河北文豐鋼鐵#3 燒結(jié)機(jī)超低排放系統(tǒng)設(shè)計探討

李靖菀

0 概況

河北文豐鋼鐵有限公司位于邯鄲武安，地處城西工業(yè)區(qū)，向東30 km 是京深高速公路。為了相應(yīng)國家環(huán)保響應(yīng)國家環(huán)保政策確保煙囪出口SO2、煙塵、NOx 排放濃度滿足環(huán)保超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼廠決定為#3 燒結(jié)機(jī)新增脫硫、除塵、脫硝及相關(guān)配套設(shè)施。

1 原始設(shè)計參數(shù)

（1）燒結(jié)機(jī)容量：132 m2

（2）裝置出力煙氣能力：942 000 m3/h（工況）

（3）煙溫：90～150℃

（4）入口 SO2濃度：3 000 mg/Nm3

（5）入口粉塵濃度：100～150 mg/Nm3

（6）SCR 入口 NOx 濃度：350 mg/Nm3

（7）系統(tǒng)操作彈性：40%～110%

（8）出口 SO2濃度:＜35 mg/Nm3

（9）煙囪出口 NOx 濃度:＜50 mg/Nm3

（10）出口粉塵濃度:＜10 mg/Nm3

（11）蒸汽：無

（12）煤氣：轉(zhuǎn)爐煤氣及高爐煤氣，壓力4～20 KPa

以上污染物濃度均指標(biāo)態(tài)，干基，16%O2 時的濃度。

2 工藝路線設(shè)計

燒結(jié)煙氣溫度低（90℃～150℃），不在SCR 脫硝的反應(yīng)溫度窗口內(nèi)，但符合濕法脫硫的要求。因此，無法采用燃煤鍋爐煙氣先脫硝后脫硫的工藝路線。

故用以下工藝路線：

主抽風(fēng)機(jī)出口燒結(jié)煙氣（90℃～150℃）→脫硫濕電一體塔（50℃）→GGH 升溫（280℃）→熱風(fēng)爐補(bǔ)溫（320℃）→SCR 中高溫脫硝→GGH 降溫（99℃）→排入煙囪該工藝?yán)妹撓鹾髢魺煔猓?20℃）攜帶的熱量，通過GGH 將該熱量換給原煙氣（50℃），使其升溫280℃，再通過熱風(fēng)爐補(bǔ)熱升溫至320℃達(dá)到SCR 中高溫催化脫硝的溫度要求。

本項(xiàng)目選擇SCR 中高溫脫硝，而非SCR 低溫脫硝是基于以下兩點(diǎn)原因。一，多用于低溫SCR 脫硝的錳基催化劑，雖在低溫下活性高，但與中高溫催化劑相比，抗SO2中毒（SO2與活性金屬生成硫酸鹽，導(dǎo)致活性金屬減少）性能差，需再生周期短[1-2]。二，煙氣中SO3與NH3反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫氨，在溫度低于230℃時無法分解，會凝結(jié)黏附在催化劑表面及下游的煙道上，造成催化劑堵塞及煙道腐蝕[3]。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用

3.1 脫硫濕電一體塔

經(jīng)濕法脫硫吸收塔洗滌后的煙氣中仍含有超過排放標(biāo)準(zhǔn)的粉塵量（30 mg/Nm3）。粉塵中的 SiO2、Al2O3、CaO、As 等污染物吸附在 SCR 脫硝催化劑表面，減小催化劑的比表面積，抑制反應(yīng)物向催化劑表面的擴(kuò)散，從而影響催化劑的活性[4]。為降低脫硫后煙氣中的塵含量，采用脫硫濕電一體塔。燒結(jié)煙氣進(jìn)入吸收塔后上升，與塔內(nèi)霧化噴嘴噴出的循環(huán)漿液逆流接觸，煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF 被吸收。為使塔內(nèi)流場更均勻，提高脫硫效率，在噴淋層下方設(shè)置了煙氣均布器（開孔率33%）。煙氣均布器能改善流場，其表面停留的一層石灰石漿液，可增加煙氣同漿液的接觸時間，進(jìn)一步提高脫硫效率。通過循環(huán)漿液洗滌后的煙氣含水量高，需通過除霧器去除煙氣中較大的霧滴。采用兩級屋脊加管式除霧器，可有效將吸收塔出口煙氣中霧滴含量控制在20 mg/Nm3以內(nèi)。

