煙氣脫硫脫硝治理多機并一塔的實踐與應(yīng)用

劉 江 趙亞紅 晉 波

（陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715400）

關(guān)健詞：煙氣治理；超低排放；脫硫脫硝；多機并一塔

0 引言

隨著我國大氣環(huán)境形勢的不斷嚴(yán)峻，2019年國家生態(tài)環(huán)保部下發(fā)《鋼鐵行業(yè)超低排放征求意見稿》提出，燒結(jié)機及球團(tuán)豎爐煙氣在基準(zhǔn)含氧量16%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3；特別限值地區(qū)汾渭平原等，到2020年10月底前，具備改造條件的鋼鐵企業(yè)基本完成超低排放改造。鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機濕法脫硫?qū)嶋H應(yīng)用基數(shù)較大，進(jìn)行超低排放改造都存在生產(chǎn)系統(tǒng)銜接影響大、周期長、停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失大、改造困難等問題，多機并一塔的成功實踐應(yīng)用為鋼鐵行業(yè)的環(huán)保升級改造開辟了一條捷徑。

1 脫硫脫硝煙氣治理現(xiàn)狀

陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司共有265m2、400m2、450m2燒結(jié)機3臺和19.5 m2球團(tuán)豎爐2臺，其原有煙氣處理系統(tǒng)均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，無法達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，為滿足國家環(huán)保要求，公司從2019年8月份開始先后實施了450m2、400m2、265m2燒結(jié)機煙氣綜合治理升級改造項目，并于2020年5月、6月、9月先后投入運行，其中265m2燒結(jié)機煙氣采用活性炭工藝，400m2、450m2燒結(jié)機煙氣采用循環(huán)流化床+SCR脫硝工藝，改造后均達(dá)到了國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2019年11月龍鋼公司對球團(tuán)2臺豎爐煙氣綜合治理項目進(jìn)行方案論證，經(jīng)過與多個廠家的技術(shù)交流與論證，方案始終圍繞以濕法脫硫為基礎(chǔ)+濕電+消白的工藝進(jìn)行選型優(yōu)化討論，計劃施工工期7個月，投資費用2300萬。2020年6月400m2燒結(jié)脫硫脫硝半干法系統(tǒng)投運后，因其處理煙氣的設(shè)計富余大且與球團(tuán)豎窯距離較近，相關(guān)技術(shù)人員提出了將球團(tuán)豎窯煙氣并入400m2燒結(jié)脫硫脫硝半干法系統(tǒng)的方案，并多方充分論證可行。

2 煙氣治理多機并一塔必須滿足的條件

要實現(xiàn)多機煙氣并入一塔運行，必須具備以下條件：1）煙氣的成份、溫度、壓力等相同或相近，各級煙氣排放控制物及排放限值相同。2）終端處理塔的煙氣處理能力必須≥各級煙氣量之和。3）容易施工，投資費用低。4）運行成本低。

3 球團(tuán)豎爐煙氣并入400m2燒結(jié)脫硫塔的可行性分析

球團(tuán)豎爐系統(tǒng)各項條件參數(shù)如下：1）球團(tuán)豎爐與燒結(jié)的原料均為鐵礦粉，燃料均為高爐煤氣，其煙氣成份與燒結(jié)基本相同，出口煙氣排放控制物均為SO2、NOx、顆粒物，且排放限值相同（在基準(zhǔn)含氧量16%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3）。2）球團(tuán)豎爐煙氣溫度≤150℃，燒結(jié)煙氣溫度≤160℃，均滿足400脫硫脫硝系統(tǒng)要求。3）400燒結(jié)的煙氣量≤140萬Nm3/h，球團(tuán)豎爐煙氣量≤60萬Nm3/h，400脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計煙氣處理量為200萬Nm3/h，基本能夠滿足2個系統(tǒng)的煙氣處理能力。4）400脫硫脫硝系統(tǒng)與球團(tuán)豎爐距離較短，直線距離僅有200m，煙道敷設(shè)長度為350m，煙氣阻力小，容易施工，工期較短，投資費用低。5）球團(tuán)煙氣并入400脫硫脫硝系統(tǒng)，不需要另外新建脫硫脫硝設(shè)施，無須設(shè)置操作人員，可以節(jié)省大量動力能源費用和人工費用，運行費用較低。6）因此將球團(tuán)煙氣引入400脫硫脫硝系統(tǒng)完全可行。

