脱硫脱硝技术的创新及应用.pdf

METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.242冶金信息导刊生产实践Production Practice脱硫脱硝技术的创新及应用刘 洋（河钢集团大河环科宣化分公司 宣化 075100）摘要：对企业原脱硫脱硝工艺生产现状、不足进行了说明，通过研究创新性地在生产过程中加入液碱去除残留的氮氧化物和二氧化硫。新技术的实施稳定了生产，并产生了不错的经济效益，达到完善、弥补工艺缺陷的目的，对该新技术的应用情况进行说明阐述。关键词：脱硫脱硝；液碱；创新；应用INNOVATION AND APPLICATION OF DESULFURIZATION AND DENITRIFICATION TECHNOLOGYLiu Yang（Dahe Environmental Science and Technology Xuanhua Branch of HBIS Group Xuanhua 075100,China)Abstract：This article explains the current situation and shortcomings of the original desulfurization and denitrification process in enterprises,and innovatively adds liquid alkali to remove residual nitrogen oxides and sulfur dioxide during the production process.The implementation of new technology has stabilized production and generated good economic benefits,achieving the goal of improving and compensating for process defects.The application of this new technology is explained.Key words：desulfurization and denitrification;liquid alkali;innovate;application0 前 言烧结工序是钢铁企业气态污染物排放最为严重的工序1。烧结烟气治理是我国钢铁行业超低排放需彻底解决的重大课题之一。总结烧结烟气各治理工艺的优劣势、分析不同工艺反应原理，设计符合产线生产需要的治理工艺路线非常重要，更为重要的是在生产实践当中创新性地使用新的治理工艺弥补之前的工艺缺陷，优化技术方案，解决实际问题2。宣钢 2 号、3 号烧结机烟气治理脱硫脱硝工艺，采用河北省 DB 13/2169-2018钢铁工业大气污染物超低排放标准排放标准，排放要求氮氧化物 50 mg/m3，二氧化硫 35 mg/m3。但在实际生产运行过程中，出口排放数据时常超标，2 号、3 号烧结机烟气出口二氧化硫数据一直处于国家排放限值临界点，氮氧化物数据瞬时超标、小时均值超标时有发生，同时系统设备运行功率达到满负荷，臭氧和脱硫剂饱和状态供给，工艺调控已经没有空间余量，严重制约生产稳定运行。为保证氮氧化物、二氧化硫出口数据达标排放，生产稳定顺行，有必要对目前脱硫脱硝方法进行优化，达到提质增效的目的。1 脱硫脱硝技术的创新1.1 脱硫脱硝工艺生产现状宣钢 2 号、3 号烧结机烟气治理采用臭氧氧化法脱硝、石灰石-石膏法脱硫，先脱硝后脱硫。臭氧脱硝在反应器中发生，氮氧化物脱除采用臭氧喷射氧化反应，设计氮氧化物处理量最大值作者：刘洋，男，42 岁，工程师收稿日期：2024-03-14METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.243冶金信息导刊生产实践Production Practice200 mg/m3、臭 氧 机 功 率 750 kW、臭 氧 发 生 量100 kg，该技术工艺投产后氮氧化物出口指标瞬时值经常处于 50 mg/m3（5）的临界点，数据轻微波动即超出标准（见表 1）。烟气脱硫在脱硫塔反应，原有设备为双塔串联，一级塔配备三台循环泵喷淋，二级塔配备三台循环泵喷淋，因烟气入口阻力影响，脱硫塔喷淋效果受限无提升能力，脱硫过程中塔内浆液密度始终保持高密度和高 pH 值运行，出口二氧化硫数据出现瞬间超标及波动大时调整较困难。表 1 技术创新前出口数据指标情况时间SO2/（mgm-3）NOx/（mgm-3）8 月 17 日16.344.98 月 18 日19.547.68 月 19 日20.144.68 月 20 日22.545.18 月 21 日18.647.88 月 22 日14.249.58 月 23 日21.641.28 月 24 日26.144.68 月 25 日30.342.41.2 脱硫脱硝工艺创新经过查阅相关资料、实验室模拟和技术论证，决定在原有设备和工艺基础上，根据氮氧化物和二氧化硫反应特性和含量，结合目前工艺对烟气成分含量脱除效果，采用在原脱硫二级塔内新增喷射氢氧化钠（液碱）药剂的方法去除多余的氮氧化物和二氧化硫。