安鋼高爐熱風爐煙氣脫硝脫硫治理實踐

陳志兵 安陽鋼鐵股份有限公司

隨著冶金行業對環保治理技術的推廣和深入，高爐熱風爐脫硫治理項目的逐漸實施，環保管理部門對于熱風爐煙氣脫硝的治理呼聲不斷加強，熱風爐煙氣自動監測設施安裝越來越規范。熱風爐煙氣低氮、低硫、低塵、周期性變化，但受制于高爐、熱風爐操作和原燃料條件變化，熱風爐煙氣治理存在一定的困難。

安陽鋼鐵股份有限公司高爐熱風爐煙氣脫硝脫硫項目于2022 年1 月開工建設，4 月底投入運行。煙氣治理采用中溫選擇性催化還原法（SCR）脫硝＋碳酸氫鈉法（SDS）脫硫＋高效袋式除塵的工藝路線，在國內高爐熱風爐煙氣凈化治理領域屬于首次探索和實踐。本文主要通過介紹煙氣脫硝、脫硫治理項目的工藝、設計運行參數、實踐效果，為同類型煙氣治理項目提供參考和建議。

1 熱風爐煙氣治理工藝流程

安鋼高爐熱風爐煙氣經主管匯集，進入SCR 脫硝反應器，在脫硝反應器前噴入由尿素熱解產生的氨氣，在中溫催化劑的作用下反應為無害的氮氣和水蒸氣；脫硝后的煙氣進入管式換熱器，換熱降溫后進入SDS 脫硫裝置；碳酸氫鈉顆粒經研磨系統成為碳酸氫鈉細微粉，與煙氣中的二氧化硫充分反應，生成硫酸鈉顆粒進入袋式除塵器凈化；經引風機送入煙囪排放。硫酸鈉顆粒在袋式除塵器收集、匯集至后產物儲倉；由卸料裝置裝包運輸出廠。高爐熱風爐煙氣治理工藝流程見圖1。

圖1 高爐熱風爐煙氣治理工藝流程圖

1.1 煙氣治理工藝介質流向

1.1.1 煙氣主路

熱風爐煙氣→SCR 脫硝→換熱器→SDS脫硫→袋式除塵器→引風機→煙囪。

1.1.2 安全檢修旁路

熱風爐煙氣→電動閥門→煙囪。

1.1.3 噴煤工序引用煙氣

自引風機至煙囪在線監測設備前，引氣至噴煤工序使用。

1.1.4 尿素熱解制備氨氣

袋裝尿素→斗提機→溶解罐→溶液儲存罐→熱解爐→AIG →脫硝反應器。

1.1.5 碳酸氫鈉細微粉制備

噸包碳酸氫鈉→儲罐→研磨機→噴射風機→脫硫反應器→袋式除塵器。

1.2 SCR 煙氣脫硝

熱風爐燃燒后的廢煙氣進入裝有中溫催化劑的脫硝反應器，脫硝反應器前端煙道裝有噴氨格柵及氣流均布裝置。含有氮氧化物的煙氣與體積分數＜5%的氨/空混合氣在中溫催化劑的作用下，煙氣中的氮氧化物和氨發生還原反應，生成無害的氮氣和水蒸汽，至脫硫、除塵裝置進一步凈化后排入大氣。高爐熱風爐煙氣中的氮氧化物主要由約NO 和NO2組成，SCR 脫硝反應見式（1）、式（2）。

安鋼高爐熱風爐煙氣脫硝以尿素熱解工藝制備氨氣作為還原劑。尿素熱解制備工藝系統主要包括尿素溶解與儲存裝置、尿素溶液計量與分配裝置、尿素熱解爐、稀釋風機和電加熱器等裝置。稀釋風機自脫硝反應器后取煙氣，經電加熱器升溫后入熱解爐；尿素顆粒溶解后由輸送泵經計量裝置入尿素噴槍、氮氣霧化，入熱解爐分解為氨氣；與稀釋風混合后送入噴氨格柵與煙氣充分融合，經催化還原反應生成無害化的氮氣和水蒸汽。尿素熱解制備氨氣工藝流程圖見圖2。尿素熱解主要反應見式（3）、式（4）。

