业废气之一，通过对锅炉烟气进行脱硫脱硝处理，可以减少烟气中二氧化硫和氮氧化物排入大气的排放量，可以有效改善空气质量和人类生存环境。通过科学有效的生产工艺指导来完成烟气的脱硫脱硝，不仅功在当下利在千秋，而且对实现产业的可持续发展具有重要的推动作用。

参考文献

[1] 王永强，马旭.无氨干法脱硫脱硝技术在燃气锅炉上的应用[J].冶金动力，2020（3）：46-48.

[2] 赵军.低氮燃烧+贵金属催化脱硝技术应用[J].区域供热，2016（4）：23-26.