鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是環(huán)境污染的大戶。近年來，中國環(huán)境保護(hù)形勢越來越嚴(yán)峻，2021年實(shí)施新的環(huán)境保護(hù)法，新的鋼鐵行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NOx排放也提出了越來越嚴(yán)格的要求。鋼鐵工業(yè)在除塵、脫硫等方面取得了很大進(jìn)步，但氮氧化物的污染防治還處于起步階段，因此鋼鐵工業(yè)氮氧化物污染防治技術(shù)途徑的研究尤為重要。本文在充分收集國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了鋼鐵工業(yè)氮氧化物的產(chǎn)生環(huán)節(jié)和生成機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，收集整理了國內(nèi)外鋼鐵工業(yè)氮氧化物污染防治技術(shù)途徑，為鋼鐵工業(yè)環(huán)境管理提供技術(shù)支持。

1鋼鐵工業(yè)氮氧化物主要污染源

據(jù)國內(nèi)外研究，鋼鐵工業(yè)氮氧化物主要污染源見表1。其中燒結(jié)和自備電廠NOx排放在鋼鐵企業(yè)NOx排放的前兩位，燒結(jié)工序約占鋼鐵工業(yè)排放量的一半左右。因此，燒結(jié)工序和自備電廠煙氣NOx控制是鋼鐵企業(yè)NOx減排的重點(diǎn)。

2鋼鐵工業(yè)氮氧化物生成機(jī)理

2.1熱力型NOx

熱力型NOX的生成是空氣中的N2和過剩的O2在高溫下反應(yīng)生成NO。其中，溫度是影響NOx生成最重要和最顯著的因素，隨著溫度的升高，NOx達(dá)到峰值，然后由于發(fā)生高溫分解反應(yīng)而有所降低，并且隨著O2濃度和空氣預(yù)熱溫度的增高，NOx生成量存在一個(gè)最大值。當(dāng)O2濃度過高時(shí)，由于存在過量氧對(duì)火焰的冷卻作用，NOx值有所降低。因此，盡量避免氧濃度、溫度高峰是降低熱力型NOx的有效措施之一。

2.2燃料型NOx

燃料型NOx的生成過程分為三個(gè)階段:首先，有機(jī)氮化合物隨揮發(fā)分析的一部分，其次，揮發(fā)分中氮化物燃燒的最后，焦炭中有機(jī)氮燃燒。揮發(fā)有機(jī)氮生成NO的轉(zhuǎn)化率隨著燃燒溫度的上升而增大，燃燒溫度水平低時(shí)，燃料氮的揮發(fā)份額明顯下降。此外，燃油型NOx的生成量與火焰附近的氧濃度密切相關(guān)，也與燃油品種和燃燒方式有關(guān)。

2.3快速型NOx

快速型NOx由空氣總氮和燃料中的碳?xì)潆x子NOx轉(zhuǎn)化為燃料中含有氮的有機(jī)物，以NO形式存在的自備電氣工廠鍋爐也以燃料型NOx為主，占總生成量的60%以上的焦化是干餾過程，即隔絕空氣加熱，煤分解產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣，煤中的氮元素在高溫作用下反應(yīng)產(chǎn)生NH3或NOx，焦化工程也以燃料型NOx為主，此外，鋼鐵其他工程燃料大多以燃料為主(含氮量低)

3鋼鐵工業(yè)氮氧化物污染防治途徑

3.1燒結(jié)工序NOx污染防治途徑

燒結(jié)煙的復(fù)雜性，對(duì)燒結(jié)煙各種脫硝技術(shù)的研究較多，但真正投入工業(yè)化運(yùn)行的比較少。目前，燒結(jié)工序NOx污染防治渠道主要有煙氣再循環(huán)技術(shù)和活性炭吸附技術(shù)。

3.1.1煙氣再循環(huán)技術(shù)

煙氣再循環(huán)技術(shù)是將部分熱廢氣再次引入燒結(jié)過程的循環(huán)技術(shù)。熱廢氣再次通過燒結(jié)料層時(shí)，一方面，可降低混合氣中的氧濃度，起到熱量吸收體的作用，不致使燃燒溫度變得過高，從而抑制NOx的生成;另一方面，其中的NOx能夠通過熱分解被部分破壞，廢氣中的CO在燒結(jié)過程中再次參加還原還可降低固體燃料消耗。

