基于前置脫硝的球團煙氣污染物超低排放技術(shù)開發(fā)與應用

劉

摘 要：基于前置脫硝的球團煙氣污染物超低排放技術(shù)開發(fā)與應用的關(guān)鍵技術(shù)是選取的嵌入式SNCR+SCR脫硝技術(shù)，其總體思路是利用球團鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯各部煙氣溫度區(qū)間設置脫硝裝置實現(xiàn)先脫硝的目的，在預熱II段設置SNCR脫硝作為初級脫硝，在球團鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝風機回路上設置SCR脫硝裝置。選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)，利用高效旋流噴射技術(shù)作為技術(shù)支撐，把氨水（NH3）作為還原劑噴入鏈篦機高溫段溫度為950～1 050 ℃的區(qū)域，使氨水霧帳95%以上覆蓋鏈篦機高溫段出口煙道橫截面，使煙氣與脫硝劑混合均勻，與NOx發(fā)生還原反應生成N2和H2O，實現(xiàn)一級脫硝功能；利用耐熱風機回路300～420 ℃的工藝溫度作為催化劑反應的溫度窗口實現(xiàn)二級脫硝功能。

關(guān)鍵詞：超低排放；前置脫銷；回轉(zhuǎn)窯；噴氨

ULTRA LOW EMISSION TECHNOLOGY OF PELLET SMOKE POLLUTANTS BASED ON PRE DENITRIFICATION DEVELOPMENT AND APPLICATION

Liu Zhuo

（Environmental Protection Center of Hegang Group Xuangang Company? ? Xuanhua? ? 075100，China）

Abstract：The key technology for the development and application of ultra-low emission technology of pellet flue gas pollutants based on pre denitrification is the selection of embedded SNCR+SCR denitrification technology. The overall idea is to use denitrification devices in the temperature range of each part of the pellet grate rotary kiln flue gas to achieve pre denitrification. SNCR denitrification is set up as the primary denitrification in the preheating section II， and SCR denitrification devices are set up on the pellet grate rotary kiln process fan circuit. Selective Non Catalytic Reduction （SNCR） technology， using efficient swirl injection technology as technical support， sprays ammonia （NH3） as a reducing agent into the high-temperature section of the grate at a temperature of 950 ～1 050 ℃， covering more than 95% of the cross-section of the outlet flue of the high-temperature section of the grate with the ammonia mist curtain. This ensures that the flue gas is evenly mixed with the denitration agent， and undergoes a reduction reaction with NOx to generate N2 and H2O， achieving a primary denitrification function; Utilizing a process temperature of 300～420 ℃ in the heat-resistant fan circuit as the temperature window for catalyst reaction to achieve secondary denitrification function.

Keywords： ultra low emission? ?pre decommissioning? ?rotary? ?kiln ammonia injection

0? ? 前? ? 言

河鋼集團宣鋼公司現(xiàn)有120萬t球團鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯，煙氣量為70萬m3/h，分別配設機頭電除塵及一套濕法脫硫裝置，二氧化硫、氮氧化物、

顆粒物排放指標分別是46、150、16 mg/m3，滿足《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》GB 28662-2012指標要求，即折氧后二氧化硫≤180 mg/m3，氮氧化物≤300 mg/m3，顆粒物≤40 mg/m3。

隨著《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》等20項國家污染物排放標準的發(fā)布，以及河北省《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標準》DB 13/2169-2018相繼出臺，河北省要求2020年10月1日起執(zhí)行超低排放標準：折氧后二氧化硫≤35 mg/m3，氮氧化物≤50 mg/m3，顆粒物≤10 mg/m3，宣鋼公司120萬t球團鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯現(xiàn)有配套的機頭電除塵、脫硫凈化設施已無法滿足相應環(huán)保排放要求，宣鋼公司擬開發(fā)鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯煙氣污染物超低排放技術(shù)對120萬t鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯煙氣進行全面治理，實現(xiàn)超低排放。

1? ? 技術(shù)方案

宣鋼公司基于前置脫硝的球團煙氣污染物超低排放技術(shù)方案選型基于現(xiàn)有設施及技術(shù)工藝特點，以降低投資、節(jié)能減排為原則，同時兼顧除塵、脫硫、脫硝超低排放指標，結(jié)合各工藝技術(shù)優(yōu)缺點開發(fā)SNCR+SCR脫硝+濕法脫硫改造+濕電除塵的先脫硝后脫硫工藝，在鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯焙燒系統(tǒng)（鏈篦機預熱段）設一級SNCR脫硝，SCR分別設置于每套鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯的兩臺回熱風機之前，實現(xiàn)對這部分煙氣的脫硝功能。脫硝后煙氣經(jīng)過主引風機，從脫硫塔的進煙口進入與脫硫漿液混合，此時煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3、HCl、HF等酸性成分被吸收而除去，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O等副產(chǎn)物。脫硫石膏產(chǎn)物經(jīng)過皮帶過濾機處理后外運處理。經(jīng)過脫硫后的煙氣進入塔頂濕電除塵器，然后通過塔頂煙囪排放，如圖1所示。

