燒結煙(yān)氣CO治理(lǐ)

一(yī)、簡介

随着大氣污染防治工作(zuò)的不斷深入，環境空氣質量不斷好(hǎo)(hǎo)轉，國家對一(yī)氧化(huà)碳（CO）的排放(fàng)要求也(yě)随之提高。自2018年以來(lái)，河(hé)北、山西(xī)多地發布關(guān)于鋼鐵行業一(yī)氧化(huà)碳排放(fàng)的治理(lǐ)要求。CO治理(lǐ)與管控内容主要包括三部分(fēn)：一(yī)氧化(huà)碳回收治理(lǐ)設施、安裝一(yī)氧化(huà)碳在線監測系統，把一(yī)氧化(huà)碳控制納入日常考核。開展鋼鐵行業一(yī)氧化(huà)碳綜合治理(lǐ)，有效控制一(yī)氧化(huà)碳排放(fàng)，對持續改善大氣環境質量非常重要。

而鋼廠燒結工序能(néng)耗約占整個(gè)鋼鐵工業能(néng)耗的15%以上(shàng)；污染物排放(fàng)量約占整個(gè)鋼鐵工業的40%左右。

燒結的節能(néng)減排對鋼鐵工業的可持續發展具有重要意義。近年來(lái)，燒結工序的環冷機餘熱回收技術、燒結煙(yān)氣循環技術、豎式冷卻爐的餘熱回收技術等持續進步。在減排方面，燒結機機頭煙(yān)氣脫硫技術已日趨成熟，煙(yān)氣中NOx的脫除處理(lǐ)技術得到迅速發展。在降低(dī)煙(yān)氣中CO和二噁英的減排方面出現(xiàn)了(le)燒結機料面噴蒸汽的技術等。

整體(tǐ)來(lái)看，燒結工序的節能(néng)減排工作(zuò)雖取得長足進步，但(dàn)結果并不能(néng)使人(rén)滿意。主要表現(xiàn)在如(rú)下(xià)幾個(gè)方面：1.燒結工序餘熱回收率低(dī)，整體(tǐ)回收利用率不足30%；2.近期快(kuài)速發展的燒結煙(yān)氣脫硫脫硝技術造成能(néng)源和成本的急劇(jù)增加；3.目前燒結煙(yān)氣中CO的治理(lǐ)基本是一(yī)空白，作(zuò)為(wèi)能(néng)源白白浪費，作(zuò)為(wèi)污染物沒有得到有效治理(lǐ)。

從燒結工序熱平衡表可以看出，燒結工序理(lǐ)論上(shàng)可以回收利用的熱量主要有以下(xià)幾個(gè)方面：1.燒結餅的顯熱，約占總能(néng)量的35%；2.燒結煙(yān)氣的顯熱，約占總能(néng)量的15%；3.燒結煙(yān)氣中的不完全燃燒的化(huà)學熱，約占總能(néng)量的15%。

目前隻有部分(fēn)燒結廠對燒結餅的部分(fēn)顯熱能(néng)夠回收利用，但(dàn)總體(tǐ)回收利用率較低(dī)。剩餘的熱量仍然以各種形式排放(fàng)到大氣中。

造成目前這(zhè)種尴尬的局面的主要原因是：1.燒結煙(yān)氣溫度在130-150℃，目前餘熱回收技術對其回收價值不大，況且目前脫硫脫硝技術基本以該溫度設計，如(rú)果對其回收将造成脫硫脫硝效率下(xià)降；2.燒結煙(yān)氣中雖然含有大量CO，但(dàn)在煙(yān)氣中的濃度隻有5000-15000mg/m³，在如(rú)此低(dī)的濃度下(xià)使其轉化(huà)成CO₂并釋放(fàng)出其攜帶的化(huà)學熱難度很大；3.燒結餅顯熱的回收技術對顯熱的回收利用率低(dī)。

如(rú)果我們能(néng)夠使煙(yān)氣中的CO攜帶的化(huà)學熱得到釋放(fàng)，通過優化(huà)工藝設計，對以上(shàng)三種熱量疊加回收，其餘熱回收效率将會大幅度提高。 

針對一(yī)氧化(huà)碳治理(lǐ)，采用催化(huà)燃燒技術，将煙(yān)氣中的一(yī)氧化(huà)碳在催化(huà)劑表面進行完全氧化(huà)反應，是目前各大高等院校(xiào)及科研院所研究的方向。該技術具有起燃溫度低(dī)、燃燒完全、出口一(yī)氧化(huà)碳濃度低(dī)的優點。此外，在催化(huà)過程中釋放(fàng)大量反應熱，可代替熱風(fēng)爐提供SCR脫硝催化(huà)所需的熱能(néng)和溫度，減少企業的能(néng)源消耗。 

二、技術原理(lǐ)

燒結煙(yān)氣主要成分(fēn)為(wèi)：N₂、O₂、CO₂、CO，煙(yān)氣中CO濃度為(wèi)6000～10000mg/Nm³。CO在催化(huà)劑的作(zuò)用下(xià)，實現(xiàn)低(dī)溫條件下(xià)将CO氧化(huà)為(wèi)CO₂，同時(shí)反應釋放(fàng)大量熱能(néng)。反應産生(shēng)的熱能(néng)通過換熱器(qì)提供給脫硫淨化(huà)後的煙(yān)氣，實現(xiàn)了(le)脫硫煙(yān)氣升溫，達到脫硝SCR反應所需的溫度，不再需要熱風(fēng)爐補熱，降低(dī)了(le)能(néng)源消耗。

三、催化(huà)氧化(huà)原理(lǐ) 

CO在催化(huà)劑作(zuò)用下(xià)，CO分(fēn)子(zǐ)吸附在催化(huà)劑金(jīn)屬氧化(huà)物表面發生(shēng)催化(huà)反應，被氧化(huà)為(wèi)CO₂，并釋放(fàng)出大量熱能(néng)。催化(huà)劑産生(shēng)氧空位被還原，再被解離吸附的氧補充氧缺位而重新(xīn)氧化(huà)，得以再生(shēng)。

CO（g）+ 1/2 O₂（g）= CO₂ΔH298 = -282.98 kJ/mol

四、煙(yān)氣升溫原理(lǐ)

一(yī)氧化(huà)碳燃燒反應為(wèi)放(fàng)熱過程，根據反應熱力學參數進行計算(suàn)，8000mg/Nm³的CO完全氧化(huà)生(shēng)成CO₂所釋放(fàng)能(néng)量為(wèi)80 .8kJ/Nm³(1molCO完全轉化(huà)釋放(fàng)熱能(néng)282.98kJ/mol）。根據煙(yān)氣組成計算(suàn)，煙(yān)氣密度為(wèi)：ρ=1.328kg/Nm³，煙(yān)氣比熱容：C=998J/（kg·℃），尾氣溫升(理(lǐ)論計算(suàn))約60℃。通過換熱器(qì)，将催化(huà)反應釋放(fàng)的熱能(néng)提供給脫硫後的煙(yān)氣，達到脫硝反應所需溫度，節省能(néng)耗成本4.00～5.32元/噸礦。

工藝流程

以某燒結機單塔的煙(yān)氣治理(lǐ)改造為(wèi)例：

改造前：

改造後：