球團煙氣超低排放與優化節能

王香玲

(代縣礦業有限公司，山西 代縣 034207)

0 引言

實施超低排放是推進鋼鐵企業清潔化生產、加快能源技術創新、改善大氣環境質量、緩解資源約束的重要舉措。目前一些大型集采、選、燒結球團為一體的露天開采鐵礦山主要采用鏈篦機、回轉窯和環冷機工藝生產球團，球團焙燒過程中產生的煙氣污染物由電除塵系統脫塵、石灰濕法脫硫塔進行脫硫處理，處理后的NOx的排放濃度為220 mg/Nm3，粉塵為40 mg/Nm3，SO2的排放濃度為150 mg/Nm3，排放水平沒有達到國家超低排放標準要求，需實施節能減排升級改造，以滿足國家達標排放要求。

1 超低排放實施背景

燒結球團在焙燒過程中，產生的污染物主要由300 m2的電除塵器進行處理，NOX的排放濃度為220 mg/Nm3(基準含氧量18%條件)左右，無法達到超低排放新標準50 mg/Nm3的要求(基準含氧量18%條件)。需要新建一套SCR脫硝裝置、回轉式換熱器GGH、靜葉可調軸流式風機、二級脫硫塔、濕式電除塵及相關配套設施，以實現(基準氧含量18%條件下)煙氣排放顆粒物≤10 mg/Nm3目標，滿足國家超低排放標準要求。

2 超低排放工藝方案

2.1 煙氣脫硝工藝

SCR脫硝系統設置在電除塵后、濕法脫硫裝置之前，由氨區系統、氨噴射系統、脫硝反應系統、煙道系統、煙氣換熱系統、煙氣加熱系統、臨時保產措施等組成，主要原理為：主抽風機出口煙氣溫度為135 ℃，通過GGC換熱器的原煙氣段加熱至300 ℃，進入SCR脫硝反應器入口垂直煙道，與加熱爐送來的高溫補熱煙氣充分混合升溫至325 ℃，升溫后的煙氣與稀釋風機送入的氨氣、水蒸氣和稀釋煙氣的混合氣進行混合，在靜態混合器的攪動下得以充分混合，再經過整流器整流后進入脫硝反應器；氨與煙氣中的NOx在催化劑表面發生氮氧化物的還原反應，反應后的凈煙氣由脫硝出口煙道送至GGH換熱器的凈煙氣段，與原煙氣換熱后降溫到160 ℃，進入靜葉可調軸流式風機，增壓風機后的煙氣與鼓干風機煙氣匯合后再進入兩級濕法脫硫系統進行脫硫處理，最后經過濕式電除塵器深度除塵后經煙囪排放[1]。

其化學反應方程式見公式(1)、(2)、(3)、工藝流程見圖1。

圖1 總工藝流程圖

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

(1)

6NO2+8NH3=7N2+12H2O

(2)

NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O

(3)

2.2 煙氣二次脫硫工藝

為滿足煙氣中SO2≤30 mg/Nm3超低排放要求，新建一座石灰-石膏法脫硫塔，和原有脫硫塔串聯起來，通過控制兩塔脫硫效率，實現高效脫硫。

2.3 濕電除塵工藝

脫硫塔后部增設濕式靜電除塵器[2]，陽極采用導電玻璃鋼有效去除霧滴，確保濕電出口粉塵濃度≤5 mg/m3，同時在玻璃鋼中加入具有導電性和耐腐蝕性的導電介質，以吸附極性水液滴和SO3氣溶膠，有效控制PM2.5的排放和避免煙囪雨的發生。濕電后的廢水從吸收塔漿液池中泵出，經一、二級脫水后，得到含水率不大于10%的脫硫石膏，水循環利用回到系統，脫硫石膏暫儲存于石膏間，統一拉運到排土場按固廢處理。

2.4 超低排放能耗指標

超低排放主要耗能設備有：風機、新增脫硫塔循環泵、新增氧化風機、新增脫硫塔、新增濕式電除塵等，主要能源介質為:電力、壓縮空氣、循環水、燃煤。年耗電量3.176×107kW·h/a，壓縮空氣2.16×107Nm3/a，耗煤量9 920 t/a，循環水11.2×104m3/a。

2.5 新工藝同時還需具備條件

2.5.1 脫硫脫硝反應劑

脫硫采用的吸收劑為消石灰，SCR脫硝采用的還原劑為氨水，氨水濃度為19%且必須保持“澄清、透明”的品質要求。

2.5.2 供電條件

超低排放工藝電壓等級分6 kV、380 V、220 V三種：電源電壓為6 kV，配電電壓分6 kV高壓和380 V低壓兩種，控制電壓高壓220 VDC、低壓220 VAC和24 VDC；安全電壓為36 V。

2.5.3 供水條件

超低排放設備冷卻水從廠區冷卻水管網接引，壓力為(0.2～0.4)MP、溫度為≤35 ℃并實現循環利用；工業新水從脫硫系統供水總管接出，主要用于脫硫系統軸封水、生產補水、沖洗水和濕電、GGH等設備的沖洗水。

