煙氣脫硫脫硝治理多機并一塔的實踐與應用

劉 江 趙亞紅 晉 波

（陜西龍門鋼鐵有限責任公司，陜西 韓城 715400）

關健詞：煙氣治理；超低排放；脫硫脫硝；多機并一塔

0 引言

隨著我國大氣環境形勢的不斷嚴峻，2019年國家生態環保部下發《鋼鐵行業超低排放征求意見稿》提出，燒結機及球團豎爐煙氣在基準含氧量16%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3；特別限值地區汾渭平原等，到2020年10月底前，具備改造條件的鋼鐵企業基本完成超低排放改造。鋼鐵行業燒結機濕法脫硫實際應用基數較大，進行超低排放改造都存在生產系統銜接影響大、周期長、停產經濟損失大、改造困難等問題，多機并一塔的成功實踐應用為鋼鐵行業的環保升級改造開辟了一條捷徑。

1 脫硫脫硝煙氣治理現狀

陜西龍門鋼鐵有限責任公司共有265m2、400m2、450m2燒結機3臺和19.5 m2球團豎爐2臺，其原有煙氣處理系統均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，無法達到國家超低排放標準，為滿足國家環保要求，公司從2019年8月份開始先后實施了450m2、400m2、265m2燒結機煙氣綜合治理升級改造項目，并于2020年5月、6月、9月先后投入運行，其中265m2燒結機煙氣采用活性炭工藝，400m2、450m2燒結機煙氣采用循環流化床+SCR脫硝工藝，改造后均達到了國家超低排放標準[1]。

2019年11月龍鋼公司對球團2臺豎爐煙氣綜合治理項目進行方案論證，經過與多個廠家的技術交流與論證，方案始終圍繞以濕法脫硫為基礎+濕電+消白的工藝進行選型優化討論，計劃施工工期7個月，投資費用2300萬。2020年6月400m2燒結脫硫脫硝半干法系統投運后，因其處理煙氣的設計富余大且與球團豎窯距離較近，相關技術人員提出了將球團豎窯煙氣并入400m2燒結脫硫脫硝半干法系統的方案，并多方充分論證可行。

2 煙氣治理多機并一塔必須滿足的條件

要實現多機煙氣并入一塔運行，必須具備以下條件：1）煙氣的成份、溫度、壓力等相同或相近，各級煙氣排放控制物及排放限值相同。2）終端處理塔的煙氣處理能力必須≥各級煙氣量之和。3）容易施工，投資費用低。4）運行成本低。

3 球團豎爐煙氣并入400m2燒結脫硫塔的可行性分析

球團豎爐系統各項條件參數如下：1）球團豎爐與燒結的原料均為鐵礦粉，燃料均為高爐煤氣，其煙氣成份與燒結基本相同，出口煙氣排放控制物均為SO2、NOx、顆粒物，且排放限值相同（在基準含氧量16%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3）。2）球團豎爐煙氣溫度≤150℃，燒結煙氣溫度≤160℃，均滿足400脫硫脫硝系統要求。3）400燒結的煙氣量≤140萬Nm3/h，球團豎爐煙氣量≤60萬Nm3/h，400脫硫脫硝系統設計煙氣處理量為200萬Nm3/h，基本能夠滿足2個系統的煙氣處理能力。4）400脫硫脫硝系統與球團豎爐距離較短，直線距離僅有200m，煙道敷設長度為350m，煙氣阻力小，容易施工，工期較短，投資費用低。5）球團煙氣并入400脫硫脫硝系統，不需要另外新建脫硫脫硝設施，無須設置操作人員，可以節省大量動力能源費用和人工費用，運行費用較低。6）因此將球團煙氣引入400脫硫脫硝系統完全可行。

4 設計依據

嘉惠球團廠現有2臺19.5m2豎爐，配套石灰石-石膏濕法脫硫全部凈化處理；400m2燒結機脫硫脫硝系統設計處理煙氣量220萬m3/h（工況），現實際工況運行風量130 m3/h~140 萬 m3/h，剩余一定富余量。嘉惠球團豎爐實際工況運行風量45m3/h~55 萬m3/h，考慮到生產運行變化，擬將80%煙氣接引至400脫硫脫硝系統，利用400脫硫脫硝系統設計剩余富余量進行凈化處理。將20%煙氣繼續由原石灰石-石膏濕法脫硫進行處理，根據實際情況盡可能的將所有煙氣進行全接引處理，嘉惠球團廠豎爐煙氣具體參數見表1。