通過除霧器的煙氣上升，進(jìn)入塔上濕式靜電除塵器，去除煙氣中粉塵達(dá)到排放要求。濕電由陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、電場沖洗水系統(tǒng)、熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)等構(gòu)成。陽極系統(tǒng)由蜂窩型布置的陽極管組成，材質(zhì)為2 205 雙向不銹鋼。陰極系統(tǒng)由絕緣子、陰極吊桿、陰極吊梁、陰極線等組成。絕緣子室的熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)包含密封風(fēng)機(jī)和電加熱器。電場沖洗水系統(tǒng)與濕電下方的除霧器沖洗共用兩臺沖洗水泵（一用一備）。

3.2 GGH 換熱器

GGH 換熱器是將燒結(jié)煙氣升溫以滿足SCR 中高溫催化脫硝溫度的關(guān)鍵設(shè)備。采用回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器，主要由轉(zhuǎn)子和煙氣通道兩部分組成。轉(zhuǎn)子由電動機(jī)帶動以0.75～2 r/min 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，交替通過原煙氣（脫硫后煙氣，50℃）和凈煙氣（脫硝后煙氣，320℃）通道。在通過凈煙氣通道時，蓄熱部件吸收凈煙氣的熱量，溫度上升；再通過原煙氣通道時，蓄熱部件放熱，對原煙氣加熱。依靠轉(zhuǎn)子的熱容作用，實(shí)現(xiàn)原煙道與凈煙氣間連續(xù)的熱交換。

回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器采用低泄漏密封系統(tǒng)，減小原煙氣對凈煙氣的污染。為避免煙氣腐蝕設(shè)備，GGH 與煙氣接觸部件均采取防腐措施。對于GGH 靜態(tài)部件采用玻璃鱗片樹脂保護(hù)，回轉(zhuǎn)部件采用考登鋼，換熱元件采用鍍搪瓷的鋼板。

原煙氣（脫硫除塵后的煙氣）還攜帶飛灰，飛灰在GGH 內(nèi)沉積會降低傳熱效率和增加阻力，因此配置壓縮空氣吹灰裝置及高壓沖洗水系統(tǒng)，以保證設(shè)備壓損不高于1 800 Pa。考慮到進(jìn)入GGH 的原煙氣溫度在露點(diǎn)以下，與GGH 配套的低泄漏風(fēng)機(jī)葉輪需采用316 L，保證設(shè)備的耐腐蝕能力。

3.3 熱風(fēng)爐加熱系統(tǒng)

利用GGH 只能將原煙氣升溫至280℃，而SCR 中高溫脫硝的反應(yīng)溫度在310℃以上[5]，因此需設(shè)置煙氣加熱裝置將煙氣升溫40℃至320℃。由于煙氣量大（600 302 Nm3/h，濕基），升溫40℃需消耗8 550 KW 熱量，故選擇熱風(fēng)爐加熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)由熱風(fēng)爐本體、燃燒器、點(diǎn)火裝置、高爐煤氣閥組、助燃風(fēng)機(jī)及控制系統(tǒng)等組成。熱風(fēng)爐燃燒高爐煤氣來加熱少量濕煙氣（26 000 Nm3/h）至1 000℃。這部分煙氣與經(jīng)GGH 升溫至280℃的原煙氣混合成320℃煙氣，進(jìn)入SCR 脫硝反應(yīng)器。熱風(fēng)爐的控制系統(tǒng)配有觸摸屏，顯示爐膛溫度、熱風(fēng)溫度、煙氣溫度等報警參數(shù)。

