烧结烟气CO治理

一、简介

随着大气污染防治工作的不断深入，环境空气质量不断好转，国家对一氧化碳（CO）的排放要求也随之提高。自2018年以来，河北、山西多地发布关于钢铁行业一氧化碳排放的治理要求。CO治理与管控内容主要包括三部分：一氧化碳回收治理设施、安装一氧化碳在线监测系统，把一氧化碳控制纳入日常考核。开展钢铁行业一氧化碳综合治理，有效控制一氧化碳排放，对持续改善大气环境质量非常重要。

而钢厂烧结工序能耗约占整个钢铁工业能耗的15%以上；污染物排放量约占整个钢铁工业的40%左右。

烧结的节能减排对钢铁工业的可持续发展具有重要意义。近年来，烧结工序的环冷机余热回收技术、烧结烟气循环技术、竖式冷却炉的余热回收技术等持续进步。在减排方面，烧结机机头烟气脱硫技术已日趋成熟，烟气中NOx的脱除处理技术得到迅速发展。在降低烟气中CO和二噁英的减排方面出现了烧结机料面喷蒸汽的技术等。

整体来看，烧结工序的节能减排工作虽取得长足进步，但结果并不能使人满意。主要表现在如下几个方面：1.烧结工序余热回收率低，整体回收利用率不足30%；2.近期快速发展的烧结烟气脱硫脱硝技术造成能源和成本的急剧增加；3.目前烧结烟气中CO的治理基本是一空白，作为能源白白浪费，作为污染物没有得到有效治理。

从烧结工序热平衡表可以看出，烧结工序理论上可以回收利用的热量主要有以下几个方面：1.烧结饼的显热，约占总能量的35%；2.烧结烟气的显热，约占总能量的15%；3.烧结烟气中的不完全燃烧的化学热，约占总能量的15%。

目前只有部分烧结厂对烧结饼的部分显热能够回收利用，但总体回收利用率较低。剩余的热量仍然以各种形式排放到大气中。

造成目前这种尴尬的局面的主要原因是：1.烧结烟气温度在130-150℃，目前余热回收技术对其回收价值不大，况且目前脱硫脱硝技术基本以该温度设计，如果对其回收将造成脱硫脱硝效率下降；2.烧结烟气中虽然含有大量CO，但在烟气中的浓度只有5000-15000mg/m³，在如此低的浓度下使其转化成CO₂并释放出其携带的化学热难度很大；3.烧结饼显热的回收技术对显热的回收利用率低。

如果我们能够使烟气中的CO携带的化学热得到释放，通过优化工艺设计，对以上三种热量叠加回收，其余热回收效率将会大幅度提高。 

针对一氧化碳治理，采用催化燃烧技术，将烟气中的一氧化碳在催化剂表面进行完全氧化反应，是目前各大高等院校及科研院所研究的方向。该技术具有起燃温度低、燃烧完全、出口一氧化碳浓度低的优点。此外，在催化过程中释放大量反应热，可代替热风炉提供SCR脱硝催化所需的热能和温度，减少企业的能源消耗。 

二、技术原理

烧结烟气主要成分为：N₂、O₂、CO₂、CO，烟气中CO浓度为6000～10000mg/Nm³。CO在催化剂的作用下，实现低温条件下将CO氧化为CO₂，同时反应释放大量热能。反应产生的热能通过换热器提供给脱硫净化后的烟气，实现了脱硫烟气升温，达到脱硝SCR反应所需的温度，不再需要热风炉补热，降低了能源消耗。

三、催化氧化原理 

CO在催化剂作用下，CO分子吸附在催化剂金属氧化物表面发生催化反应，被氧化为CO₂，并释放出大量热能。催化剂产生氧空位被还原，再被解离吸附的氧补充氧缺位而重新氧化，得以再生。

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

四、烟气升温原理

一氧化碳燃烧反应为放热过程，根据反应热力学参数进行计算，8000mg/Nm³的CO完全氧化生成CO₂所释放能量为80 .8kJ/Nm³(1molCO完全转化释放热能282.98kJ/mol）。根据烟气组成计算，烟气密度为：ρ=1.328kg/Nm³，烟气比热容：C=998J/（kg·℃），尾气温升(理论计算)约60℃。通过换热器，将催化反应释放的热能提供给脱硫后的烟气，达到脱硝反应所需温度，节省能耗成本4.00～5.32元/吨矿。

工艺流程

以某烧结机单塔的烟气治理改造为例：

改造前：

改造后：