烧结球团烟气超净化治理中烟囱出口全天候无烟羽的应用研究.pdf

工艺技术 2023 年 第 4 期 化纤与纺织技术48文章编号：1672-500X（2023）04-0048-03熊 军，黎柳升，黄伟益，黄漫漫广西钢铁集团有限公司，广西 防城港 538000摘要：文章从球团烟气特点与危害出发，以湿法脱硫脱硝（氨法脱硫+SCR 脱硝）技术治理广钢 400 万吨/年球团烟气为实例，介绍氨法脱硫+SCR 脱硝技术的设计原理、工艺流程，重点全方面研究与分析运行期间烟囱出口冒白烟的实际问题，提出可行的优化控制措施，使烟气既能达到超净化排放标准，又能实现全天候无烟羽的效果。关键词：氨法脱硫；SCR 脱硝；超净化；无烟羽；二次污染；氨逃逸分类号：X757球团矿的生产过程是将焦煤粉、铁矿粉、溶剂等材料按照一定配比混合并充分搅拌，再经过烧结从而形成炼铁熟料的小圆球。球团烟气的一个重要特征是较一般烟气的含湿量大，露点温度相对较高。为了将烧结混合料的透气性进一步提高，化工行业惯用的方法是在混合料烧结之前，向体系中锅炉或者反应釜加入一定量的水，便于制成小球1。该操作可以提升混合料的透气性，但是会导致球团烟气的含湿量增大。同时，具有强烈腐蚀性是球团烟气的另一个典型特征，在烧结矿料过程中使用焦炉煤气，会生成大量有毒有害气体，如 NOX、SO2等，这些气体被排放到空气中，会对人体和环境造成严重威胁。在绿色可持续发展观理念的指导下，钢铁企业如何在高效处理生产球团矿的有害烟气的同时使烟气外排烟囱无烟羽成为当前首要问题，这也是企业可持续科学发展的必经之路。文中主要介绍了单塔氨法脱硫+SCR 脱硝技术治理广钢 400 万吨球团烟气的方法，其既能达到超净化排放，又能实现全天候无烟羽的效果。1 工艺流程球团机头烟气在主抽风机作用下首先进入水媒式换热器（MGGH）降温段侧降温，然后进入脱硫塔进行降温、脱硫和洗涤除尘，之后烟气进入 MGGH 升温段升温后进入脱硝系统。从脱硫系统过来的烟气经过MGGH 升温后，其温度一般在 85 95，但也未达到脱硝反应温度。因此，为进一步提高烟温，脱硝系统在烟道内配置了补燃装置，在烟道内部配置多个燃烧器，通过燃烧焦炉煤气直接加热烟气升高温度。同时，在节约能耗和保护脱硝下游设备设施的要求下，系统还配置有回转式烟气换热器（SCR-GGH），利用 SCR-GGH 实现低温原烟气和高净烟气之间的热交换。脱硫系统过来的烟气经 SCR-GGH 原烟侧和补燃系统升温后再通过喷氨格栅与氨水汽化器喷射出雾化状的氨水混合，沿着脱硝烟道继续进入 SCR 反应室中，在反应室中的催化剂作用下，促使 NOX与氨水发生催化还原反应，经脱硝后的净烟气沿着烟道进入 GGH 换热器净烟侧降温，最后在增压风机作用下进入烟囱外排。具体的工艺流程如图 1 所示。主抽风机增压风机喷氨格栅SCR 室补燃室吸收塔烟囱图 1 广西钢铁 400 万吨/年球团烟气治理系统工艺流程图2 湿法脱硫脱硝技术处理中烟囱冒烟的原因目前，国内一些钢铁企业采取湿法脱硫脱硝技术处理烧结烟气和球团烟气，使其达到国家排放标准。作者简介：熊军，男，本科，助理工程师，研究方向为烟气环保治理。烧结球团烟气超净化治理中烟囱出口全天候无烟羽的应用研究化纤与纺织技术 第 52 卷 2023 年 4 月 工艺技术49烟囱冒白烟，其主要成分是水蒸汽，是经过脱硫脱硝处理后的干净烟气，排放浓度达到国家标准。其产生的主要原因是高温原烟气在接触脱硫塔内液体时被增湿冷却，液体中的水分被吸收气化，导致烟气中的水蒸汽总量增加，随着脱硫过程的进行，烟气温度逐渐降低，使烟气携带蒸汽的能力降低，烟气达到饱和时，水蒸汽重量超出了烟气的携带能力，就会有大量水蒸汽凝结为小水滴，形成湿烟气，湿烟气排放形成白烟。次要原因是脱硫时加氨过多，造成氨大量逃逸，与湿烟气中 SO2形成亚硫酸铵盐，排放形成白烟。下文将详细叙述氨法脱硫+SCR 脱硝技术治理广钢 400 万吨/年球团烟气烟囱冒白烟的具体优化措施。