除塵脫硝一體化裝置及其應(yīng)用*

余建華 姚群 鄒俊 黃飛平

(1.中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?武漢430205； 2.廣西柳州鋼鐵股份有限公司 廣西柳州 545002)

0 引言

常見的工業(yè)爐窯煙氣凈化工藝流程是干法或半干法煙氣脫硫后，進(jìn)入低壓脈沖袋式除塵器去除顆粒物，再進(jìn)入SCR反應(yīng)器脫硝。這種傳統(tǒng)工藝布置存在以下幾個主要問題：一是流程長，脫硫塔+除塵器+SCR反應(yīng)器一字排開，設(shè)備布置呈“糖葫蘆”串聯(lián)，占地大，煙道布置曲里拐彎，氣體流動阻力大；二是風(fēng)量大時氣流分布不易均勻，除塵過濾單元之間處理風(fēng)量差異較大；三是傳統(tǒng)袋式除塵器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，灰斗多，鋼耗大，阻力高；四是SCR入口要專門設(shè)置氣流整流裝置等。

為解決長流程問題，中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰景l(fā)明了一種新的除塵脫硝一體化裝置，體現(xiàn)了除塵脫硝協(xié)同作用。

1 除塵脫硝一體化裝置的研發(fā)

1.1 除塵脫硝一體化裝置結(jié)構(gòu)

該除塵脫硝一體化裝置主要由直通式袋式除塵器+SCR脫硝反應(yīng)器組成，它包括進(jìn)口喇叭、氣流分布板、濾袋及框架、脈沖噴吹清灰裝置、噴射格柵、SCR催化反應(yīng)器、自動控制系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 除塵脫硝一體化裝置

1.2 除塵脫硝一體化裝置工作原理

高溫?zé)煔饨?jīng)氣流分布板進(jìn)行煙氣均勻性整流，再經(jīng)濾袋過濾，去除粉塵；過濾后的煙氣通過氨氣噴射格柵與氨氣混合，再進(jìn)入脫硝催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)生成N2和H2O，干凈的氣體從反應(yīng)器出口排出，完成粉塵與氮氧化物協(xié)同去除；氨氣制備系統(tǒng)產(chǎn)出氨氣，通過管道向噴射格柵提供氨氣；氨氣的用量和濃度通過自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，袋濾器清灰也通過自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，脈沖噴吹清灰裝置開始工作，對濾袋清灰，脫落的粉塵落入灰斗中，定期排走。

1.3 多通道除塵脫硝一體化裝置

為適應(yīng)不停機連續(xù)生產(chǎn)的要求，采用多通道除塵脫硝一體化裝置布置，并在每個通道進(jìn)出口安裝切換閥門，形成多通道除塵脫硝一體化整體結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，可實現(xiàn)除塵和脫硝在線更換濾袋、更換催化劑和熱解析等功能。

圖2 多通道除塵脫硝一體化結(jié)構(gòu)

1.4 預(yù)荷電裝置

根據(jù)工業(yè)煙氣具體情況，當(dāng)煙氣中微細(xì)粒子數(shù)量多、粒徑小或排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格時，可選擇中鋼天澄環(huán)保公司研發(fā)的國家863科技成果預(yù)荷電袋濾器作為除塵器，以提高細(xì)顆粒物捕集效率。預(yù)荷電裝置使煙氣中微細(xì)粒子帶上電荷，荷電粉塵在濾料表面可形成一種疏松的呈海綿狀的粉塵層，可提高袋式除塵捕集效率15%～20%，同時過濾阻力可下降20%～30%[1]。另外，據(jù)美國阿蘭柯環(huán)境資源公司于20世紀(jì)90年代研究，荷電裝置可使得脫硫劑粒子與SO2的反應(yīng)機會有所增加，從而能提高脫硫效率[2]。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程項目概況

某鋼鐵股份有限公司焦化廠一焦車間2×55孔JN60-6型頂裝焦?fàn)t，年產(chǎn)110萬t，焦?fàn)t煙氣處理量350 000 Nm3/h，溫度180～240 ℃，入口顆粒物質(zhì)量濃度30 mg/m3，二氧化硫質(zhì)量濃度500 mg/m3，氮氧化物質(zhì)量濃度1 000 mg/m3，含氧量10%～14%。為了滿足超低排放要求，用戶決定對焦?fàn)t煙氣進(jìn)行環(huán)保提標(biāo)改造。

本項目要求技術(shù)性能指標(biāo)(基準(zhǔn)含氧量8%)為顆粒物質(zhì)量濃度<10 mg/m3，二氧化硫質(zhì)量濃度<30 mg/m3，氮氧化物質(zhì)量濃度<150 mg/m3，排入煙囪煙溫不低于130 ℃。

