钢铁工业是国家工业发展的基础，也是环境污染的大户。近年来，中国环境保护形势越来越严峻，2021年实施新的环境保护法，新的钢铁行业污染物排放标准对NOx排放也提出了越来越严格的要求。钢铁工业在除尘、脱硫等方面取得了很大进步，但氮氧化物的污染防治还处于起步阶段，因此钢铁工业氮氧化物污染防治技术途径的研究尤为重要。本文在充分收集国内外资料的基础上，详细分析了钢铁工业氮氧化物的产生环节和生成机理，在此基础上，收集整理了国内外钢铁工业氮氧化物污染防治技术途径，为钢铁工业环境管理提供技术支持。

1钢铁工业氮氧化物主要污染源

据国内外研究，钢铁工业氮氧化物主要污染源见表1。其中烧结和自备电厂NOx排放在钢铁企业NOx排放的前两位，烧结工序约占钢铁工业排放量的一半左右。因此，烧结工序和自备电厂烟气NOx控制是钢铁企业NOx减排的重点。

2钢铁工业氮氧化物生成机理

2.1热力型NOx

热力型NOX的生成是空气中的N2和过剩的O2在高温下反应生成NO。其中，温度是影响NOx生成最重要和最显著的因素，随着温度的升高，NOx达到峰值，然后由于发生高温分解反应而有所降低，并且随着O2浓度和空气预热温度的增高，NOx生成量存在一个最大值。当O2浓度过高时，由于存在过量氧对火焰的冷却作用，NOx值有所降低。因此，尽量避免氧浓度、温度高峰是降低热力型NOx的有效措施之一。

2.2燃料型NOx

燃料型NOx的生成过程分为三个阶段:首先，有机氮化合物随挥发分析的一部分，其次，挥发分中氮化物燃烧的最后，焦炭中有机氮燃烧。挥发有机氮生成NO的转化率随着燃烧温度的上升而增大，燃烧温度水平低时，燃料氮的挥发份额明显下降。此外，燃油型NOx的生成量与火焰附近的氧浓度密切相关，也与燃油品种和燃烧方式有关。

2.3快速型NOx

快速型NOx由空气总氮和燃料中的碳氢离子NOx转化为燃料中含有氮的有机物，以NO形式存在的自备电气工厂锅炉也以燃料型NOx为主，占总生成量的60%以上的焦化是干馏过程，即隔绝空气加热，煤分解产生焦炉煤气，煤中的氮元素在高温作用下反应产生NH3或NOx，焦化工程也以燃料型NOx为主，此外，钢铁其他工程燃料大多以燃料为主(含氮量低)

3钢铁工业氮氧化物污染防治途径

3.1烧结工序NOx污染防治途径

烧结烟的复杂性，对烧结烟各种脱硝技术的研究较多，但真正投入工业化运行的比较少。目前，烧结工序NOx污染防治渠道主要有烟气再循环技术和活性炭吸附技术。

3.1.1烟气再循环技术

烟气再循环技术是将部分热废气再次引入烧结过程的循环技术。热废气再次通过烧结料层时，一方面，可降低混合气中的氧浓度，起到热量吸收体的作用，不致使燃烧温度变得过高，从而抑制NOx的生成;另一方面，其中的NOx能够通过热分解被部分破坏，废气中的CO在烧结过程中再次参加还原还可降低固体燃料消耗。

典型的废气循环利用工艺有EOS(EmissionOptimizedSinte-ring)和LEEP工艺(LowEmission&EnergyoptimizedsinterProduction)，EOS工艺已在克鲁斯艾莫伊登烧结厂实现工业化应用，LEEP工艺是由德国HKM公司研发的并在烧结机上实现了工业化，宝钢在国内率先掌握烧结废气余热循环利用关键技术，2012年国内首套烧结机废气循环中试装置应用于宝钢不锈钢有限公司2号烧结机，2013年国内首个大型烧结废气余热循环利用项目在宝钢宁波钢铁有限公司建成投运。

废气循环法可以降低污染物的总排放量，也可以降低总排放量，大大降低了投资和运行成本，但由于烧结过程中氧含量的降低，烧结生产效率和烧结矿的质量受到一定程度的影响。

3.1.2活性炭吸附法

活性炭吸附法是集烧结机烟气的除尘、脱硫、脱硝三种功能于一体的多污染物协同控制技术，同时该方法还具有去除二恶英、Hg、HCl等效果。该法通常使用高质量、昂贵的活性炭，产生副产品硫酸。活性炭床通过水和蒸汽达到再生的效果。当废气被引导通过活性炭床时，污染物被活性炭吸收。如果废气中的NOx，在废气通过活性炭床之前，必须向废气中喷洒NH3。该法根据运行温度、添加物NH3和设计状况，脱氮效率可达80%~90%。日本、澳大利亚、韩国均有烧结机应用了该技术[5]。2010年，中国太钢2台450m2烧结机也使用了活性炭吸附法，NOx净化效果见表2。总的来说，活性炭吸附法的烟气净化效率高，无二次污染，吸附剂活性炭可以回收利用，但该方法投资大，运行成本高，装备需要进口。