3 烟气超净化治理中烟囱出口全天候无烟羽的优化控制措施3.1 烟气排放温度控制通过在吸收塔各系统中设置相关配套冷凝系统，能够可以有效降低浆液温度，在喷淋烟气时能进一步降低烟温，保证硫塔出口烟气温度符合设计要求。同时，在相关烟道上增加烟气冷凝系统，既可以更加彻底地降低饱和烟气含水量，又能达到脱硫塔出口烟气除尘效果，降低颗粒物浓度，使其达到国家最新超净化排放标准。通过上述技术，保证脱硫系统 311 月脱硫塔出口烟气温度不高于设计温度，122 月脱硫塔出口烟气温度不低于设计温度，最大限度地减少了烟气含水量，最后脱硫净烟气再经过脱硝系统后，烟气温度会提高至一定温度，如此可以做到外排烟囱全天候不会冒白烟。3.2 反应条件控制氨法脱硫技术是气-液两相酸碱中和反应，如何提高 SO2的吸收效率是目前最核心的问题。该脱硫系统通过以下措施控制反应条件。首先，增加吸收塔内气液比和减缓烟气流速，这使得气相和液相的传质系数大大提高，通过实验调整气液比，得出最佳结果；其次，随着烟气温度的降低，吸收 SO2气液平衡过程中的 SO2平衡分压随之降低，会使 SO2的吸收更加充分，通过实验可以控制烟温，得出最佳烟温；最后，SO2溶解度随着温度的升高、pH 值的降低而降低，可以控制反应条件溶液 pH 值和温度，防止溶液温度过高导致吸收后的亚硫酸铵受热分解。通过上述三种措施，可保证脱硫排放烟气达到国家最新超净化排放（SO235 mg/m3）。3.3 氨逃逸控制由于氨水的挥发性强，特别是在高温条件下会大量挥发，造成大量氨逃逸，严重影响脱硫效率且增加运行成本，同时极易形成气溶胶，导致烟囱冒白烟。因此，减少氨逃逸就是控制好其挥发量，而影响其挥发量的主要因素是氨水浓度、烟气温度、气体均布等。广钢氨法脱硫脱硝采取以下措施控制氨逃逸，其一，考虑到气相和液相的传质系数，可选用 20%左右浓度的氨水，这样有效减少氨逃逸；其二，严格控制好烟气反应温度，防止生成的(NH4)2SO3受热分解产生大量的 NH3和 SO2，影响脱硫效率；其三，在设计初期，通过 3D 建模模拟烟气在吸收塔的流场，找到最佳的气流均布的参数，严格按照实验数据设计施工，防止气流影响脱硫效率而造成氨大量逃逸；其四，对脱硝氨水流量进行控制，确保脱硝后的 NOX浓度（50 mg/m3）符合国家超低排放标准。但不能过量加氨，过量加氨会导致氨逃逸增加，形成硫酸氢氨堵塞反应器，因此在喷氨水时要控制氨逃逸 2.28 mg/m3。3.4 提高浆液氧化率氨水通过吸收泵喷入吸收塔脱硫球团烟气时，因烟气中含氧量不足而生成亚硫酸铵，不能及时氧化成硫酸铵，而导致浆液中的亚硫酸铵受热易分解生成大量的 NH3和 SO2，而硫酸铵受热不易分解，提高浆液的氧化率就显得尤为重要。该脱硫系统通过以下措施提高浆液氧化率。其一，通过吸收塔外配置 1 台大型氧化风机，强制鼓吹空气进入吸收塔浆液中，保证浆液中有足够的氧气氧化亚硫酸铵，生成不易分解的硫酸铵；其二，外置 1 个专用的氧化罐，将吸收塔中的浆液进行中转，氧化罐中再配置 1 台大型氧化风机，强制鼓吹空气进入氧化罐浆液中。通过以上两种措施，可以使浆液中的氧化率提高到 99.5%，基本上解决了因氧气不足而产生大量亚硫酸铵的问题。4 应用效果参照国家对于钢铁行业最新烟气排放标准的规定，球团烟气 SO2 35 mg/m3，NOX 50 mg/m3，而通过上述表格数据分析，利用氨法+SCR 脱硝技术对球团烟气进行专门处理之后，效果十分显著。在入口，SO2浓度 1 200 mg/m3，NOX浓度 600 mg/m3，能保证平均出口 SO2 30 mg/m3，NOX浓度 40 mg/m3，是优于国家超低排放相关标准的。这说明采用氨法+SCR脱硝技术来处理球团烟气达到超净化排放是完全可行 工艺技术 2023 年 第 4 期 化纤与纺织技术50的。应用效果如表 1 所示。