石灰窯煙氣治理技術探討

高宏亮

(河北航天環境工程有限公司 北京 100072)

0 引言

石灰作為工業生產的重要輔料，廣泛應用于冶金、化工、環保、建材等諸多行業，高品質的活性石灰主要應用于煉鋼、燒結及電石行業。石灰窯在煅燒過程中產生的顆粒物/粉塵已基本得到治理，但隨著環保標準的提升，其NOx、SOx等的治理也逐漸被提上了日程[1]。鑒于石灰窯煙氣脫硝治理目前在國內屬于起步階段，本文介紹一種新型的石灰窯煙氣治理工藝——SDS干法脫硫+布袋除塵脫硝一體化技術，希望能對石灰窯煙氣治理起到一定的借鑒作用。

1 技術簡介及工藝流程

SDS干法脫硫[2]采用小蘇打(NaHCO3)作為脫硫劑，研磨后的細粒度小蘇打(NaHCO3，D90<20 μm)通過配套風機送入SDS脫硫反應器，在溫度大于140 ℃的環境下，NaHCO3會分解生成Na2CO3、H2O和CO2。生成的Na2CO3表面形成微孔結構，猶如爆開的爆米花，具有更大的晶界作用區。同時，新生成的Na2CO3具有高度的反應活性，通過化學吸附可以脫除煙氣中的SOx、HCl等酸性污染物。

催化布袋除塵脫硝一體化技術是將表面過濾與催化反應相結合的技術，在一個裝置內實現塵和NOx的同步去除。對于改造項目，可以充分利用現有布袋除塵裝置，將原有除塵濾袋更換為具有除塵脫硝功能的催化濾袋即可。

工藝流程如圖1所示，袋裝脫硫劑小蘇打(NaHCO3，D50<200 μm)由電動葫蘆送至筒倉頂部，借助筒倉上方的開袋器將粗顆粒小蘇打倒入筒倉內。筒倉內的粗顆粒小蘇打通過筒倉底部的螺旋給料機定量地將粗顆粒小蘇打送至小蘇打磨機；通過磨機的研磨，粗顆粒小蘇打被研磨成細粒度小蘇打(D90<20 μm)；最后經磨機配套風機送至SDS脫硫反應器入口的煙道處。

從氨水儲罐來的濃氨水(質量分數約20%)通過供氨泵送去氨水蒸發器內進行氣化，當氨水蒸發器內的氣氨達到一定壓力后，進入稀釋風機出口管道上的靜態混合器；在該靜態混合器內，氣氨與稀釋風機送來的稀釋風進行混合，同時NH3質量分數被降至5%～10%；然后被送至除塵脫硝反應器進口煙風道內的噴氨格柵。

從石灰窯預熱器出來的高溫煙氣經冷風調節溫度后(控制在210～240 ℃)首先進入SDS脫硫反應器脫除其中SO2、HCl等酸性氣體；然后進入除塵脫硝反應器。在除塵脫硝反應器內，安裝有除塵脫硝一體化催化濾袋；煙氣在穿越催化濾袋的過程中依次實現除塵和脫硝兩個過程。為保證除塵和脫硝的正常運行，反應器內采用脈沖清灰，采用壓縮空氣定期對濾袋進行吹掃；煙氣中的NOx在催化濾袋的作用下被噴氨格柵送入的NH3還原成N2和H2O。凈化后的煙氣(約210 ℃)在主引風機的作用下送去煙囪排放。

1—小蘇打儲料筒；2—小蘇打磨機；3—磨機配套風機；4—SDS脫硫反應器；5—氨水罐車；6—卸氨泵；7—氨水儲罐；8—供氨泵；9—氨水蒸發器；10—稀釋風機；11—管道靜態混合器；12—噴氨格柵；13—煙道靜態混合器；14—除塵脫硝反應器；15—主引風機；16—氨氣吸收罐

2 技術優勢

(1)SDS干法脫硫在脫除煙氣中SO2的同時不會降低煙氣溫度，既降低了低溫時硫酸鹽對脫硝催化劑的影響，又可保證脫硝合適的溫度窗口。

(2)可充分利用原布袋除塵器相關裝置，改造工程量小，窯爐停爐時間短(約10 d)；改造后的系統阻力幾乎不變，無需更換/改造原引風機；有利于現有石灰窯爐煙氣治理的改造升級。

(3)催化濾袋功能集合，一體化除塵、脫硝、除氨、脫二噁英，系統簡單，占地面積小,對于場地緊張的項目更具優勢。

(4)濾袋工作原理為先除塵再脫硝，保證了濾袋的脫硝性能和使用壽命。

(5)能夠適用于溫度為200～250 ℃中低溫煙氣的脫硫除塵脫硝治理，凈化效果好，投資和運行成本較經濟。

3 工藝設計說明

該工藝主要包括煙氣系統、脫硫劑儲存/研磨/供給系統、SDS干法脫硫系統、氨水儲存/供給系統、氨水蒸發系統、稀釋風及氨混系統、氨噴射及混合系統、布袋除塵脫硝一體化系統、地坑系統和自控系統等。其中，氨水儲存/供給系統、氨水蒸發系統、稀釋風及氨混系統和氨噴射及混合系統等同傳統SCR工藝，此處不再贅述。