SNCR+SCR 脫硝+濕法脫硫改造+濕電除塵為先脫硝后脫硫工藝，該工藝技術(shù)充分發(fā)揮了鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝技術(shù)特點，充分利用鏈篦機預熱段煙氣溫度大于1 000 ℃作為SNCR高溫脫硝反應窗口，設置SNCR高溫脫硝系統(tǒng)，實現(xiàn)一級脫硝功能；同時利用耐熱風機回路煙氣溫度大于300 ℃的工藝條件作為催化劑脫硝反應的溫度窗口，將大部分煙氣內(nèi)氮氧化物去除，與先脫硫后脫硝工藝相比，減少煙氣換熱、加熱環(huán)節(jié)，減少了設備、能源投入，既節(jié)省了投資成本又降低了運行成本。

1.1? ? SNCR+SCR脫硝工藝

該技術(shù)方案是在保障現(xiàn)有設備設施及工藝路線正常運行的情況下最大程度利用現(xiàn)有設備，最大限度，系統(tǒng)性論證設計及施工可行性，同時兼顧除塵、脫硫、脫硝超低排放需求，在每套鏈篦機預熱I段設12只高效旋流噴槍，SNCR噴槍處的煙氣溫度為950 ℃，即達到高溫脫硝反應窗口，實現(xiàn)高溫脫硝功能，氮氧化物去除率達到30%，達到初步去除氮氧化物的目的。

含NOx的全部煙氣經(jīng)過SNCR脫硝后，利用風量各為25萬m3/h的回熱風機將部分煙氣引入回熱風機后設置的SCR脫硝裝置，在回熱風機前管道設置噴氨格柵，通過噴氨格柵噴入的NH3氣與含NOx煙氣進行充分混合后，進入SCR脫硝反應器中，在催化劑的作用下與煙氣中的NOX發(fā)生氧化還原反應生成氮氣和水，實現(xiàn)50萬m3/h煙氣全部脫硝，最終達到混合煙氣NOx含量≤50 mg/m3的排放標準。該技術(shù)利用回熱風機回路煙氣溫度為330 ℃，滿足脫硝催化劑在300～420 ℃的溫度窗口，避免能源消耗和浪費。

1.2? ? 脫硝系統(tǒng)可行性論證

SNCR脫硝量=150（原始濃度）×1.2（設計系數(shù)）×30%=54 mg/m3

生產(chǎn)工藝需求直通鏈篦機干燥段的10萬m3/h煙氣中總氮氧化物含量為：[150（原始濃度）×1.2（設計系數(shù)）-54]×10萬m3/h=1 260萬mg/h。

脫硝后總排口按50 mg/m3的標準值計算，則60萬m3/h總煙氣中氮氧化物含量為：

50 mg/m3×60萬m3/h=3 000萬mg/h。

則SCR脫硝出口煙氣中氮氧化物只允許留存

3 000萬mg/h-1 260萬mg/h=1 740萬mg/h。

折算至耐熱風機煙氣中氮氧化物濃度為：

1 740萬mg/h÷50萬m3/h=34.8 mg/m3。

SCR脫硝效率=[150（原始濃度）×1.2（設計系數(shù)）-54-34.8]÷[150（原始濃度）×1.2（設計系數(shù)）-54]×100%=72.38%

故SNCR系統(tǒng)脫硝效率為30%、SCR脫硝效率為72.38%時聯(lián)合脫硝系統(tǒng)即可實現(xiàn)氮氧化物達標排放。

1.3? ? 除塵工藝：機頭電除塵+濕電除塵

利用機頭電除塵系統(tǒng)收集煙氣內(nèi)顆粒物，保證脫硫塔入口顆粒物濃度小于50 mg/m3，每套脫硫塔塔頂增設濕電除塵系統(tǒng)，在確保煙氣流速小于

