陳志兵 安陽鋼鐵股份有限公司

隨著冶金行業(yè)對環(huán)保治理技術(shù)的推廣和深入，高爐熱風(fēng)爐脫硫治理項目的逐漸實施，環(huán)保管理部門對于熱風(fēng)爐煙氣脫硝的治理呼聲不斷加強，熱風(fēng)爐煙氣自動監(jiān)測設(shè)施安裝越來越規(guī)范。熱風(fēng)爐煙氣低氮、低硫、低塵、周期性變化，但受制于高爐、熱風(fēng)爐操作和原燃料條件變化，熱風(fēng)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(fēng)爐煙氣脫硝脫硫項目于2022 年1 月開工建設(shè)，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(nèi)高爐熱風(fēng)爐煙氣凈化治理領(lǐng)域?qū)儆谑状翁剿骱蛯嵺`。本文主要通過介紹煙氣脫硝、脫硫治理項目的工藝、設(shè)計運行參數(shù)、實踐效果，為同類型煙氣治理項目提供參考和建議。

1 熱風(fēng)爐煙氣治理工藝流程

安鋼高爐熱風(fēng)爐煙氣經(jīng)主管匯集，進入SCR 脫硝反應(yīng)器，在脫硝反應(yīng)器前噴入由尿素?zé)峤猱a(chǎn)生的氨氣，在中溫催化劑的作用下反應(yīng)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(jīng)研磨系統(tǒng)成為碳酸氫鈉細微粉，與煙氣中的二氧化硫充分反應(yīng)，生成硫酸鈉顆粒進入袋式除塵器凈化；經(jīng)引風(fēng)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(chǎn)物儲倉；由卸料裝置裝包運輸出廠。高爐熱風(fēng)爐煙氣治理工藝流程見圖1。

圖1 高爐熱風(fēng)爐煙氣治理工藝流程圖

1.1 煙氣治理工藝介質(zhì)流向

1.1.1 煙氣主路

熱風(fēng)爐煙氣→SCR 脫硝→換熱器→SDS脫硫→袋式除塵器→引風(fēng)機→煙囪。

1.1.2 安全檢修旁路

熱風(fēng)爐煙氣→電動閥門→煙囪。

1.1.3 噴煤工序引用煙氣

自引風(fēng)機至煙囪在線監(jiān)測設(shè)備前，引氣至噴煤工序使用。

1.1.4 尿素?zé)峤庵苽浒睔?/p>

袋裝尿素→斗提機→溶解罐→溶液儲存罐→熱解爐→AIG →脫硝反應(yīng)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(fēng)機→脫硫反應(yīng)器→袋式除塵器。

1.2 SCR 煙氣脫硝

熱風(fēng)爐燃燒后的廢煙氣進入裝有中溫催化劑的脫硝反應(yīng)器，脫硝反應(yīng)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?jǐn)?shù)＜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(fā)生還原反應(yīng)，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(fēng)爐煙氣中的氮氧化物主要由約NO 和NO2組成，SCR 脫硝反應(yīng)見式（1）、式（2）。

安鋼高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硝以尿素?zé)峤夤に囍苽浒睔庾鳛檫€原劑。尿素?zé)峤庵苽涔に囅到y(tǒng)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?zé)峤鉅t、稀釋風(fēng)機和電加熱器等裝置。稀釋風(fēng)機自脫硝反應(yīng)器后取煙氣，經(jīng)電加熱器升溫后入熱解爐；尿素顆粒溶解后由輸送泵經(jīng)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(fēng)混合后送入噴氨格柵與煙氣充分融合，經(jīng)催化還原反應(yīng)生成無害化的氮氣和水蒸汽。尿素?zé)峤庵苽浒睔夤に嚵鞒虉D見圖2。尿素?zé)峤庵饕磻?yīng)見式（3）、式（4）。