通過上述表1、表2的煙氣參數對比，除了NOx濃度和含氧量數值外其余成份相差不大，混合后進入400m2燒結煙氣脫硫脫硝裝置進行處理，設計完全可以滿足要求。

表1 嘉慧球團豎爐設計參數表

表2 400m2脫硫脫硝除塵裝置設計參數

5 接引改造方案

球團煙氣引入400 m2燒結脫硫脫硝系統的煙氣流程：1#/2#球團豎爐煙氣—1#/2#球團主抽風機—2臺球團豎爐煙氣匯合—新增豎爐增壓風機—400m2燒結煙氣治理島—煙囪排放。

為克服煙道阻力，同時為了便于煙氣量調節控制，增加1臺變頻增壓風機，風量為60萬Nm3/h，將球團煙氣引到400 m2燒結煙氣脫硫脫硝系統。

自球團豎爐主抽風機出口兩路煙氣混合處后端開始至400 m2燒結脫硫吸收塔入口煙道駁接法蘭之間敷設安裝煙道350m，并增設煙道檔板門，便于煙氣量調節和控制。

在保證400 m2燒結煙氣脫硫脫硝系統安全可靠穩定運行的條件下，擬將嘉惠球團45萬m3/h（工況，暫定）球團煙氣引入400m2燒結機的脫硫脫硝除塵裝置內進行煙氣處理，實現2套煙氣處理系統同時運行并全部達到國家超低排放要求。系統流程圖如圖1所示。

圖1 球團豎爐煙氣并入400m2燒結脫硫脫硝系統煙氣流程圖

如圖所示自球團豎爐主抽風機出口兩路煙氣混合處后端球團脫硫增壓風機前端煙道處進行開口接引，須新建大約300m管道，中間設計若干膨脹節（采用軟連接耐高溫、耐腐蝕材料的膨脹節），須開挖煙道支架基坑約20個，采用H型鋼全部制作門型支架架設接引煙道，煙道利用8mm鋼板卷板自制焊接成直徑3850mm的圓型管道，大約須消耗鋼板、型材共計600t，接引煙道中間增加變頻風機1套（采用10kV變頻電機及高壓變頻器調節控制）通過風機調頻及風門控制接引煙氣流量、風壓等，煙道接引開口處去原濕法脫硫及新設增壓風機前后煙道上各增加密封性能較好的風擋門控制煙氣開關，風擋門調節采用電動執行器遠程控制，原濕法脫硫及新接引至400新脫硫脫硝的兩段煙道煙氣流量、風壓等參數主要由各自增壓風機調頻及風門開度控制調節。

新增引風機須增加高壓開關1套，風機配套變頻器1臺（帶工、變頻2種啟動方式），操作控制電腦1套（配套整套ABB控制系統）并且并入400脫硫脫硝系統，煙氣在線監測CEMS分析系統1套（監測新接引段煙道的風壓、風量、煙溫、氮氧化物、粉塵、SO2等參數），新建變頻器室1座，CEMS監測室1座。

6 項目技術難點

該項目實施過程中攻克了4項技術難點。1）球團脫硫與400m2燒結脫硫脫硝2個系統合二為一，球團豎爐的2臺主抽風機、400m2燒結機的2臺主抽風機、新增加的增壓風機、脫硫脫硝的引風機共6臺大型風機的串并聯，導致多臺風機風量、風壓之間的矛盾，如何避免風機之間的頻率、風門控制引起的喘振及煙氣發生紊流對兩套系統的穩定運行造成影響是該項目的技術難點之一。2）由于400脫硫脫硝系統設計時未考慮球團煙氣系統，高濃度球團煙氣如果無法全部引入，如何分配煙氣量實現濕法脫硫和半干法脫硫2套煙氣凈化系統的并列運行是該項目又一技術難點[2]。3）兩股煙氣碰到一起后互相干擾，導致煙氣阻力加大、煙氣紊流。4）如果嘉慧球團豎爐煙氣接引不完，濕法脫硫繼續運行，日常運行人員、設備備件動力能源消耗等成本，造成單一系統復雜化。