4 設(shè)計依據(jù)

嘉惠球團(tuán)廠現(xiàn)有2臺19.5m2豎爐，配套石灰石-石膏濕法脫硫全部凈化處理；400m2燒結(jié)機脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計處理煙氣量220萬m3/h（工況），現(xiàn)實際工況運行風(fēng)量130 m3/h~140 萬 m3/h，剩余一定富余量。嘉惠球團(tuán)豎爐實際工況運行風(fēng)量45m3/h~55 萬m3/h，考慮到生產(chǎn)運行變化，擬將80%煙氣接引至400脫硫脫硝系統(tǒng)，利用400脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計剩余富余量進(jìn)行凈化處理。將20%煙氣繼續(xù)由原石灰石-石膏濕法脫硫進(jìn)行處理，根據(jù)實際情況盡可能的將所有煙氣進(jìn)行全接引處理，嘉惠球團(tuán)廠豎爐煙氣具體參數(shù)見表1。

通過上述表1、表2的煙氣參數(shù)對比，除了NOx濃度和含氧量數(shù)值外其余成份相差不大，混合后進(jìn)入400m2燒結(jié)煙氣脫硫脫硝裝置進(jìn)行處理，設(shè)計完全可以滿足要求。

表1 嘉慧球團(tuán)豎爐設(shè)計參數(shù)表

表2 400m2脫硫脫硝除塵裝置設(shè)計參數(shù)

5 接引改造方案

球團(tuán)煙氣引入400 m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)的煙氣流程：1#/2#球團(tuán)豎爐煙氣—1#/2#球團(tuán)主抽風(fēng)機—2臺球團(tuán)豎爐煙氣匯合—新增豎爐增壓風(fēng)機—400m2燒結(jié)煙氣治理島—煙囪排放。

為克服煙道阻力，同時為了便于煙氣量調(diào)節(jié)控制，增加1臺變頻增壓風(fēng)機，風(fēng)量為60萬Nm3/h，將球團(tuán)煙氣引到400 m2燒結(jié)煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)。

自球團(tuán)豎爐主抽風(fēng)機出口兩路煙氣混合處后端開始至400 m2燒結(jié)脫硫吸收塔入口煙道駁接法蘭之間敷設(shè)安裝煙道350m，并增設(shè)煙道檔板門，便于煙氣量調(diào)節(jié)和控制。

在保證400 m2燒結(jié)煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定運行的條件下，擬將嘉惠球團(tuán)45萬m3/h（工況，暫定）球團(tuán)煙氣引入400m2燒結(jié)機的脫硫脫硝除塵裝置內(nèi)進(jìn)行煙氣處理，實現(xiàn)2套煙氣處理系統(tǒng)同時運行并全部達(dá)到國家超低排放要求。系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 球團(tuán)豎爐煙氣并入400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)煙氣流程圖

如圖所示自球團(tuán)豎爐主抽風(fēng)機出口兩路煙氣混合處后端球團(tuán)脫硫增壓風(fēng)機前端煙道處進(jìn)行開口接引，須新建大約300m管道，中間設(shè)計若干膨脹節(jié)（采用軟連接耐高溫、耐腐蝕材料的膨脹節(jié)），須開挖煙道支架基坑約20個，采用H型鋼全部制作門型支架架設(shè)接引煙道，煙道利用8mm鋼板卷板自制焊接成直徑3850mm的圓型管道，大約須消耗鋼板、型材共計600t，接引煙道中間增加變頻風(fēng)機1套（采用10kV變頻電機及高壓變頻器調(diào)節(jié)控制）通過風(fēng)機調(diào)頻及風(fēng)門控制接引煙氣流量、風(fēng)壓等，煙道接引開口處去原濕法脫硫及新設(shè)增壓風(fēng)機前后煙道上各增加密封性能較好的風(fēng)擋門控制煙氣開關(guān)，風(fēng)擋門調(diào)節(jié)采用電動執(zhí)行器遠(yuǎn)程控制，原濕法脫硫及新接引至400新脫硫脫硝的兩段煙道煙氣流量、風(fēng)壓等參數(shù)主要由各自增壓風(fēng)機調(diào)頻及風(fēng)門開度控制調(diào)節(jié)。