圖2 尿素?zé)峤夤に嚵鞒虉D

1.3 SDS 煙氣脫硫

高爐熱風(fēng)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(fēng)機經(jīng)專用噴頭均勻噴入脫硫煙道內(nèi)。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?zé)煔獾淖饔孟路纸鉃镹a2CO3和CO2，活性強的 Na2CO3與煙氣中的 SO2及其他酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進入高效袋式除塵器脫塵后經(jīng)引風(fēng)機返回?zé)焽枧欧?。袋式除塵器收集的脫硫除塵灰通過氣力輸灰系統(tǒng)匯集，由噸包機裝包運輸出廠。SDS 煙氣脫硫主要化學(xué)反應(yīng)見式（5）、式（6）。

2 系統(tǒng)設(shè)計、運行主要參數(shù)

2.1 脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)

SCR 脫硝反應(yīng)器按“2+1”模式布置，安裝2 層催化劑，預(yù)留1 層同規(guī)格催化劑完整空間；體積空速4500h-1，催化劑孔內(nèi)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(gòu)成，催化劑元件選用25（150mm×150mm）孔，化學(xué)壽命設(shè)計24000h。在催化劑側(cè)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(tǒng)設(shè)計參數(shù)

碳酸氫鈉研磨機是SDS 脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，選用OFFICINA 2000 公司的2K 系列小蘇打研磨系統(tǒng)。脫硫噴射段采用文丘里管設(shè)計，入口流速20m/s,喉管流速40m/s。袋式除塵采用冶金行業(yè)常規(guī)分室離線低壓脈沖反吹長袋除塵器，設(shè)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(shè)計；小蘇打拆包及除塵灰裝包均采用半自動或自動設(shè)備。

2.3 系統(tǒng)運行參數(shù)

2.3.1 脫硝系統(tǒng)運行參數(shù)

脫硝系統(tǒng)主要運行參數(shù)見表1。

表1 脫硝系統(tǒng)主要運行參數(shù)

2.3.2 脫硫除塵系統(tǒng)運行參數(shù)

脫硫除塵系統(tǒng)主要運行參數(shù)見表2。

表2 脫硫除塵系統(tǒng)主要運行參數(shù)

2.3.3 熱風(fēng)爐煙氣治理實際排放指標(biāo)

熱風(fēng)爐煙氣治理實際排放指標(biāo)見表3。

表3 熱風(fēng)爐煙氣治理實際排放指標(biāo)

3 運行效果

安鋼高爐熱風(fēng)爐煙氣治理項目自 2022 年4 月底建成投運以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，煙氣凈化后的排放指標(biāo)優(yōu)于DB41/1954-2020中規(guī)定的排放限值要求（系統(tǒng)實際排放指標(biāo)見表3）。治理前，高爐熱風(fēng)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(tǒng)技術(shù)特點及實踐經(jīng)驗

4.1 能夠充分利用熱風(fēng)爐煙氣中的熱量

根據(jù)熱風(fēng)爐排放煙氣溫度260～320℃的特點，先進行脫硝反應(yīng)，再進行換熱降溫；換下來的熱量預(yù)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(yīng)溫度范圍；袋式除塵器優(yōu)化保溫后，溫降約5～8℃，引風(fēng)機后經(jīng)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(yīng)迅速

脫硝采用尿素?zé)峤獍睔庵苽?，具有調(diào)節(jié)方便、迅速調(diào)節(jié)氨/氮摩爾比，可充分利用SCR 高脫硝效率的特點以應(yīng)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(shè)備結(jié)晶和腐蝕。SDS脫硫具有反應(yīng)迅速、脫硫效率高、綜合成本低的優(yōu)點。

4.3 實踐經(jīng)驗

脫硝系統(tǒng)需設(shè)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(tǒng)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(guī)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(yīng)時間、碳酸氫鈉噴射混合裝置，對脫硫劑的反應(yīng)效率影響較大；若脫硫效率較低，將對除塵濾料使用壽命產(chǎn)生直接影響。全系統(tǒng)設(shè)備設(shè)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(jié)語

SCR 脫硝聯(lián)合SDS 脫硫工藝在高爐熱風(fēng)爐煙氣治理的成功應(yīng)用，為熱風(fēng)爐煙氣治理提供了寶貴的經(jīng)驗，值得進一步推廣應(yīng)用。