2.2 m/s的情況下通過高頻電源形成的靜電場捕捉細微顆粒，再通過沖洗水將顆粒物沖洗入脫硫塔內(nèi)部，由脫水皮帶將其連同石膏泥料一同脫除。

1.4? ? 濕法脫硫工藝

在現(xiàn)有濕法脫硫基礎上進行提標改造，設置四層脫硫噴淋層，提高脫硫循環(huán)系統(tǒng)能力，使每一層脫硫漿液循環(huán)量達到2 800 m3/h，則吸收塔內(nèi)液氣比提高至：液氣比=漿液流量（升）/煙氣流量=

2 800×4×1 000/600 000=18.67 L/m3。

循環(huán)系統(tǒng)流量增大的同時優(yōu)化塔內(nèi)噴頭的位置及噴淋角度，提高噴淋覆蓋率，增加脫硫處理能力，有效控制出口二氧化硫含量處理脫硫脫硝后的凈煙氣通過煙囪排放。

2? ? 實施效果

2.1? ? SNCR高溫脫硝效率達30%以上

對球團鏈篦機腔室進行整體流場模擬計算分析，增加SNCR脫硝噴槍，使氨水霧化95%以上覆蓋鏈篦機高溫段出口煙道橫截面，煙氣與脫硝劑混合均勻，反應充分，SNCR脫硝效率達到30%以上。

SCR采用直噴氨水工藝取消，在氨水蒸發(fā)器內(nèi)將氨水蒸發(fā)成氨氣和水蒸氣，之后通過單元網(wǎng)管式噴氨格柵均勻地噴入煙道內(nèi)，這樣可有效保證氨氣與煙氣充分混合，用最少量的氨水達到較高的SCR脫硝效率，提高氨水利用率，減少氨逃逸，降低SCR及末端設備腐蝕。

結(jié)合鏈篦機流場模擬分析，對鏈篦機腔室進行改造，通過改造將鏈篦機隔墻距離料層由原來的500 mm降低至200 mm，改造后避免各腔室煙氣串漏，增加進入SCR的煙氣量，減少未經(jīng)過SCR脫硝的煙氣量，從而保證整體脫硝效率，使煙氣中總的氮氧化物穩(wěn)定達到超低排放要求。

2.2? ? SCR脫硝效率達85%以上

選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝，脫硝劑采用氨水（20%質(zhì)量濃度）。運行過程中，氨水經(jīng)氨水輸送泵送至SCR反應器入口煙道，經(jīng)300℃的中溫煙氣混合后形成氨氣、煙氣混合物進入SCR反應器中。在反應器內(nèi)的催化劑表面，氨氣與煙氣中的NOx發(fā)生反應生成氮氣和水，凈煙氣經(jīng)SCR反應器尾部煙道返回到干燥II段，SCR脫硝系統(tǒng)處理煙氣量約占全部鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯廢氣量的70%～80%。在SCR脫硝反應中，由于催化劑的參與，脫硝效率可達到85%以上，且脫硝效率穩(wěn)定。

2.3? ? 提高脫硫液氣比，保證脫硫效率

改造的3臺循環(huán)泵流量為2 800 m3/h，最底層循環(huán)泵保留原設計的1 650 m3/h，增大噴淋層流量，提高脫硫效率，當脫硫漿液密度增高至1.15 kg/L時及時脫出漿液內(nèi)石膏結(jié)晶鹽，保證SO2入口值在4 500 mg/Nm3范圍內(nèi)，出口值低于35 mg/Nm3。

2.4? ? 濕電除塵實現(xiàn)超低排放

濕電除塵系統(tǒng)采用塔頂布置形式，電場流速2.08 m/s、收塵面積為4 581 m2、比集塵面積27.49 m2/（m3/s），在電場入口顆粒物濃度小于50 mg/Nm3情況下，實現(xiàn)出口小于10 mg/Nm3的超低排放指標。

3? ? 結(jié)? ? 語

基于前置脫硝的球團煙氣污染物超低排放技術(shù)實施完成后，河鋼集團宣鋼公司120萬t球團鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放指標最高排放值分別為5.8 mg/m3、33 mg/m3、6.433 mg/m3，滿足《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標準》DB 13/2169-2018要求，該基于前置脫硝的球團煙氣污染物超低排放技術(shù)可在球團鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯煙氣處理中廣泛應用，SNCR脫硝技術(shù)也可以在工藝爐窯煙氣脫硝中推廣使用。

參考文獻

[1]? ? 趙利國.鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯球團煙氣NOx控制技術(shù)與前置SCR脫硝工藝分析.礦業(yè)工程，2021（6）：51-54.

[2]? ? 劉磊，李斌，張文強，等.鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯煙氣超低排放技術(shù)研究與應用.燒結(jié)球團，2022（4）：106-112，118.

作者：劉卓，男，33歲，工程師

收稿日期：203-11-21