河鋼唐鋼球團煙氣“超超低”排放工藝技術(shù)實踐

摘要：河鋼唐鋼新建2臺480萬噸/年帶式焙燒球團機，采用先進、成熟、可靠的循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)，按照“超超低”排放指標進行組織建設(shè)，項目實施后各項指標均達到了預期目標。該項技術(shù)在球團工藝的應用實踐證明該項技術(shù)具有行業(yè)推廣價值。

關(guān)鍵詞：球團；煙氣；超超低；SCR脫硝

0 引言

我國鋼鐵行業(yè)排放的污染物僅次于火電行業(yè)，球團煙氣中含有SO2、NOx、粉塵、重金屬及二噁英等污染物，煙氣成分復雜，治理難度大，鋼鐵行業(yè)的煙氣超凈治理成為繼火電行業(yè)之后的又一個主戰(zhàn)場，環(huán)保形勢嚴峻。河北省鋼廠密度世界最大，鋼鐵生產(chǎn)排放的煙氣污染物總量大，加上地處京津冀核心區(qū)，環(huán)保敏感度高。為此，2019年3月，唐山市提出了比國家鋼鐵超低排放更為嚴格的指標要求，即NOX＜30 mg/m3、SO2＜20 mg/m3、顆粒物＜5 mg/m3，也稱“唐山限值”或稱“超超低排放”。

河鋼唐鋼樂亭基地是河鋼集團執(zhí)行省市兩級政府要求的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移、退城搬遷項目，樂亭鋼鐵引入智能化、綠色化工廠的設(shè)計理念，以環(huán)保推動產(chǎn)業(yè)改革為己任，應用國內(nèi)外先進成熟的節(jié)能減排新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，構(gòu)建高效節(jié)能、綠色環(huán)保的智能化工廠，力爭成為鋼鐵行業(yè)環(huán)保龍頭企業(yè)。

河鋼樂亭基地新建2臺480萬噸/年帶式焙燒球團機，采用先進、成熟、可靠的循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)，按照“超超低”排放指標進行組織建設(shè)。

1 球團煙氣特點

與火電鍋爐煙氣相比，鋼鐵球團煙氣是將置于臺車上的各種粉狀含鐵原料，燃料和溶劑點火融化，高溫焙燒成型過程中所產(chǎn)生的含有多種污染物成分的氣體，具體以下特點：

1）煙氣量大，且隨著運行工況的調(diào)整存在一定的波動性。

2）煙氣溫度較高，一般在120～180℃左右。

3）經(jīng)機頭電除塵器處理后，粉塵濃度約

50 mg/Nm3，粉塵主要由金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)等組成.

4）原煙氣中初始SO2濃度差異較大，受球團礦成分的影響，采用進口礦的球團煙氣中SO2濃度一般為500～1300 mg/Nm3。

5）原煙氣中初始NOx濃度約為400 mg/Nm3，為了保證NOx超超低排放，脫硝率要求高達92.5%以上。

6）煙氣成分復雜，含有多組分的腐蝕性和有毒氣體污染物，根據(jù)不同的礦源，含有一定量的氯化氫（HCl）、硫氧化物（SOX）、氮氧化物（NOX）和微量的重金屬等，另外含有一定量的二噁英劇毒污染物。

7）球團煙氣含濕度大，可達8～13%，且含氧量高，可達17～19%。

由于球團煙氣的以上特點，目前在電廠等領(lǐng)域使用的煙氣超凈治理工藝（如濕法脫硫）難以適應球團煙氣的工藝特點，必須針對其自身的特點，進行綜合考慮，選擇適合球團的煙氣治理超凈工藝。

2 球團煙氣實現(xiàn)“超超低”排放工藝技術(shù)的選擇分析

目前工業(yè)化應用的脫硫脫硝工藝種類較多，一般按照脫硫副產(chǎn)物的分類，將脫硫工藝分為濕法脫硫、半/干法脫硫工藝。

濕法脫硫工藝其脫硫效率高，最早在市場上推廣，但其存在嚴重的腐蝕問題，會產(chǎn)生脫硫二次廢水，煙囪白煙/藍煙現(xiàn)象嚴重，且無法高效脫除SO3、二噁英及鉛、汞等重金屬物質(zhì)，粉塵排放超標等。故，此工藝無法有效耦合SCR脫硝工藝，容易導致后續(xù)SCR脫硝催化劑堵塞、失活等問題，濕法脫硫配套SCR脫硝實際運行效果不理想。目前鋼鐵行業(yè)已建濕法脫硫的項目，根據(jù)河北省各地的環(huán)保要求，逐漸在推行“拆濕改干”的改造路線，以滿足當?shù)氐沫h(huán)保要求。

a）循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)

以循環(huán)流化床干法為代表的干法脫硫工藝，具有工藝流程簡單，運行能耗低，運行維護費用及一次性投資費用低，占地面積小等特點，循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)，可長期穩(wěn)定實現(xiàn)常規(guī)硫、硝、塵超超低排放的同時，還具有協(xié)同脫除SO3、HCl、HF、重金屬、PM2.5/PM10可吸入細微顆粒物等多組份煙氣污染物的能力，整個流程無廢水產(chǎn)生，且無需對煙囪進行防腐，煙囪排煙干凈透明。目前循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)已在國內(nèi)得到廣泛成功應用，其中包括河鋼唐鋼2×210 m2、132 m2燒結(jié)機、寶鋼600 m2燒結(jié)機、首鋼京唐2×500 m2燒結(jié)機，首鋼京唐2×400萬噸球團等，是目前公認的最先進的球團煙氣超超低治理技術(shù)。

