李林 范予晨 王萌璽 李小麗

（中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安71000）

摘  要：鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠1臺321m²帶式焙燒機，年產球團礦200萬噸，采用SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝，2022年6月投入運行，達到超低排放標準。本文論述球團帶式焙燒機煙氣脫硫脫硝選擇SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝路線及運行實踐。

關鍵詞：帶式焙燒機；煙氣脫硫脫硝；工藝選擇；運行實踐

1前言

鞍鋼股份煉鐵總廠1臺帶式焙燒機，1988年投產，年產球團礦200萬噸。主抽煙氣煙氣量855600Nm³/h，溫度90~105℃，含濕量8%，O₂含量~20%。經1臺336m²雙室四電場電除塵器，顆粒物排放濃度小于20mg/Nm³、采用低硫燃料情況下SO₂濃度~180 mg/Nm³、NOx濃度~280 mg/Nm³，但也經常出現SO₂、NOx超標情況，造成球團經常被迫減產，更不滿足〔2019〕35號《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，帶式球團焙燒機顆粒物排放濃度限值為10mg/Nm³，二氧化硫排放濃度限值為35mg/Nm³，氮氧化物排放濃度限值為50mg/Nm³，基準氧含量18%的超低排放標準要求。為此，球團帶式焙燒機需增加脫硫脫硝設施。

2 球團煙氣條件

321m²帶式焙燒機主抽煙氣，廢氣成分主要包括 SO₂、NO_x、顆粒物、O₂等，考慮到未來鐵礦石、煤氣等高硫的使用情況，此次按如下煙氣參數設計脫硫脫硝設施：

 表2-1球團生產工藝煙氣參數

3   脫硫脫硝工藝選擇

3.1  脫硫工藝選擇

目前應用較為廣泛的的脫硫工藝有濕法、半干法、干法三種。由于濕法脫硫受現有球團場地限制布置不下，球團只能在半干法、干法兩種脫硫工藝中選擇。

半干法主要有旋轉噴霧（SDA）、循環流化床（CFB）兩大工藝。 旋轉噴霧（SDA）脫硫技術其脫硫過程為氧化鈣加水配置成固含量為 20%～25%的氫氧化鈣漿液，通過霧化器高速 旋轉霧化成 30～80 微米的霧滴噴入吸收塔內，塔內的氫氧化鈣漿液霧滴（吸收劑）迅速吸收煙氣中的 SO₂，達到脫除 SO₂ 及其他酸性介質的目的。同時，煙氣熱量瞬間干燥噴入塔內的液滴，形成干固體粉狀料，由袋式除塵器捕集。脫硫工藝流程簡單，吸收塔為空塔結構。

循環流化床（CFB）脫硫技術其脫硫過程為煙氣在底部通過文丘里管進入循環流化床吸收塔內。在文丘里管出口擴管段設一套噴水裝置。在自然界垂直的氣固兩相流體系中,在循環流化床狀態下可獲得相當于單顆粒滑落速度數十至上百倍的氣固滑落速度。由于二氧化硫與氫氧化鈣的顆粒 在循環流化床中的反應過程,是一個外擴散控制的化學反應過程,通過氣固間大的滑落速度,強化了氣固間的傳質、傳熱速率和氣固混合,從而滿足了二氧化硫與氫氧化鈣高效反應的條件要求。 吸收塔的流化床中巨大表面積的、激烈湍動的顆粒,為注水的快速汽化和快速可控的降溫提供了根本保證,從而創造了良好的化學反應溫度條件,使二氧化硫與氫氧化鈣的反應轉化為瞬間完成離子型反應。通過顆粒的激烈湍動導致顆粒之間不斷的碰撞, 使脫硫劑氫氧化鈣顆粒的表面得到不斷的更新,以及脫硫灰的不斷再循環使用,從而大大提高了氫氧化鈣的利用率。半干法工藝煙氣最佳溫度在130℃，由于受球團煙氣溫度90～105℃此項目無法采用半干法脫硫工藝。

干法主要有SDS及活性焦吸附法兩大工藝。 SDS干法脫硫技術適合硫含量低的煙氣脫硫，副產物為硫酸鈉，國內焦爐已大量應用此技術。活性焦吸附法用于燒結系統SO₂濃度在1500mg/Nm3應用，副產品為硫酸，但活性焦工藝投資及運行成本遠高于SDS，另外受廠地限制。

此項目最終選擇采用SDS脫硫。

SDS干法脫硫反應原理：SDS干法脫硫工藝通過高效的SDS干法脫硫劑噴射及均布裝置，脫硫劑超細碳酸氫鈉粉在煙道內被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發生物理、化學反應，煙氣中的SO₂等酸性物質被吸收凈化。