3.4 SCR 中高溫脫硝系統(tǒng)

本項(xiàng)目SCR 中高溫脫硝系統(tǒng)由氨水蒸發(fā)系統(tǒng)及SCR 反應(yīng)器構(gòu)成。氨水槽車運(yùn)來的20%氨水通過卸料泵進(jìn)入氨水儲罐，再經(jīng)過氨水循環(huán)輸送系統(tǒng)及計量分配模塊噴入氨水蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)氨水吸收高溫?zé)煔獾臒崃空舭l(fā)后，進(jìn)入SCR 脫硝反應(yīng)器噴氨格柵。在設(shè)計工況下，20%的氨水蒸發(fā)量為360 kg/h。SCR反應(yīng)器內(nèi)布置2+1 層氧化鈦基（V2O5-WO3/TiO2）催化劑，其中一層為預(yù)留層。在處理100%的煙氣時，2 層催化劑的脫硝效率不低于90%。催化劑型式為蜂窩式（25 孔），孔內(nèi)流速不超過8 m/s。為避免煙氣在催化劑表面積灰，每層催化劑均設(shè)置聲波吹灰器，備用層也預(yù)留了吹灰器的空間及接口。根據(jù)反應(yīng)器的截面尺寸8 000 mm（寬）×9 700 mm（長），以及聲波吹灰器的吹灰距離8m（軸向）、2～4 m（徑向），在 9 700 mm 長度上每層布置 3 臺聲波吹灰器。

4 運(yùn)行情況

正式投運(yùn)一年來系統(tǒng)運(yùn)行正常，主要指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。燒結(jié)煙氣經(jīng)脫硫除塵一體塔處理后含塵量低于10 mg/Nm3，加上催化劑層布置了合理的聲波吹灰系統(tǒng)，未發(fā)現(xiàn)催化劑堵塞和磨損問題。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)采用了先脫硫除塵后脫硝的工藝。經(jīng)脫硫濕電一體塔處理后的煙氣通過GGH 升溫及熱風(fēng)爐補(bǔ)熱后，進(jìn)入SCR 脫硝反應(yīng)器脫除NOx，再回到GGH 降溫至99℃，排入煙囪。將SCR 反應(yīng)器布置在脫硫濕電一體塔后，可使催化劑在低SO2、低塵的煙氣中工作，降低了飛灰對反應(yīng)器的堵塞及腐蝕的風(fēng)險，避免了催化劑污染、中毒，提高了催化劑的使用壽命。采用該工藝還可避免排煙溫度低造成的“白霧”現(xiàn)象。然而，為了將燒結(jié)煙氣升溫至SCR 脫硝反應(yīng)的溫度窗口內(nèi)，采用了GGH 和熱風(fēng)爐，造成投資及運(yùn)行成本比同等規(guī)模的電廠鍋爐脫硫脫硝煙氣凈化裝置高。

除了SCR 脫硝外，也有臭氧法、活性炭吸附法、微生物凈化法、濕式絡(luò)合吸收法、脈沖電子暈等離子法及電子束照射法等其他脫硝方式。臭氧脫硝國內(nèi)應(yīng)用還不成熟，臭氧利用率低。臭氧脫硝產(chǎn)出的硝酸鹽廢水需有效處理后，才可排入環(huán)境水體。

活性炭吸附脫硝雖然設(shè)備簡單，且能同時脫除SO2，但吸附劑容量有限，需要的吸附劑量大，設(shè)備龐大。加上活性炭再生利用的消耗大，市場價格高，其投資及運(yùn)行費(fèi)用較高[6]。

微生物凈化法是利用反硝化細(xì)菌的合成代謝將NOx還原成有機(jī)氮化物，成為菌體的一部分或通過異化反硝化作用最終轉(zhuǎn)化為N2，該方法還處于研究階段。

濕式絡(luò)合吸收法利用液相絡(luò)合劑與NO 反應(yīng)，增加NO 在水中的溶解度，從而使NO 從氣相轉(zhuǎn)入液相，再通過對脫硫設(shè)備的改造，實(shí)現(xiàn)同時脫除SO2和NOx。但脫硝效率低、且副產(chǎn)物難處理。

脈沖電暈等離子法和電子束照射法都是利用高能電子將煙氣中的H2O 和O2分子激活、電離或裂解，生成強(qiáng)氧化性的自由基。這些自由基可將SO2和NOx進(jìn)行等離子體催化氧化，生成SO3和NO2或相應(yīng)的酸，在添加劑的作用下，生成相應(yīng)的鹽而沉降。這兩種方法技術(shù)含量和投資費(fèi)用都較高，且脫硝效率不如SCR。

脫硝方法工業(yè)化應(yīng)用還需改進(jìn)。目前，高溫脫硝仍是比較成熟、有效的方法。