典型的廢氣循環(huán)利用工藝有EOS(EmissionOptimizedSinte-ring)和LEEP工藝(LowEmission&EnergyoptimizedsinterProduction)，EOS工藝已在克魯斯艾莫伊登燒結(jié)廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，LEEP工藝是由德國HKM公司研發(fā)的并在燒結(jié)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，寶鋼在國內(nèi)率先掌握燒結(jié)廢氣余熱循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)，2012年國內(nèi)首套燒結(jié)機(jī)廢氣循環(huán)中試裝置應(yīng)用于寶鋼不銹鋼有限公司2號(hào)燒結(jié)機(jī)，2013年國內(nèi)首個(gè)大型燒結(jié)廢氣余熱循環(huán)利用項(xiàng)目在寶鋼寧波鋼鐵有限公司建成投運(yùn)。

廢氣循環(huán)法可以降低污染物的總排放量，也可以降低總排放量，大大降低了投資和運(yùn)行成本，但由于燒結(jié)過程中氧含量的降低，燒結(jié)生產(chǎn)效率和燒結(jié)礦的質(zhì)量受到一定程度的影響。

3.1.2活性炭吸附法

活性炭吸附法是集燒結(jié)機(jī)煙氣的除塵、脫硫、脫硝三種功能于一體的多污染物協(xié)同控制技術(shù)，同時(shí)該方法還具有去除二惡英、Hg、HCl等效果。該法通常使用高質(zhì)量、昂貴的活性炭，產(chǎn)生副產(chǎn)品硫酸�；钚蕴看餐ㄟ^水和蒸汽達(dá)到再生的效果。當(dāng)廢氣被引導(dǎo)通過活性炭床時(shí)，污染物被活性炭吸收。如果廢氣中的NOx，在廢氣通過活性炭床之前，必須向廢氣中噴灑NH3。該法根據(jù)運(yùn)行溫度、添加物NH3和設(shè)計(jì)狀況，脫氮效率可達(dá)80%~90%。日本、澳大利亞、韓國均有燒結(jié)機(jī)應(yīng)用了該技術(shù)[5]。2010年，中國太鋼2臺(tái)450m2燒結(jié)機(jī)也使用了活性炭吸附法，NOx凈化效果見表2�？偟膩碚f，活性炭吸附法的煙氣凈化效率高，無二次污染，吸附劑活性炭可以回收利用，但該方法投資大，運(yùn)行成本高，裝備需要進(jìn)口。

另外，燒結(jié)廠通過減少燒結(jié)燃料中n元素的含量，可以減少NOx的MEROS技術(shù)、循環(huán)流化床技術(shù)也在燒結(jié)廠成功應(yīng)用，但整體脫硝效率低。

3.2備用電廠NOx污染防治途徑

鋼鐵企業(yè)一般配備備用電廠，其作用主要為鋼鐵企業(yè)自身提供蒸汽和電能，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部馀熱、馀能綜合利用，節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本。自備電站的生產(chǎn)技術(shù)與通常的火電企業(yè)基本相同，但自備電站鍋爐的燃料品種更豐富，不僅使用煤，還使用鋼鐵企業(yè)自身產(chǎn)生的各種煤氣，如高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣等。因此，與鋼鐵企業(yè)的主體工序相比，自備電站NOx污染防治途徑可以參考發(fā)電企業(yè)NOx污染防治經(jīng)驗(yàn)，其防治途徑更加成熟。目前應(yīng)用最廣泛的控制技術(shù)主要有兩種:一種是過程控制，如低氮燃燒；二是末端控制，如選擇性催化恢復(fù)脫硝技術(shù)(SCR)、選擇性非催化恢復(fù)脫硝技術(shù)(SNCR)、SNCR/SCR技術(shù)。

3.2.1低氮燃燒技術(shù)