该技术利用氢氧化钠在合适温度区间内与 NO2进行接触还原反应，使残留的少量氮氧化物在原有设施工艺调整下具备最佳的反应条件实现氮氧化物的充分还原，快速降低氮氧化物含量；通过添加氢氧化钠去除 SO3成分的气溶胶，实现二氧化硫的脱出效果。达到出口烟气超低排放要求，可提升烧结烟气量，为增加烧结产量创造条件。1.3 新技术反应原理本项目是通过氢氧化钠在二级洗涤塔内与残留物质反应，去除残留 NOx的含量和 SO3成分的气溶胶，实现脱除效果。在水分子和氧原子的作用下，脱硝反应步骤如下：2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NOHNO3+NaOH=NaNO3+H2ONO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O脱硫反应步骤如下：SO3+2NaOH=Na2SO3+H2ONaOH+SO3=NaHSO42 脱硫脱硝新技术的应用2.1 现场设备利旧和改造1）制作安装 4 m6 m 液碱罐一个（利旧），安装循环泵一台（利旧），敷设DN 100 mm管路15 m。2）罐顶安装固定氢氧化钠加药装置（备用）。3）安装液碱输送泵及管路（利旧）。4）液碱管路与二级塔联通。5）通过泵体将 30%浓度的液碱打入洗涤塔，（洗涤塔是原二级脱硫塔）。6）将打入洗涤塔的液碱与清水混合形成 0.3%的混合液碱，pH 值控制在 7 9 之间。7）二级塔内通过原循环泵进行循环喷淋，将未达标的烟气进行再次反应和洗涤，达到脱除残留SO2和 NOx目的。新工艺流程如图 1 所示。图 1 新工艺流程示意2.2 新技术工艺参数1）配加液碱的方式。采购工业级浓度 30%的液碱（NaOH），经工业水稀释为 20%浓度后，用输送装置配加到喷淋塔内，与臭氧系统未脱除的氮氧化物进行二次吸收反应并去除残留的 SO3成分气溶胶，达到深度脱硝脱硫目的。2）技术参数确定。30%液碱一级塔 二级塔 泵 泵 液碱罐0.3%混合液洗涤METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.244冶金信息导刊生产实践Production Practice烧结烟气通过烟道进入臭氧氧化反应区，反应后的残留烟气（含氮氧化物100 mg/m3）进入吸收塔，通过氧化风机鼓氧到试验数据风量 3 000 m3/h 时，使 NO 尽量转化为 NO2，氧化度在 30%50%范围内，吸收率随氧化度的上升而迅速上升，氧化度在 50%左右时，吸收率达到最大，以后随氧化度的上升吸收率开始略有下降。氧化后的烟气进入二级塔进行液碱喷淋，此过程要求浆液温度在 70 区间，温度过高时阻碍NO2的转换，过低时容易阻碍氢氧化钠对氮氧化物的吸收，通过试验调整后设定最佳温度在702，为最佳吸收温度。图 2 浆液温度和氧化风量对应模型配加不同浓度的 NaOH 溶液比较吸收率，直观的可以发现三种浓度的吸收率大致相近，20%的NaOH 溶液有一个最高的而且稳定的吸收率，吸收率随液碱浓度的增加而有所下降，在 10%30%范围内吸收率没有一个明确的随浓度变化而相关变化的规律。理论分析得知其主要原因是：当浓度达到一定程度后，NaOH 溶液对氮氧化物的吸收己经是一个快速不可逆反应，在液膜内只有一个反应面，NO2和液碱不能共存,如果再增加 NaOH 溶液浓度，对氮氧化物吸收率的影响已经不大，因为它已经不能增加其化学反应速度，但浓度增高却可以增加液膜阻力、降低气体的溶解度和扩散系数，甚至在生成 NaNO2的过程中会有结晶现象出现。通过不断调整最终设定液碱浓度在 20%含量，喷淋液 PH值在 8.5 9 时为最佳反应区间。充分利用氢氧化钠溶液在二级洗涤塔内的合理浓度配比，合理调控喷射时长、浆液温度、PH 值、氧化风机风量，既保证硫化物和氮氧化物的有效脱除，又不影响脱硫石膏成形工艺。2.3 新技术实施效果项目实施后，脱硫工艺过程平稳，脱硫剂用量降低（159 t/d)，臭氧功率比原工况降低 24%，出口烟气指标二氧化硫接近最小值，氮氧化物低于中间值，出口数据指标达到国家超低排放标准（见表2），出口硫 2 mg/m3，出口 NOx 25 mg/m3，一级塔原 pH 值降到 5.5 以下，密度由原 1.15 t/m3以上降到 1.12 t/m3，臭氧功率由原满负荷 720 kW 降到 550 kW，烧结机生产料批由 580 t 提升到 630 t，提高了生产效率，效果显著。