另外，烧结厂通过减少烧结燃料中n元素的含量，可以减少NOx的MEROS技术、循环流化床技术也在烧结厂成功应用，但整体脱硝效率低。

3.2备用电厂NOx污染防治途径

钢铁企业一般配备备用电厂，其作用主要为钢铁企业自身提供蒸汽和电能，实现企业内部馀热、馀能综合利用，节约生产运行成本。自备电站的生产技术与通常的火电企业基本相同，但自备电站锅炉的燃料品种更丰富，不仅使用煤，还使用钢铁企业自身产生的各种煤气，如高炉、焦炉、转炉煤气、天然气等。因此，与钢铁企业的主体工序相比，自备电站NOx污染防治途径可以参考发电企业NOx污染防治经验，其防治途径更加成熟。目前应用最广泛的控制技术主要有两种:一种是过程控制，如低氮燃烧；二是末端控制，如选择性催化恢复脱硝技术(SCR)、选择性非催化恢复脱硝技术(SNCR)、SNCR/SCR技术。

3.2.1低氮燃烧技术

用改变燃烧条件的方法降低NOx排放，统称低氮燃烧技术。低氮燃烧技术主要包括：低氧燃烧、分级燃烧、烟气再循环、采用低氮燃烧器等，其中低氮燃烧器在电厂锅炉中应用最广泛。但是，由于任何低氮燃烧技术都与炉膛燃烧的安全问题和效率问题有关，低氮燃烧技术有限，NOx排放浓度约为400mg/m3。

3.2.2SCR法

目前电厂主流的脱硝技术即SCR工艺。它的原理是:还原剂NH3在催化剂作用下，将NOx还原为对大气环境影响不大的N2和H2O。选择性是指NH3有选择地恢复反应，在此只选择恢复NOx。该方法的脱硝效率主要取决于催化剂的活性、反应温度、停留时间、混合程度、化学量比、氨的逃脱量、催化剂的层数等。一般脱硝效率可达80%~90%[7]。

3.2.3SNCR法

SNCR法将炉膛作为反应器，将NH3或氨基还原剂直接喷入炉膛900℃~1100℃的区域，后者迅速分解为NH3，NH3与烟雾中的NOx反应生成N2和H2O。该方法不使用催化剂，反应温度高，还原剂消耗量大。该方法的脱硝效率主要取决于温度、NH3/NOx摩尔比、添加剂等。一般脱硝效率低于SCR法，约为60%，但该方法投资低。目前，循环流化床锅炉多采用SNCR脱硝技术。

3.2.4SNCR/SCR法

SNCR/SCR组合技术将SNCR的还原剂直喷炉膛技术与SCR利用逸出氨进行催化反应，进行两级脱硝。SNCR技术的低成本特征与SCR技术的高脱硝效率和低氨逸出率有效结合。SNCR/SCR具有脱硝效率高（可达80%以上）、催化剂用量少、空间适应性强、腐蚀小等优点。目前，国华北京热电公司、台湾兴达发电厂应用。

3.3焦化工序NOx污染防治途径

目前焦化工序NOx污染防治途径主要是

3.3.1废气再循环

焦炉产生的废气与燃料和燃烧空气混合，通过降低n含量和增加CO2含量来降低火焰温度。但同时，废气再循环的预热也可能抵消NOx减排效果。

3.3.2空气阶段燃烧技术

通过阶段性向燃烧室引入空气，使燃烧条件更加稳定，降低NOx排放。

3.3下降焦温

下降焦温会影响经济性和能效。此外，通过降低碳化室与燃烧室之间的温度梯度，可以降低正常的碳化室温度，降低燃烧室温度，减少NOx的生成。这可以通过使用较薄的耐火砖或具有较好导热率的耐火砖来实现。

另外，钢铁企业炼铁工序NOx生源主要是热风炉，其燃烧高炉煤气，目前主要依靠低氮燃烧器控制NOx排放。轧制工序通过对加热炉进行蓄热改造，可以发挥NOx减排的效果。该技术具有高效烟气馀热回收、空气和煤气预热温度高、NOx排放低的优点。

4结语

钢铁工业烧结工序和自备发电厂烟NOx控制是钢铁企业NOx减排的重点，与烟/粉尘、SO2污染防治主要集中在除尘、脱硫等末端管理技术上，钢铁工业NOx污染防治是全方位的系统工程，除末端管理技术外，在原料管理、技术过程优化管理等方面也需要充分重视通过本文对钢铁工业NOx污染防治技术途径的总结分析，希望为钢铁企业乃至钢铁工业进一步开展氮氧化物减排提供技术支撑。