用改變?nèi)紵龡l件的方法降低NOx排放，統(tǒng)稱低氮燃燒技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)主要包括：低氧燃燒、分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、采用低氮燃燒器等，其中低氮燃燒器在電廠鍋爐中應(yīng)用最廣泛。但是，由于任何低氮燃燒技術(shù)都與爐膛燃燒的安全問題和效率問題有關(guān)，低氮燃燒技術(shù)有限，NOx排放濃度約為400mg/m3。

3.2.2SCR法

目前電廠主流的脫硝技術(shù)即SCR工藝。它的原理是:還原劑NH3在催化劑作用下，將NOx還原為對(duì)大氣環(huán)境影響不大的N2和H2O。選擇性是指NH3有選擇地恢復(fù)反應(yīng)，在此只選擇恢復(fù)NOx。該方法的脫硝效率主要取決于催化劑的活性、反應(yīng)溫度、停留時(shí)間、混合程度、化學(xué)量比、氨的逃脫量、催化劑的層數(shù)等。一般脫硝效率可達(dá)80%~90%[7]。

3.2.3SNCR法

SNCR法將爐膛作為反應(yīng)器，將NH3或氨基還原劑直接噴入爐膛900℃~1100℃的區(qū)域，后者迅速分解為NH3，NH3與煙霧中的NOx反應(yīng)生成N2和H2O。該方法不使用催化劑，反應(yīng)溫度高，還原劑消耗量大。該方法的脫硝效率主要取決于溫度、NH3/NOx摩爾比、添加劑等。一般脫硝效率低于SCR法，約為60%，但該方法投資低。目前，循環(huán)流化床鍋爐多采用SNCR脫硝技術(shù)。

3.2.4SNCR/SCR法

SNCR/SCR組合技術(shù)將SNCR的還原劑直噴爐膛技術(shù)與SCR利用逸出氨進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)行兩級(jí)脫硝。SNCR技術(shù)的低成本特征與SCR技術(shù)的高脫硝效率和低氨逸出率有效結(jié)合。SNCR/SCR具有脫硝效率高（可達(dá)80%以上）、催化劑用量少、空間適應(yīng)性強(qiáng)、腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)。目前，國華北京熱電公司、臺(tái)灣興達(dá)發(fā)電廠應(yīng)用。

3.3焦化工序NOx污染防治途徑

目前焦化工序NOx污染防治途徑主要是

3.3.1廢氣再循環(huán)

焦?fàn)t產(chǎn)生的廢氣與燃料和燃燒空氣混合，通過降低n含量和增加CO2含量來降低火焰溫度。但同時(shí)，廢氣再循環(huán)的預(yù)熱也可能抵消NOx減排效果。

3.3.2空氣階段燃燒技術(shù)

通過階段性向燃燒室引入空氣，使燃燒條件更加穩(wěn)定，降低NOx排放。

3.3下降焦溫

下降焦溫會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性和能效。此外，通過降低碳化室與燃燒室之間的溫度梯度，可以降低正常的碳化室溫度，降低燃燒室溫度，減少NOx的生成。這可以通過使用較薄的耐火磚或具有較好導(dǎo)熱率的耐火磚來實(shí)現(xiàn)。

另外，鋼鐵企業(yè)煉鐵工序NOx生源主要是熱風(fēng)爐，其燃燒高爐煤氣，目前主要依靠低氮燃燒器控制NOx排放。軋制工序通過對(duì)加熱爐進(jìn)行蓄熱改造，可以發(fā)揮NOx減排的效果。該技術(shù)具有高效煙氣馀熱回收、空氣和煤氣預(yù)熱溫度高、NOx排放低的優(yōu)點(diǎn)。

4結(jié)語

鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序和自備發(fā)電廠煙NOx控制是鋼鐵企業(yè)NOx減排的重點(diǎn)，與煙/粉塵、SO2污染防治主要集中在除塵、脫硫等末端管理技術(shù)上，鋼鐵工業(yè)NOx污染防治是全方位的系統(tǒng)工程，除末端管理技術(shù)外，在原料管理、技術(shù)過程優(yōu)化管理等方面也需要充分重視通過本文對(duì)鋼鐵工業(yè)NOx污染防治技術(shù)途徑的總結(jié)分析，希望為鋼鐵企業(yè)乃至鋼鐵工業(yè)進(jìn)一步開展氮氧化物減排提供技術(shù)支撐。