新增引風(fēng)機須增加高壓開關(guān)1套，風(fēng)機配套變頻器1臺（帶工、變頻2種啟動方式），操作控制電腦1套（配套整套ABB控制系統(tǒng)）并且并入400脫硫脫硝系統(tǒng)，煙氣在線監(jiān)測CEMS分析系統(tǒng)1套（監(jiān)測新接引段煙道的風(fēng)壓、風(fēng)量、煙溫、氮氧化物、粉塵、SO2等參數(shù)），新建變頻器室1座，CEMS監(jiān)測室1座。

6 項目技術(shù)難點

該項目實施過程中攻克了4項技術(shù)難點。1）球團(tuán)脫硫與400m2燒結(jié)脫硫脫硝2個系統(tǒng)合二為一，球團(tuán)豎爐的2臺主抽風(fēng)機、400m2燒結(jié)機的2臺主抽風(fēng)機、新增加的增壓風(fēng)機、脫硫脫硝的引風(fēng)機共6臺大型風(fēng)機的串并聯(lián)，導(dǎo)致多臺風(fēng)機風(fēng)量、風(fēng)壓之間的矛盾，如何避免風(fēng)機之間的頻率、風(fēng)門控制引起的喘振及煙氣發(fā)生紊流對兩套系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響是該項目的技術(shù)難點之一。2）由于400脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計時未考慮球團(tuán)煙氣系統(tǒng)，高濃度球團(tuán)煙氣如果無法全部引入，如何分配煙氣量實現(xiàn)濕法脫硫和半干法脫硫2套煙氣凈化系統(tǒng)的并列運行是該項目又一技術(shù)難點[2]。3）兩股煙氣碰到一起后互相干擾，導(dǎo)致煙氣阻力加大、煙氣紊流。4）如果嘉慧球團(tuán)豎爐煙氣接引不完，濕法脫硫繼續(xù)運行，日常運行人員、設(shè)備備件動力能源消耗等成本，造成單一系統(tǒng)復(fù)雜化。

7 消除技術(shù)難點的措施

針對以上技術(shù)難點，采取相應(yīng)的措施。1）將6臺風(fēng)機的電流、風(fēng)門開度、頻率、壓力等運行參數(shù)信號全部接引至400m2燒結(jié)脫硫脫硝主控室進(jìn)行實時監(jiān)控，由400m2燒結(jié)脫硫脫硝主控室統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮球團(tuán)豎爐、400m2燒結(jié)生產(chǎn)，生產(chǎn)異常信息及時上報主控室，各風(fēng)機風(fēng)門、頻率調(diào)整由主控室各統(tǒng)一發(fā)令。2）在球團(tuán)煙氣管道上安裝煙氣在線監(jiān)測設(shè)備，將球團(tuán)煙氣的風(fēng)量、風(fēng)壓、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等運行參數(shù)信號接引至400m2燒結(jié)脫硫脫硝主控室，便于實時監(jiān)控和工藝參數(shù)操作、調(diào)整。3）在球團(tuán)煙氣接引管道并入400m2燒結(jié)煙氣治理島的駁接處增設(shè)導(dǎo)流板，減少煙道阻力，防止煙氣紊流。4）對球團(tuán)豎爐2臺引風(fēng)機進(jìn)行增風(fēng)改造，提高風(fēng)量和風(fēng)壓，降低新增豎爐增壓風(fēng)機的負(fù)荷，力爭實現(xiàn)球團(tuán)煙氣的全部接引。