圖2 尿素熱解工藝流程圖

1.3 SDS 煙氣脫硫

高爐熱風爐煙氣脫硫工藝以碳酸氫鈉為脫硫劑。將150 目左右的原料碳酸氫鈉顆粒研磨成700 目的細粉顆粒，通過鼓風機經專用噴頭均勻噴入脫硫煙道內。煙氣脫硫段利用文丘里原理將煙氣與碳酸氫鈉細粉顆粒充分混合。碳酸氫鈉細粉在140～260℃高溫煙氣的作用下分解為Na2CO3和CO2，活性強的 Na2CO3與煙氣中的 SO2及其他酸性物質發生化學反應，進入高效袋式除塵器脫塵后經引風機返回煙囪排放。袋式除塵器收集的脫硫除塵灰通過氣力輸灰系統匯集，由噸包機裝包運輸出廠。SDS 煙氣脫硫主要化學反應見式（5）、式（6）。

2 系統設計、運行主要參數

2.1 脫硝系統主要設計參數

SCR 脫硝反應器按“2+1”模式布置，安裝2 層催化劑，預留1 層同規格催化劑完整空間；體積空速4500h-1，催化劑孔內速度5.7m/s。脫硝催化劑載體為含量85%的TiO2及活性組分V2O5構成，催化劑元件選用25（150mm×150mm）孔，化學壽命設計24000h。在催化劑側面加裝聲波吹灰裝置4 臺/層，用以吹掃催化劑表面的積灰，保證煙氣通道的暢通。

2.2 脫硫除塵系統設計參數

碳酸氫鈉研磨機是SDS 脫硫系統的關鍵設備，選用OFFICINA 2000 公司的2K 系列小蘇打研磨系統。脫硫噴射段采用文丘里管設計，入口流速20m/s,喉管流速40m/s。袋式除塵采用冶金行業常規分室離線低壓脈沖反吹長袋除塵器，設計濾速0.75m/min，壓差＜1200Pa；氣力輸灰采用倉式泵，單倉單泵雙線設計；小蘇打拆包及除塵灰裝包均采用半自動或自動設備。

2.3 系統運行參數

2.3.1 脫硝系統運行參數

脫硝系統主要運行參數見表1。

表1 脫硝系統主要運行參數

2.3.2 脫硫除塵系統運行參數

脫硫除塵系統主要運行參數見表2。

表2 脫硫除塵系統主要運行參數

2.3.3 熱風爐煙氣治理實際排放指標

熱風爐煙氣治理實際排放指標見表3。

表3 熱風爐煙氣治理實際排放指標

3 運行效果

安鋼高爐熱風爐煙氣治理項目自 2022 年4 月底建成投運以來，系統運行穩定可靠，煙氣凈化后的排放指標優于DB41/1954-2020中規定的排放限值要求（系統實際排放指標見表3）。治理前，高爐熱風爐煙氣污染物日均排放量1.2～1.5t/d，治理后日均排放量將至0.1～0.3t/d，減排效果明顯。

4 系統技術特點及實踐經驗

4.1 能夠充分利用熱風爐煙氣中的熱量

根據熱風爐排放煙氣溫度260～320℃的特點，先進行脫硝反應，再進行換熱降溫；換下來的熱量預熱煤氣和空氣；可使煤氣升溫約70～100℃，空氣升溫150～160℃；換熱器將煙氣溫度降低至160～180℃，此溫度為碳酸氫鈉的最佳反應溫度范圍；袋式除塵器優化保溫后，溫降約5～8℃，引風機后經過凈化的＞150℃煙氣可以引入噴煤工序用于烘干煤粉。

4.2 脫硝脫硫效率高、反應迅速

脫硝采用尿素熱解氨氣制備，具有調節方便、迅速調節氨/氮摩爾比，可充分利用SCR 高脫硝效率的特點以應對氮氧化物變化；同時具有氨/氮混合均勻，氨逃逸率低的特點，減少換熱器設備結晶和腐蝕。SDS脫硫具有反應迅速、脫硫效率高、綜合成本低的優點。

4.3 實踐經驗

脫硝系統需設置噴氨格柵清理所必要的檢修人孔，及氨/空混合器主管和支管的測壓、測溫裝置。脫硫系統充分考慮高爐操作及原燃料異常時的硫氧化物濃度變化，選擇2臺同規格研磨機很有必要；2 臺研磨機可1 用1 備，亦可同步運行。SDS 脫硫段的流速、反應時間、碳酸氫鈉噴射混合裝置，對脫硫劑的反應效率影響較大；若脫硫效率較低，將對除塵濾料使用壽命產生直接影響。全系統設備設施需充分考慮做好保溫、伴熱，充分利用余熱、換熱，減少能源消耗。

5 結語

SCR 脫硝聯合SDS 脫硫工藝在高爐熱風爐煙氣治理的成功應用，為熱風爐煙氣治理提供了寶貴的經驗，值得進一步推廣應用。