2.2 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝治理技術(shù)方案

本項目結(jié)合了多通道除塵脫硝一體化裝置、國家863科技成果預(yù)荷電袋濾器、智能化控制等多項專利技術(shù)和產(chǎn)品。采用了SDS干法脫硫+多通道預(yù)荷電袋濾器脫硝一體化裝置+余熱回收的多污染物協(xié)同治理技術(shù)路線，工藝流程如圖3所示。

圖3 工藝流程

(1)SDS干法脫硫

利用小蘇打作為脫硫劑，通過噴射裝置將小蘇打多點、均勻地噴入煙道，利用煙道作為脫硫反應(yīng)器，并保證必要的反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度。

(2)多通道除塵脫硝一體化裝置

采用預(yù)荷電袋濾器和中低溫SCR脫硝，為滿足焦?fàn)t在不停爐情況下除塵脫硝設(shè)備在線檢修，選用多通道除塵脫硝一體化結(jié)構(gòu)布置，在設(shè)備入口和出口分別安裝切換閥門。濾袋選用覆膜耐高溫濾料，催化劑選用V系催化劑，30×30孔數(shù)。

(3)余熱回收系統(tǒng)

為回收焦?fàn)t高溫?zé)煔獾臒崃?，采用軟水對高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱，煙氣溫度從高溫降至150 ℃，產(chǎn)出130 ℃飽和熱水，產(chǎn)量105 t/h。

(4)風(fēng)機電機

風(fēng)機風(fēng)量為350 000 Nm3/h，全壓6 000 Pa，選用變頻調(diào)速。

(5)其他輔助設(shè)施

其他輔助設(shè)施主要包括：①氨氣系統(tǒng)，脫硝劑采用焦化廠自產(chǎn)的氨水，氨水經(jīng)過氨水蒸發(fā)器后產(chǎn)出氨氣，氨氣與凈化后的焦?fàn)t熱煙氣混合后一同噴入SCR反應(yīng)器；②氣力輸灰系統(tǒng)，除塵器收集下來的粉塵采用氣力輸送，輸送量2 t/h；③熱風(fēng)爐系統(tǒng)，主要用于煙氣加熱和催化劑起活，當(dāng)煙氣溫度過低時啟動熱風(fēng)爐系統(tǒng)；④蒸汽系統(tǒng)，用于氨水蒸發(fā)器和除塵器灰斗保溫，蒸汽用量3.8 t/h，蒸汽參數(shù)0.3 MPa，180 ℃；⑤氮氣系統(tǒng)，用于儀表用氣和聲波吹灰器，氣源壓力0.5～0.6 MPa。

(6)智能化控制系統(tǒng)

通過智能化控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對SO2，NOx，PM多污染物協(xié)同智能控制、測量與診斷和監(jiān)控管理，在實現(xiàn)超低排放的同時，優(yōu)化運行狀況，節(jié)能降耗。

2.3 投產(chǎn)運行情況

項目投運以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，裝置運行可靠，投運率達(dá)到100%。經(jīng)檢測，顆粒物排放質(zhì)量濃度3.1～5.9 mg/m3，二氧化硫排放質(zhì)量濃度0.1～1.8 mg/m3，氮氧化物排放質(zhì)量濃度121～144 mg/m3，實現(xiàn)了超低排放。預(yù)荷電袋濾器+SCR脫硝反應(yīng)器一體化裝置運行總阻力約700～1 000 Pa，比常規(guī)布置節(jié)省運行費用40%以上，余熱回收生產(chǎn)熱水105 t/h，取得了環(huán)保和節(jié)能的雙重效益。

SDS干法脫硫+預(yù)荷電袋濾器+中低溫SCR脫硝+余熱回收的技術(shù)工藝是焦?fàn)t煙氣多污染物協(xié)同治理的有效途徑，凸顯了短流程的特征，并為用戶顯著降低了運行成本。與國內(nèi)外焦化同行相比，技術(shù)性能指標(biāo)處于領(lǐng)先水平，為焦化行業(yè)焦?fàn)t煙氣超低排放提供了成功示范，也為所在企業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展發(fā)揮著積極的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

(1)采用SDS干法脫硫+多通道除塵脫硝一體化裝置+余熱回收的多污染物協(xié)同治理新工藝，可實現(xiàn)焦?fàn)t煙氣超低排放。

(2)除塵脫硝一體化裝置具有流程短、凈化效率高、系統(tǒng)阻力低、投資少、運行維護(hù)費用省等特點，運行穩(wěn)定可靠，可持續(xù)超低排放。

(3)在焦?fàn)t不停爐時，多通道除塵脫硝一體化裝置可實現(xiàn)在線檢修，維護(hù)方便，也適合于其他工業(yè)爐窯煙氣除塵脫硝。

(4)預(yù)荷電袋濾器具有凈化率高、阻力低、能耗低等優(yōu)點，可提高干法或半干法脫硫效率。