李林 范予晨 王萌璽 李小麗

（中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安71000）

摘  要：鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠1臺321m²帶式焙燒機(jī)，年產(chǎn)球團(tuán)礦200萬噸，采用SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝，2022年6月投入運(yùn)行，達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。本文論述球團(tuán)帶式焙燒機(jī)煙氣脫硫脫硝選擇SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝路線及運(yùn)行實踐。

關(guān)鍵詞：帶式焙燒機(jī)；煙氣脫硫脫硝；工藝選擇；運(yùn)行實踐

1前言

鞍鋼股份煉鐵總廠1臺帶式焙燒機(jī)，1988年投產(chǎn)，年產(chǎn)球團(tuán)礦200萬噸。主抽煙氣煙氣量855600Nm³/h，溫度90~105℃，含濕量8%，O₂含量~20%。經(jīng)1臺336m²雙室四電場電除塵器，顆粒物排放濃度小于20mg/Nm³、采用低硫燃料情況下SO₂濃度~180 mg/Nm³、NOx濃度~280 mg/Nm³，但也經(jīng)常出現(xiàn)SO₂、NOx超標(biāo)情況，造成球團(tuán)經(jīng)常被迫減產(chǎn)，更不滿足〔2019〕35號《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，帶式球團(tuán)焙燒機(jī)顆粒物排放濃度限值為10mg/Nm³，二氧化硫排放濃度限值為35mg/Nm³，氮氧化物排放濃度限值為50mg/Nm³，基準(zhǔn)氧含量18%的超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，球團(tuán)帶式焙燒機(jī)需增加脫硫脫硝設(shè)施。

2 球團(tuán)煙氣條件

321m²帶式焙燒機(jī)主抽煙氣，廢氣成分主要包括 SO₂、NO_x、顆粒物、O₂等，考慮到未來鐵礦石、煤氣等高硫的使用情況，此次按如下煙氣參數(shù)設(shè)計脫硫脫硝設(shè)施：

 表2-1球團(tuán)生產(chǎn)工藝煙氣參數(shù)

3   脫硫脫硝工藝選擇

3.1  脫硫工藝選擇

目前應(yīng)用較為廣泛的的脫硫工藝有濕法、半干法、干法三種。由于濕法脫硫受現(xiàn)有球團(tuán)場地限制布置不下，球團(tuán)只能在半干法、干法兩種脫硫工藝中選擇。

半干法主要有旋轉(zhuǎn)噴霧（SDA）、循環(huán)流化床（CFB）兩大工藝。 旋轉(zhuǎn)噴霧（SDA）脫硫技術(shù)其脫硫過程為氧化鈣加水配置成固含量為 20%～25%的氫氧化鈣漿液，通過霧化器高速 旋轉(zhuǎn)霧化成 30～80 微米的霧滴噴入吸收塔內(nèi)，塔內(nèi)的氫氧化鈣漿液霧滴（吸收劑）迅速吸收煙氣中的 SO₂，達(dá)到脫除 SO₂ 及其他酸性介質(zhì)的目的。同時，煙氣熱量瞬間干燥噴入塔內(nèi)的液滴，形成干固體粉狀料，由袋式除塵器捕集。脫硫工藝流程簡單，吸收塔為空塔結(jié)構(gòu)。

循環(huán)流化床（CFB）脫硫技術(shù)其脫硫過程為煙氣在底部通過文丘里管進(jìn)入循環(huán)流化床吸收塔內(nèi)。在文丘里管出口擴(kuò)管段設(shè)一套噴水裝置。在自然界垂直的氣固兩相流體系中,在循環(huán)流化床狀態(tài)下可獲得相當(dāng)于單顆粒滑落速度數(shù)十至上百倍的氣固滑落速度。由于二氧化硫與氫氧化鈣的顆粒 在循環(huán)流化床中的反應(yīng)過程,是一個外擴(kuò)散控制的化學(xué)反應(yīng)過程,通過氣固間大的滑落速度,強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)、傳熱速率和氣固混合,從而滿足了二氧化硫與氫氧化鈣高效反應(yīng)的條件要求。 吸收塔的流化床中巨大表面積的、激烈湍動的顆粒,為注水的快速汽化和快速可控的降溫提供了根本保證,從而創(chuàng)造了良好的化學(xué)反應(yīng)溫度條件,使二氧化硫與氫氧化鈣的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為瞬間完成離子型反應(yīng)。通過顆粒的激烈湍動導(dǎo)致顆粒之間不斷的碰撞, 使脫硫劑氫氧化鈣顆粒的表面得到不斷的更新,以及脫硫灰的不斷再循環(huán)使用,從而大大提高了氫氧化鈣的利用率。半干法工藝煙氣最佳溫度在130℃，由于受球團(tuán)煙氣溫度90～105℃此項目無法采用半干法脫硫工藝。