4.1 脱硫率高，具备一定脱硝效果氨法脱硫技术吸收 SO2的是氨水，通过采用先进的高效云动力技术，实现塔内云动力场再造，延长烟气中 SO2和脱硫液的反应时间，克服了常规喷淋塔中的烟气逃逸问题，增大了烟气中 SO2与脱硫剂的反应概率，提高了烟气降温效率。因其属于气-气和气-液相反应，反应时间快，脱硫效率高，优于国家超低排放标准；同时，在吸收 SO2过程中的 NH3还会与烟气中的 NOX发生氧化还原反应，生成 N2和 H2O，其具备一定脱硝效果。4.2 系统不易堵塞，烟气含尘少，可以长期稳定运行氨法脱硫属于气-气和气-液相反应，反应时间快，其吸收剂和反应产物都是易溶于水的物质，形成的溶液只是含有烟气中微少粉尘。同时，吸收塔集浓缩、吸收、多级水洗净化、除雾于一体，对脱硫后的烟气进行多次洗涤，将常规脱硫系统的烟气浆液夹带转换成水夹带，降低脱硫后烟气中颗粒物浓度，能够很好地洗涤烟气中的粉尘，使其粉尘含量远低于 10 mg/Nm3。因此，吸收塔不易结垢堵塞，运行维护相对简单。脱硫净烟气经过 SCR 反应器后，排烟温度降低，其 250 330 的温区位于反应器常规设计的冷段层上方和中间层下方，由于硫酸氢铵（NH4HSO4）在此温区处于结晶转变阶段，同时达到 350 后会分解，是一种黏性状态，具有极强的吸附性，呈颗粒状附着于催化剂表面，且硬度较高不易脱落，会吸附大量粉尘沉降在反应器中，造成催化剂堵塞和阻力上升等问题，影响脱硝系统的运行效率。但是，达到 350 后会具有分解特性2。因此，脱硝系统在选型上采用的是中宽温度，催化剂反应温度为 270 427，通过定期将脱硝反应温度提高，就可以有效地减少硫酸氢铵结晶吸附烟气粉尘而造成系统堵塞的现象。4.3 绿色环保，不产生二次污染，运行成本低氨法脱硫的吸收剂是焦化废氨水，其使用成本低，通过以废治废的方法，整个系统无废气、废渣、废水的产生，不会对环境产生二次污染3。并且，脱硫后产生的硫酸铵是优质的农用化肥和工业原料，销售产生的利润可以抵消一部分成本，在真正意义上实现了以废治废、循环经济的环保理念。同时，SCR 脱硝系统中，因使用金属氧化物催化剂，其脱硝反应温度（270 427）相对于 SNCR 脱硝技术更低，可以减少焦炉煤气用量；针对原烟气中 CO 含量较高现象，脱硝系统采用先进的燃烧系统，可以实现对烟气中 CO的再利用，极大地降低能耗水平，大大节约运行成本。5 结束语广钢氨法脱硫+SCR 脱硝治理烧结球团烟气超净化技术集浓缩降温、吸收脱硫、水洗净化、SCR 技术于一体，在通过一系列生产操作控制后，可以保证脱硫脱硝后的烟气完全满足国家最新的超净排放标准（SO235 mg/m3，NOX 50 mg/m3，颗 粒 物 10 mg/m3），同时能保证烟囱全天候无烟羽的效果。因此，其技术应用可以给钢铁行业中烧结、球团烟气的治理提供参考意义。参考文献1 张鑫,张金成,丁勇山.烧结烟气双加热中低温SCR脱硝技术分析研究J.冶金动力,2021(4):94-97,101.2 王伟,郑茗友,赵文杰,等.燃煤机组烟气脱硫系统供浆控制策略研究与应用J.华北电力大学学报(自然科学版),2021,48(6):113-118,126.3 唐照勇,瞿尚君,邵志超,等.阳极炉烟气洁净化治理技术应用实践J.硫酸工业,2017(8):55-58.表 1 外排烟囱烟气污染物浓度数据表 单位：mg/m3检测次数脱硫前 SO2浓度脱硫后 SO2浓度脱硫效率脱硝前 NOX浓度脱硝后 NOX浓度脱硝效率粉尘第 1 次1 2032498.00%6242695.83%2.1第 2 次1 1971698.66%6753095.55%1.8第 3 次1 2281898.53%6952496.54%1.7第 4 次1 2331798.62%6172296.43%1.5第 5 次1 2452398.15%6532995.55%2.1第 6 次1 2511798.64%6813495.30%1.6第 7 次1 2832198.94%6413295.00%2.0第 8 次1 2131598.76%6493295.06%1.9