碳酸氫鈉（小蘇打，NaHCO3）作為煙氣脫硫的吸附劑，通過化學吸附脫除煙氣中的酸性污染物，同時還可以通過物理吸附脫除一些有機和無機微量物質，此工藝將NaHCO₃細粉直接噴入溫度高于140℃煙氣中，在大于140℃高溫下NaHCO₃分解生成Na₂CO₃、H₂O和CO₂，反應方程式如下：

2NaHCO₃→Na 2CO₃+H₂O +CO₂

通過形成Na₂CO₃，形成更大的晶界/作用區。產生Na₂CO₃時，不會存在晶格，因此，Na₂CO₃的出現是非常活躍的，當煙氣溫度高于140℃，Na₂CO₃會立刻與煙氣中的酸性污染物發生反應。

由于新生成的Na₂CO₃在反應瞬間有高度的反應活性，煙道氣溫度確保≥140℃，可自發的與煙氣中的酸性污染物進行下列反應生成Na₂SO₄，實現脫除SO₂的效果：

SO₂+2NaHCO₃→Na₂SO₃+2CO₂+H2O

SO₃+2NaHCO₃→Na₂SO₄+2CO₂+H2O

HF+NaHCO₃→NaF+CO₂+H₂O

HCL+NaHCO₃→NaCL+CO₂+H2O

少部分SO₂發生下列反應:

SO₂+2NaHCO₃+0.5O₂→Na₂SO₄ +2CO₂+H₂O

3.2  脫硝工藝選擇

目前行業普遍采用SCR脫硝，在脫硫工藝后增加SCR脫硝，反應原理：SCR脫硝即為選擇性催化還原反應，選擇性是指在催化劑的作用和在氧氣存在條件下，NH₃優先和NO_x發生還原脫除反應，生成N2和H20，而不和煙氣中的氧進行氧化反應。脫硫后的煙氣通過煙道進入SCR反應器，供氨系統向煙氣中噴入氨氣。在180℃～260℃的溫度區間，煙氣中的NOx在SCR反應器中催化劑的催化作用下將與氨氣發生化學反應生成N₂和H₂O。

在SCR脫硝反應器內，NO與NO₂通過以下反應被還原：

4NO+4NH₃+O₂=4N₂+6H₂O               

2NO₂+4NH₃+O₂=3N₂+6H₂O

4  工藝路線設計

4.1   GGH 加熱工藝：

GGH主要用于脫硝煙氣溫度確保260℃的工藝，先對煙氣進行GGH換熱至230℃，達到SDS干法脫硫的反應溫度窗口，脫硫除塵后的煙氣加熱至260℃，進行SCR脫硝。

工藝路線：煙氣（90~105℃）→GGH換熱（90~105→230℃）→SDS脫硫（230→220℃）→布袋除塵（220→210℃）→煙氣加熱（△t=50℃）→SCR脫硝（260→250℃）→GGH換熱（250→119.6℃）→引風機（119.6℃）→煙囪。

加熱煙氣的溫升為50℃，加熱爐運行加熱量14973000Kcal/h，BFG耗量23078 Nm³/h（77.30GJ/h）。

4.2   GGH換熱器：

4.3  除塵器工藝：

采用長袋低壓脈沖布袋除塵，除塵器具體參數及配套設備：

5  工藝流程圖

6  小結

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠1臺321m²帶式焙燒機，采用SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝，2022年6月投入運行，CEMS出口顆粒物排放濃度5.9—6.3mg/m³，平均為6.1mg/m³，SO₂濃度平均5mg/m³，NO_X濃度平均14mg/m³，氨排放濃度平均0.89mg/m³，達到超低排放標準。

參考文獻

[1]  張慶文，常治鐵，劉莉，李修梅，《SDS干法脫硫及SCR中低溫脫硝技術在焦爐煙氣處理中的應用》，化工裝備技術. 2019,40(04).

[2]  王國奎，《低碳經濟中的燃煤電廠脫硫脫硝除塵工藝發展》，化工管理. 2021,(02).

[3]  許佳麗，《淺析焦化行業的廢氣污染超低排放技術》，時代農機. 2020,47(03).

[4]  馬銀華，黨平，崔曉波，《鞍鋼鲅魚圈7 m焦爐煙氣脫硫脫硝技術應用實踐》，鞍鋼技術. 2021,(01).

[5]  崔公，《循環流化床脫硫過程流場與反應的數值研究》，中國石油和化工標準與質量. 2011,31(05).

[6]  樊國棟，艾桂玲，《半干法脫硫技術在伊泰煤制油鍋爐煙氣脫硫改造項目中的應用》，煤炭加工與綜合利用. 2015,(04).