干法主要有SDS及活性焦吸附法兩大工藝。 SDS干法脫硫技術(shù)適合硫含量低的煙氣脫硫，副產(chǎn)物為硫酸鈉，國內(nèi)焦?fàn)t已大量應(yīng)用此技術(shù)?；钚越刮椒ㄓ糜跓Y(jié)系統(tǒng)SO₂濃度在1500mg/Nm3應(yīng)用，副產(chǎn)品為硫酸，但活性焦工藝投資及運(yùn)行成本遠(yuǎn)高于SDS，另外受廠地限制。

此項目最終選擇采用SDS脫硫。

SDS干法脫硫反應(yīng)原理：SDS干法脫硫工藝通過高效的SDS干法脫硫劑噴射及均布裝置，脫硫劑超細(xì)碳酸氫鈉粉在煙道內(nèi)被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO₂等酸性物質(zhì)被吸收凈化。

碳酸氫鈉（小蘇打，NaHCO3）作為煙氣脫硫的吸附劑，通過化學(xué)吸附脫除煙氣中的酸性污染物，同時還可以通過物理吸附脫除一些有機(jī)和無機(jī)微量物質(zhì)，此工藝將NaHCO₃細(xì)粉直接噴入溫度高于140℃煙氣中，在大于140℃高溫下NaHCO₃分解生成Na₂CO₃、H₂O和CO₂，反應(yīng)方程式如下：

2NaHCO₃→Na 2CO₃+H₂O +CO₂

通過形成Na₂CO₃，形成更大的晶界/作用區(qū)。產(chǎn)生Na₂CO₃時，不會存在晶格，因此，Na₂CO₃的出現(xiàn)是非?；钴S的，當(dāng)煙氣溫度高于140℃，Na₂CO₃會立刻與煙氣中的酸性污染物發(fā)生反應(yīng)。

由于新生成的Na₂CO₃在反應(yīng)瞬間有高度的反應(yīng)活性，煙道氣溫度確保≥140℃，可自發(fā)的與煙氣中的酸性污染物進(jìn)行下列反應(yīng)生成Na₂SO₄，實現(xiàn)脫除SO₂的效果：

SO₂+2NaHCO₃→Na₂SO₃+2CO₂+H2O

SO₃+2NaHCO₃→Na₂SO₄+2CO₂+H2O

HF+NaHCO₃→NaF+CO₂+H₂O

HCL+NaHCO₃→NaCL+CO₂+H2O

少部分SO₂發(fā)生下列反應(yīng):

SO₂+2NaHCO₃+0.5O₂→Na₂SO₄ +2CO₂+H₂O

3.2  脫硝工藝選擇

目前行業(yè)普遍采用SCR脫硝，在脫硫工藝后增加SCR脫硝，反應(yīng)原理：SCR脫硝即為選擇性催化還原反應(yīng)，選擇性是指在催化劑的作用和在氧氣存在條件下，NH₃優(yōu)先和NO_x發(fā)生還原脫除反應(yīng)，生成N2和H20，而不和煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)。脫硫后的煙氣通過煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器，供氨系統(tǒng)向煙氣中噴入氨氣。在180℃～260℃的溫度區(qū)間，煙氣中的NOx在SCR反應(yīng)器中催化劑的催化作用下將與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成N₂和H₂O。

在SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi)，NO與NO₂通過以下反應(yīng)被還原：

4NO+4NH₃+O₂=4N₂+6H₂O               

2NO₂+4NH₃+O₂=3N₂+6H₂O

4  工藝路線設(shè)計

4.1   GGH 加熱工藝：

GGH主要用于脫硝煙氣溫度確保260℃的工藝，先對煙氣進(jìn)行GGH換熱至230℃，達(dá)到SDS干法脫硫的反應(yīng)溫度窗口，脫硫除塵后的煙氣加熱至260℃，進(jìn)行SCR脫硝。

工藝路線：煙氣（90~105℃）→GGH換熱（90~105→230℃）→SDS脫硫（230→220℃）→布袋除塵（220→210℃）→煙氣加熱（△t=50℃）→SCR脫硝（260→250℃）→GGH換熱（250→119.6℃）→引風(fēng)機(jī)（119.6℃）→煙囪。

加熱煙氣的溫升為50℃，加熱爐運(yùn)行加熱量14973000Kcal/h，BFG耗量23078 Nm³/h（77.30GJ/h）。

4.2   GGH換熱器：

4.3  除塵器工藝：

采用長袋低壓脈沖布袋除塵，除塵器具體參數(shù)及配套設(shè)備：

5  工藝流程圖

6  小結(jié)

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠1臺321m²帶式焙燒機(jī)，采用SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝，2022年6月投入運(yùn)行，CEMS出口顆粒物排放濃度5.9—6.3mg/m³，平均為6.1mg/m³，SO₂濃度平均5mg/m³，NO_X濃度平均14mg/m³，氨排放濃度平均0.89mg/m³，達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

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