8 接引實施過程

2020年11月17日9:00，球團(tuán)煙氣開始引入400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)，先引入1臺球團(tuán)豎爐煙氣，風(fēng)量為30萬Nm3/h左右，增壓風(fēng)機頻率為28Hz，球團(tuán)煙道風(fēng)壓為-0.4kPa左右， 400m2燒結(jié)脫硫脫硝引風(fēng)機風(fēng)門開度由76%提高到82%，電流由330A左右提高到420A左右，400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)運行穩(wěn)定。隨后于2020年11月17日14:00，將2臺球團(tuán)豎爐煙氣全部引入，風(fēng)量為58萬Nm3/h左右，增壓風(fēng)機頻率為41Hz，球團(tuán)煙道風(fēng)壓為-0.3kPa左右， 400m2燒結(jié)脫硫脫硝引風(fēng)機風(fēng)門開度提高到90%，電流增至530A左右，總煙氣量為180Nm3/h~190Nm3/h，400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)各項運行參數(shù)正常，出口排放指標(biāo)全部合格，達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，球團(tuán)豎爐煙氣全部成功接引至400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)。

球團(tuán)煙氣引入400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)后，球團(tuán)煙道負(fù)壓波動較大，400m2燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)電、石灰、氨水、水、壓縮空氣等消耗相應(yīng)增加，經(jīng)過不斷摸索和優(yōu)化，增壓風(fēng)機頻率調(diào)整至43Hz，球團(tuán)煙道風(fēng)壓為-0.35kPa左右，400m2燒結(jié)脫硫脫硝引風(fēng)機風(fēng)門開度控制在85%左右，電流下降到500A左右，既保證了球團(tuán)生產(chǎn)的穩(wěn)定，又降低了運行成本。

9 改造后的效果

多機并一塔的成功改造應(yīng)用降低了投資及運行成本，實現(xiàn)了環(huán)保改造目標(biāo)，提供了寶貴的借鑒先例。1）將球團(tuán)和燒結(jié)機2套煙氣系統(tǒng)并入一塔運行的成功實踐應(yīng)用，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，對全國鋼鐵行業(yè)煙氣治理具有借鑒推廣意義。2）通過各項工藝參數(shù)的不斷摸索和優(yōu)化，最終實現(xiàn)了球團(tuán)煙氣全接引，球團(tuán)濕法脫硫全部停運，2套系統(tǒng)均實現(xiàn)了超低排放，煙氣觀感良好，無白煙現(xiàn)象。3）球團(tuán)煙氣引入后的實際運行成本為10.8元/t礦，與原改造方案（在濕法脫硫的基礎(chǔ)上+濕電+消白）13元/t礦的運行成本相比，下降2.2元/t礦，年節(jié)約運行費用396萬元。4）該項目工期與原改造方案（在濕法脫硫的基礎(chǔ)上+濕電+消白）相比，工期縮短2個半月，投資費用節(jié)約1200萬元左右。

10 結(jié)語

煙氣脫硫脫硝治理多機并一塔的研究與實踐，在200Nm3/h煙氣量的400m2大型燒結(jié)機上能夠大膽地成功探索與應(yīng)用實屬不易，攻克了6臺大型離心風(fēng)機的串、并聯(lián)風(fēng)量、風(fēng)壓之間的矛盾技術(shù)難點，同時還可在大型企業(yè)燒結(jié)機等不停機停產(chǎn)的前提下進(jìn)行環(huán)保施工改造，不僅減少了企業(yè)工藝鏈的一系列停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，還大大縮短了施工工期，降低了投資費用和運行成本，排放達(dá)標(biāo)，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，為全國鋼鐵行業(yè)煙氣治理提供借鑒。對2個系統(tǒng)之間的相互影響、運行成本、生產(chǎn)協(xié)調(diào)等問題，我們將繼續(xù)優(yōu)化和完善各項工藝參數(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運行。