鋼鐵工業是國家工業發展的基礎，也是環境污染的大戶。近年來，中國環境保護形勢越來越嚴峻，2021年實施新的環境保護法，新的鋼鐵行業污染物排放標準對NOx排放也提出了越來越嚴格的要求。鋼鐵工業在除塵、脫硫等方面取得了很大進步，但氮氧化物的污染防治還處于起步階段，因此鋼鐵工業氮氧化物污染防治技術途徑的研究尤為重要。本文在充分收集國內外資料的基礎上，詳細分析了鋼鐵工業氮氧化物的產生環節和生成機理，在此基礎上，收集整理了國內外鋼鐵工業氮氧化物污染防治技術途徑，為鋼鐵工業環境管理提供技術支持。

1鋼鐵工業氮氧化物主要污染源

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

2鋼鐵工業氮氧化物生成機理

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達到峰值，然后由于發生高溫分解反應而有所降低，并且隨著O2濃度和空氣預熱溫度的增高，NOx生成量存在一個最大值。當O2濃度過高時，由于存在過量氧對火焰的冷卻作用，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階段:首先，有機氮化合物隨揮發分析的一部分，其次，揮發分中氮化物燃燒的最后，焦炭中有機氮燃燒。揮發有機氮生成NO的轉化率隨著燃燒溫度的上升而增大，燃燒溫度水平低時，燃料氮的揮發份額明顯下降。此外，燃油型NOx的生成量與火焰附近的氧濃度密切相關，也與燃油品種和燃燒方式有關。

2.3快速型NOx

快速型NOx由空氣總氮和燃料中的碳氫離子NOx轉化為燃料中含有氮的有機物，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，煤分解產生焦爐煤氣，煤中的氮元素在高溫作用下反應產生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鋼鐵工業氮氧化物污染防治途徑

3.1燒結工序NOx污染防治途徑

燒結煙的復雜性，對燒結煙各種脫硝技術的研究較多，但真正投入工業化運行的比較少。目前，燒結工序NOx污染防治渠道主要有煙氣再循環技術和活性炭吸附技術。

3.1.1煙氣再循環技術

煙氣再循環技術是將部分熱廢氣再次引入燒結過程的循環技術。熱廢氣再次通過燒結料層時，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廠實現工業化應用，LEEP工藝是由德國HKM公司研發的并在燒結機上實現了工業化，寶鋼在國內率先掌握燒結廢氣余熱循環利用關鍵技術，2012年國內首套燒結機廢氣循環中試裝置應用于寶鋼不銹鋼有限公司2號燒結機，2013年國內首個大型燒結廢氣余熱循環利用項目在寶鋼寧波鋼鐵有限公司建成投運。

廢氣循環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行成本，但由于燒結過程中氧含量的降低，燒結生產效率和燒結礦的質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機煙氣的除塵、脫硫、脫硝三種功能于一體的多污染物協同控制技術，同時該方法還具有去除二惡英、Hg、HCl等效果。該法通常使用高質量、昂貴的活性炭，產生副產品硫酸。活性炭床通過水和蒸汽達到再生的效果。當廢氣被引導通過活性炭床時，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。該法根據運行溫度、添加物NH3和設計狀況，脫氮效率可達80%~90%。日本、澳大利亞、韓國均有燒結機應用了該技術[5]。2010年，中國太鋼2臺450m2燒結機也使用了活性炭吸附法，NOx凈化效果見表2。總的來說，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，運行成本高，裝備需要進口。

另外，燒結廠通過減少燒結燃料中n元素的含量，可以減少NOx的MEROS技術、循環流化床技術也在燒結廠成功應用，但整體脫硝效率低。

3.2備用電廠NOx污染防治途徑

鋼鐵企業一般配備備用電廠，其作用主要為鋼鐵企業自身提供蒸汽和電能，實現企業內部馀熱、馀能綜合利用，節約生產運行成本。自備電站的生產技術與通常的火電企業基本相同，但自備電站鍋爐的燃料品種更豐富，不僅使用煤，還使用鋼鐵企業自身產生的各種煤氣，如高爐、焦爐、轉爐煤氣、天然氣等。因此，與鋼鐵企業的主體工序相比，自備電站NOx污染防治途徑可以參考發電企業NOx污染防治經驗，其防治途徑更加成熟。目前應用最廣泛的控制技術主要有兩種:一種是過程控制，如低氮燃燒；二是末端控制，如選擇性催化恢復脫硝技術(SCR)、選擇性非催化恢復脫硝技術(SNCR)、SNCR/SCR技術。

3.2.1低氮燃燒技術

用改變燃燒條件的方法降低NOx排放，統稱低氮燃燒技術。低氮燃燒技術主要包括：低氧燃燒、分級燃燒、煙氣再循環、采用低氮燃燒器等，其中低氮燃燒器在電廠鍋爐中應用最廣泛。但是，由于任何低氮燃燒技術都與爐膛燃燒的安全問題和效率問題有關，低氮燃燒技術有限，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還原為對大氣環境影響不大的N2和H2O。選擇性是指NH3有選擇地恢復反應，在此只選擇恢復NOx。該方法的脫硝效率主要取決于催化劑的活性、反應溫度、停留時間、混合程度、化學量比、氨的逃脫量、催化劑的層數等。一般脫硝效率可達80%~90%[7]。

3.2.3SNCR法

SNCR法將爐膛作為反應器，將NH3或氨基還原劑直接噴入爐膛900℃~1100℃的區域，后者迅速分解為NH3，NH3與煙霧中的NOx反應生成N2和H2O。該方法不使用催化劑，反應溫度高，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，循環流化床鍋爐多采用SNCR脫硝技術。

3.2.4SNCR/SCR法

SNCR/SCR組合技術將SNCR的還原劑直噴爐膛技術與SCR利用逸出氨進行催化反應，進行兩級脫硝。SNCR技術的低成本特征與SCR技術的高脫硝效率和低氨逸出率有效結合。SNCR/SCR具有脫硝效率高（可達80%以上）、催化劑用量少、空間適應性強、腐蝕小等優點。目前，國華北京熱電公司、臺灣興達發電廠應用。

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

焦爐產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，廢氣再循環的預熱也可能抵消NOx減排效果。

3.3.2空氣階段燃燒技術

通過階段性向燃燒室引入空氣，使燃燒條件更加穩定，降低NOx排放。

3.3下降焦溫

下降焦溫會影響經濟性和能效。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熱率的耐火磚來實現。

另外，鋼鐵企業煉鐵工序NOx生源主要是熱風爐，其燃燒高爐煤氣，目前主要依靠低氮燃燒器控制NOx排放。軋制工序通過對加熱爐進行蓄熱改造，可以發揮NOx減排的效果。該技術具有高效煙氣馀熱回收、空氣和煤氣預熱溫度高、NOx排放低的優點。

4結語

鋼鐵工業燒結工序和自備發電廠煙NOx控制是鋼鐵企業NOx減排的重點，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上，鋼鐵工業NOx污染防治是全方位的系統工程，除末端管理技術外，在原料管理、技術過程優化管理等方面也需要充分重視通過本文對鋼鐵工業NOx污染防治技術途徑的總結分析，希望為鋼鐵企業乃至鋼鐵工業進一步開展氮氧化物減排提供技術支撐。