2.5.4 壓縮空氣

超低排放壓縮空氣主要用于SCR和GGH吹掃、雜用壓縮空氣和儀用壓縮空氣，由新建空壓站提供壓縮氣源，品質要求見表1。

表1 壓縮空氣品質

2.5.5 相關參數(見表2)

3 優化節能

3.1 超低排放技術節能

3.1.1 電氣節能

選用高效低耗變壓器進行供配電，減少變壓器能耗；并通過低壓并聯電容器組集中補償裝置對功率因數進行調節，降低線路感抗，使低壓側功率因數達到0.9以上。

3.1.2 照明節能

在保證作業面視覺和照明質量的前提下，減少照明光能的損失。推廣應用太陽能、空氣能、光能和熱能等先進能源新產品和新技術，通過光控、時控、人體感應等功能設置，節省人工照明，并通過采用三相四線式供電，加大線纜的截面積，降低線路阻抗，減少線路能耗。

3.1.3 電機與變頻器控制節能

優先選用YX、YX2系列高效率電動機，通過控制其端電壓、轉矩、轉速、功率因數和傳動效率，負荷率控制在0.8～0.9的經濟運行范圍內；變頻器則根據負載特性變化對輸出軸功率進行調整，風機所需風量越低，應用變頻調速節能效果越好。

3.1.4 自動化控制節能

合理安排工藝布局，科學匹配用電設備運行臺數，減少設備空轉或低負荷運行，避免能量損耗；同時對熱力管道采取有效的保溫措施，以減少熱量損失和能耗。

3.2 超低排放管理節能

3.2.1 建立能源管理體系

建立以副總經理為組長的能源管理領導小組，健全能源管理網絡，配備專兼職能源管理人員，貫徹執行國家能源法律法規、方針、政策和公司能源相關管理制度；推廣應用節能項目和能源改造方案，保持和持續改進能源管理體系的有效性。

3.2.2 加強生產調度指揮，嚴格按工藝要求操作

實行能源供用集中調度管理模式，結合節能需要下達動力介質運行及調配指令，均衡、穩定、集中、協調組織生產，對非連續生產設備采取避峰措施，降低峰谷比，節約用電成本。

3.2.3 加強設備維護，提高設備節能效率

有效發揮智能化點檢儀的作用，加強用能設備的點檢和維護，及時發現問題、解決問題，保證設備安全穩定運行；對超低排放工藝中的重點耗能設備進行能效優化控制。

3.2.4 強化能源管理責任

制定能源管理制度，明確能源管理目標和措施，完善能源計量網絡圖，規范能源生產、轉換、供應、、使用、結算等工作流程，將能耗指標分解落實到責任部門、責任人。

3.2.5 強化全員節能意識

定期組織開展節能宣傳和節能培訓，通過召開專題會議、宣傳欄、標語、組織節能知識答題、合理化建議和開展節能技術創新創效評比等方式，廣泛宣傳節約能源、提高能效的重要性，強化全員降耗節能意識。

3.2.6 配備適宜的能源計量器具

根據GB 17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》要求，配置完善的能源計量儀表，能源計量器具配備率應達到95%，重點部位達到100%，并對能源計量器具進行定期檢定、校準，確保計量數據真實、準確。

3.2.7 形成能源分析例會制度

定期組織召開能源例會，分析總結上階段能耗情況，安排、部署和推進下階段節能工作，形成持續改進機制。

3.2.8 完善能源考核體系

將能源獎懲責任納入公司責任制，對超低排放運行過程中發生的浪費能源現象進行考核，對積極牽頭組織實施降耗措施、在實際應用中做出突出貢獻的技術、管理、技能人員進行獎勵，確保超低排放目標與節能降耗指標圓滿實現。

3.2.9 強化能源計量監控

建立以計量數據管理為中心的能源管理模式，推廣節能降耗新技術和新設備，引進智能化新型計量器具，實現對超低排放設備和工序能耗的動態監控，發現問題及時進行分析，提升超低排放網絡化服務水平，發揮好絕色發展支撐作用。

4 應用效果

4.1 物質實現了循環利用

氨水儲罐上設置的水封槽，既能實現氨水罐壓力的穩定運行，又確保了水封槽氨水濃度達標時再回排到氨水儲罐內，實現了循環利用。

4.2 水資源實現循環利用

SCR脫硝排放的沖洗廢水采用管道收集排放至廢水池，再經由廢水泵送到污水處理站進行綜合處理利用，降低了水資源消耗。

4.3 能源消耗達到減量化目的

脫硝系統采用的高效常規SCR技術不僅使脫硝效率達到88%，降低了脫硝還原劑的消耗；還使反應器壓損小于1 600 Pa，電耗低效率高，實現了能源減量化消耗。

5 結語

節能減排是鋼鐵企業面臨的艱巨任務，企業必須保持對環保工作的高度重視，加大治理力度，從技術開發、生產管控等環節采取措施，才能實現在基準含氧量18%條件下使企業球團生產處理煙氣量達780 000 Nm3/h，煙塵排放值達到8 mg/Nm3、二氧化硫排放值達到30 mg/Nm3、氮氧化物排放值達到40 mg/Nm3，的超低排放環保要求，實現企業綠色生產和可持續發展目標。