表 2 技术创新后出口数据指标情况运行时间SO2/（mgm-3）NOx/（mgm-3）12 月 01 日0.221.712 月 03 日0.827.112 月 05 日0.921.212 月 07 日1.222.512 月 10 日1.526.812 月 15 日0.625.22.4 关键技术及创新点经与国内同行及环保技术公司交流总结，该技术投资小，省时省地，见效快，在烧结机和球团烟气脱硫脱硝领域中，对于氢氧化钠的使用尚属首例，关键核心是使用氢氧化钠会影响脱硫石膏成形，本项目通过长时间跟踪生产工艺数据，摸索氢氧化钠的小时剂量为 125 kg，配比浓度按 20%与脱硫塔内反应液混合比 3%进行调配，循环与烟气接触去除氮氧化物和二氧化硫，最终攻克难关，不仅降低10090807060504030201001 000 m3 1 500 m3 2 000 m3 2 500 m3 3 000 m360；70 图 3 NaOH 浓度变化与氮氧化物吸收率对应模型10%浓度；20%浓度 2；30%浓度 312010080604020010 min20 min30 min40 min50 min60 min70 min80 min90 min100 min（下转第 61 页）METALLURGICAL INFORMATION REVIEW 2024.261冶金信息导刊工程装备Engineering Equipment检测开关中，两个是正常工作检测开关，其余三个都属于保护性检测开关，可有效防止炉门位置偏差引起的设备损坏；现场情况可有效传送至操作界面，通过界面能够对现场进行了解和掌控；通过优化程序控制，可有效防止误操作引起的二次设备损坏。工业炉炉门光电开关、执行机构的配合方式优化后，不仅使现场设备运行状况一目了然，而且使设备故障率大幅降低，减少了设备维护成本和设备故障时间，保障了生产节奏连贯顺行。3）保护性气氛循环利用中，所需动力少，更多采用利用气体在不同温度下产生的压强差做动力，且采用该方法，能够有效减少保护性气体使用量、能增加工业炉热效率，使能量更多的转化为有效能量和有效降低能源消耗，减少排往大气的废气量，符合创建环保节约型社会的要求。图 3 保护性气体在回收利用流程3 结 论本文介绍的工业炉实现智能安全环保生产的应用与实践方法，已应用到生产实践中，近年来为产线高质量发展做出了一定贡献，为轧钢系统安全稳定运行提供了基础保障，在增产增效中发挥了不可替代的作用，具有全行业推广应用的价值。参考文献1 李岳良,陈佳文.工艺加热炉技术现状与发展研究 J.中国工程咨询,2021(3):79-83.2 寄玉玉,徐凡.工业厂房燃气管网设计要点探讨 J.上海煤气,2021(4):17-19，22.3 魏小林,黄俊钦,李森,等.工业炉窑燃烧过程中节能减排问题的研究进展与发展方向 J.热科学与技术,2021,20(1):1-13.4 叶贵，王妍，任梦雪，等.体力疲劳对建筑工人不安全行为的影响效应研究 J.中国安全生产科学技术，2023（1）:123.5 刘彩利.基于数据挖掘技术的工业炉运行优化方法研究 J.工业加热,2022,51(8):64-67.6 张铁柱,周鸽成.燃气加热在钢铁行业的应用 J.冶金自动化,2023,47(S1):202-205.7 刘永龙,谢爱平,鲁伟,等.气氛分析技术在工业炉中的应用实践 J.宽厚板,2021,27(5):25-29.8 张者一,孙树范,岳彦伟.工业炉烟气物理热与燃烧化学热的比价 J.工业炉,2012,34(5):35-38.9 张宇，郑启蒙，连利伟，等.包钢加热炉性能监测研究 J.能源与环境,2013(1):29，31.了排放指标而且确保了脱硫石膏成形，不影响原脱硫脱硝生产工艺。2.5 新技术投用生产效益实施后通过核算：液碱每天消耗 6 t，单价 1 300 元/t，1 3006=7 800 元；节约脱硫剂 23 t/d，单价 210 元/t，3210=4 830 元/d；节约电耗 615 kW/h，单价 0.61 元，615240.61=9 003.6 元/d。单 套 设 备 每 天 降 耗 9 003.6+4 830-7 800=6 033.6 元/d，每月降耗 6 033.630=181 008 元；两套设备共计降费：181 0082=362 016 元，则每月可降耗 36.2 万元，每年降耗 36.2 万元 12 个月=434.4 万元，成本效益可观。3 结 语钢铁行业是重工业产业，近年来，中国钢铁工业以高端化、智能化、绿色化为目标，加快转型升级，高质量发展之路越走越快3。钢铁行业的发展与进步，与环境保护和环境治理密不可分，环境治理技术的完善和创新又能推动产能产线的升级和发展，利用好新技术、应用好新技术，不仅为产线稳定生产创造条件，还能实现挖潜增效目的，为企业的节约化、绿色化、可持续发展奠定坚实基础。参考文献1 黄玉鸿.烧结烟气脱硫脱硝超低排放改造工艺路线探讨 J.环境工程.2023,S1：387-389.2 李林.烧结烟气错流式活性焦脱硫脱硝技术特征与工程实践C/第十四届中国钢铁年会论文集-12.冶金环保与资源利用.2023：50-58.3 孟凡君.加快转型升级 钢铁行业高质量发展之路越走越快N.中国工业报,2023-12-22（1）.（上接第 44 页）冷却介质可利用介质废气收集装置热交换器一级冷却二级冷却压缩过滤器常温气体工业炉