7 消除技術難點的措施

針對以上技術難點，采取相應的措施。1）將6臺風機的電流、風門開度、頻率、壓力等運行參數信號全部接引至400m2燒結脫硫脫硝主控室進行實時監控，由400m2燒結脫硫脫硝主控室統一協調指揮球團豎爐、400m2燒結生產，生產異常信息及時上報主控室，各風機風門、頻率調整由主控室各統一發令。2）在球團煙氣管道上安裝煙氣在線監測設備，將球團煙氣的風量、風壓、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等運行參數信號接引至400m2燒結脫硫脫硝主控室，便于實時監控和工藝參數操作、調整。3）在球團煙氣接引管道并入400m2燒結煙氣治理島的駁接處增設導流板，減少煙道阻力，防止煙氣紊流。4）對球團豎爐2臺引風機進行增風改造，提高風量和風壓，降低新增豎爐增壓風機的負荷，力爭實現球團煙氣的全部接引。

8 接引實施過程

2020年11月17日9:00，球團煙氣開始引入400m2燒結脫硫脫硝系統，先引入1臺球團豎爐煙氣，風量為30萬Nm3/h左右，增壓風機頻率為28Hz，球團煙道風壓為-0.4kPa左右， 400m2燒結脫硫脫硝引風機風門開度由76%提高到82%，電流由330A左右提高到420A左右，400m2燒結脫硫脫硝系統運行穩定。隨后于2020年11月17日14:00，將2臺球團豎爐煙氣全部引入，風量為58萬Nm3/h左右，增壓風機頻率為41Hz，球團煙道風壓為-0.3kPa左右， 400m2燒結脫硫脫硝引風機風門開度提高到90%，電流增至530A左右，總煙氣量為180Nm3/h~190Nm3/h，400m2燒結脫硫脫硝系統各項運行參數正常，出口排放指標全部合格，達到國家超低排放標準，球團豎爐煙氣全部成功接引至400m2燒結脫硫脫硝系統。

球團煙氣引入400m2燒結脫硫脫硝系統后，球團煙道負壓波動較大，400m2燒結脫硫脫硝系統電、石灰、氨水、水、壓縮空氣等消耗相應增加，經過不斷摸索和優化，增壓風機頻率調整至43Hz，球團煙道風壓為-0.35kPa左右，400m2燒結脫硫脫硝引風機風門開度控制在85%左右，電流下降到500A左右，既保證了球團生產的穩定，又降低了運行成本。

9 改造后的效果

多機并一塔的成功改造應用降低了投資及運行成本，實現了環保改造目標，提供了寶貴的借鑒先例。1）將球團和燒結機2套煙氣系統并入一塔運行的成功實踐應用，屬于國內首創，對全國鋼鐵行業煙氣治理具有借鑒推廣意義。2）通過各項工藝參數的不斷摸索和優化，最終實現了球團煙氣全接引，球團濕法脫硫全部停運，2套系統均實現了超低排放，煙氣觀感良好，無白煙現象。3）球團煙氣引入后的實際運行成本為10.8元/t礦，與原改造方案（在濕法脫硫的基礎上+濕電+消白）13元/t礦的運行成本相比，下降2.2元/t礦，年節約運行費用396萬元。4）該項目工期與原改造方案（在濕法脫硫的基礎上+濕電+消白）相比，工期縮短2個半月，投資費用節約1200萬元左右。

10 結語

煙氣脫硫脫硝治理多機并一塔的研究與實踐，在200Nm3/h煙氣量的400m2大型燒結機上能夠大膽地成功探索與應用實屬不易，攻克了6臺大型離心風機的串、并聯風量、風壓之間的矛盾技術難點，同時還可在大型企業燒結機等不停機停產的前提下進行環保施工改造，不僅減少了企業工藝鏈的一系列停產經濟損失，還大大縮短了施工工期，降低了投資費用和運行成本，排放達標，屬于國內首創，為全國鋼鐵行業煙氣治理提供借鑒。對2個系統之間的相互影響、運行成本、生產協調等問題，我們將繼續優化和完善各項工藝參數，使系統穩定、經濟地運行。