3.1 煙氣系統

SDS干法脫硫工藝需要的溫度窗口是140 ℃以上，除塵脫硝一體化工藝需要的溫度窗口是200～250 ℃，為了保證煙氣溫度均滿足脫硫工藝和除塵脫硝一體化工藝，工藝設計中可將煙氣溫度控制在200～250 ℃。

對于石灰回轉窯而言，從預熱器出來的煙氣溫度通常在260～290 ℃，通過調整進入煙道內的冷風量可將煙氣溫度控制在200～250 ℃。而對于石灰豎窯而言，豎窯出口的煙氣溫度偏低，通常是90～120 ℃[3]。為了滿足上述工藝的溫度窗口，需要在工藝設計中增設煙氣補燃系統和換熱系統。

3.2 SDS干法脫硫系統

此部分的核心設備是SDS脫硫反應器。脫硫反應器可設成套筒式結構，也可設計成U型結構。為了保證脫硫效果和降低運行阻力，脫硫反應器的設計依據CFD流場模擬進行，并保證煙氣在其內的停留時間大于2 s，阻力均控制在300 Pa以內。

3.3 布袋除塵及脫硝一體化系統

本系統的主要裝置是裝有除塵脫硝一體化功能的濾袋的除塵器。對于改造項目，除塵器在原除塵器基礎上進行改造，只要將原來的濾袋更換為除塵脫硝一體化催化濾袋即可。

(1)除塵脫硝一體化催化濾袋。催化濾袋通常包含內外兩層，外層為高精度過濾層(除塵)，內層為搭載催化劑的催化層(脫硝)。該濾袋根據不同需求，其長度可以定制(最長可達10 m)。催化濾袋由玻璃纖維制作，表面附有PTFE薄膜；再經過浸漬獨有的高效催化劑制作而成。

(2)除塵脫硝凈化機理。如圖2所示，煙氣由外向內流經催化濾袋，煙氣中的塵及有害的堿性金屬被濾袋表面的濾餅攔截過濾，含有NOx的干凈煙氣與還原劑在催化層內的催化劑作用下，NOx被分解成N2和H2O。

圖2 除塵脫硝催化濾袋煙氣凈化示意

3.4 自控系統

自控系統設計為“自動”和“手動”兩種操作方式。重要的工藝參數，如進出口煙氣參數、小蘇打研磨量、SDS脫硫反應器進出口溫度/壓差、氨區緊急噴淋、氨水儲罐溫度/液位、氨水蒸發器控制參數、氨水供給量、布袋除塵脫硝反應器進出口溫度/壓差等引至控制室進行集中顯示、記錄、報警和控制；次要的或不需要頻繁操作的工藝參數采用現場巡視的方式控制。

4 工程實例

濰坊市某鋼廠一座800 t/d石灰回轉窯，目前煙氣治理已裝有布袋除塵器，出口煙氣：煙塵質量濃度<10 mg/m3，SO2質量濃度<20 mg/m3。為滿足新的環保標準，計劃對煙氣治理進行升級改造，增設脫硝裝置。根據現場情況，選用布袋除塵脫硝一體化工藝，相關設計參數如表1所示。

表1 800 t/d石灰窯煙氣除塵脫硝設計參數

項目于2020年4月30日完成項目竣工驗收，項目試運行和環保檢測結果顯示：除塵脫硝反應器進口NOx質量濃度在500～800 mg/m3、粉塵質量濃度在30 g/m3的情況下，煙囪檢測口處的NOx質量濃度可穩定運行在60 mg/m3以下，粉塵質量濃度也基本穩定在3 mg/m3以下，脫硝效率和除塵效率分別為88%～92.5%和99.99%，優于環保標準，達到了設計指標。系統運行費用如表2所示。

表2 800 t/d石灰窯煙氣脫硝系統運行費用

截至2020年9月，布袋除塵脫硝一體化設施同機運轉率達到99%以上。從煙氣在線監測統計數據來看，其凈化后的煙氣NOx和煙塵平均排放質量濃度分別為75 mg/m3、3.24 mg/m3，穩定滿足排放標準。

5 結語

SDS干法脫硫+布袋除塵脫硝一體化技術很好地解決了石灰窯煙氣脫硫除塵脫硝的問題，系統簡單、占地面積小、投資小和運行成本低，可保證持續、穩定、達標運行，適用于我國石灰窯煙氣治理的技術及裝備。