循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)主要由吸收塔系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、吸收劑制備及供應系統(tǒng)、物料再循環(huán)及外排系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)、脫硫灰?guī)煜到y(tǒng)、SCR脫硝反應系統(tǒng)、GGH換熱系統(tǒng)、煙氣加熱系統(tǒng)、氨水存儲及供應系統(tǒng)、氨水蒸發(fā)及噴氨系統(tǒng)以及電氣、儀表控制系統(tǒng)等組成。

工藝流程：

球團機→機電除塵器→主抽風機→脫硫反應塔→布袋除塵器→GGH換熱器（原煙氣端）→SCR脫硝→GGH換熱器（凈煙氣端）→脫硫脫硝引風機→煙囪排放。

循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)流程圖如下：

從球團機排出的煙氣經(jīng)電除塵器處理后，由主抽風機后的煙道引出，通過煙道先行引入脫硫除塵系統(tǒng)，在干式脫硫反應塔內(nèi)，依靠循環(huán)流化床反應塔中劇烈湍動的高濃度、高效傳質(zhì)傳熱的物料床層，通過噴水降溫至85～100℃，高效協(xié)同脫除SO3、SO2、HCl、HF酸性氣體和重金屬、二噁英等污染物，脫硫后的煙氣再通過后續(xù)的專用低壓旋轉(zhuǎn)脈沖布袋除塵器對粉塵進行深度進化，粉塵排放濃度≤5 mg/Nm3。經(jīng)過脫硫除塵后的煙氣，引入GGH換熱器一端進行一級換熱（剛啟動時，采用燃氣爐加熱），換熱及加熱升溫后煙氣溫度由85～100℃升高至約280℃，280℃的煙氣再進入SCR脫硝系統(tǒng)，與噴入的氨氣混合氣充分混合，通過高效催化劑將氮氧化物還原成氮氣和水進而脫除。經(jīng)過脫硫脫硝除塵處理后的煙氣再進入GGH換熱器另一端進行二級換熱降溫，降溫后的煙氣溫度約110～120℃，通過后續(xù)增設(shè)的動葉可調(diào)軸流式引風機返還回煙囪排放。

b） 循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝技術(shù)特點：

i. 多組分污染物協(xié)同脫除：循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝工藝在滿足硝、硫、塵“30205”超超低排放指標的同時，可高效協(xié)同脫除SO3、鉛、汞等重金屬、HCl、HF、二噁英等多組分污染物。

ii. 實現(xiàn)99%以上長期穩(wěn)定的高脫硫率，保證SO2排放≤20 mg/Nm3。

1）采用煙氣循環(huán)流化床高效雙段反應器結(jié)構(gòu)形式，大大延長了塔內(nèi)堿性吸收劑和煙氣的接觸時間，提高脫除效率；

2）具有高密度、高比表面積、高湍動能的吸收劑物料床層（床層底部高密度區(qū)高達20 kg/m3，塔內(nèi)平均濃度為4 kg/m3），局部鈣硫比達50∶1以上，大大提高了SO2與吸收劑的接觸幾率；

3）循環(huán)流化床干法工藝具有最大的氣固滑落速度差，強化了氣固混合，大大提高了氣固之間的傳質(zhì)、傳熱速率，為高脫硫率提供保證；

4）脫硫反應塔具有大高徑比的特點，反應塔高度大大高于常規(guī)循環(huán)流化床反應塔，煙氣在塔內(nèi)的反應時間更長；

5）塔內(nèi)物料充分返混和再循環(huán)，吸收劑平均在塔內(nèi)的反應時間長達60 s，使得煙氣與脫硫吸收劑實現(xiàn)充分接觸反應。

iii. 粉塵的超凈排放：“流化床凝并造粒+超濾布袋除塵”的組合創(chuàng)新，進一步提升收塵效果，使最終的出口粉塵濃度≤5 mg/Nm3

配套脫硫?qū)Ｓ玫母咝Р即龎m器，煙氣通過循環(huán)流化床吸收塔后，通過改善霧化噴水效果和床層物料的流化形態(tài)，促進塔內(nèi)物料的增濕、團聚、凝并，提高塔內(nèi)的顆粒造粒效果，增大粉塵粒徑，使原本布袋除塵器都難以阻擋的亞微米級顆粒得以高效地被除去。同時，結(jié)合吸收塔出口的恒流速技術(shù)和采用超濾布袋除塵技術(shù)，更保證了這些已絮集的顆粒不易被破壞重新分散，使細粉塵顆粒更有利于被后級布袋除塵器過濾脫除。

另外，布袋采用進口PPS濾料+PTFE表面處理，布袋性能更加可靠。而且在布袋除塵器整體設(shè)計時，通過增大布袋除塵器的收塵面積，將布袋的過濾風速控制在0.65 m/min以下，保證煙氣的粉塵排放濃度低于5 mg/Nm3的超超低排放標準。

iv. NOx的超凈排放：采用成熟的中溫SCR脫硝技術(shù)，可有效保證NOx排放滿足≤30 mg/Nm3的超超低排放指標

采用特殊的整體式SCR反應器結(jié)構(gòu)、斜三角翼式頂部流場、氨氮雙級混合設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，通過國際一流物模和數(shù)模實驗及工程經(jīng)驗，確保最佳流場，氨氮混合更均勻，在氨逃逸低的同時，可高效實現(xiàn)NOx排放濃度≤30 mg/Nm3的指標。

同時，前級的循環(huán)流化床反應器可高效協(xié)同脫除SO2、SO3、鉛等重金屬、HCl、HF、二噁英等多組分污染物，為后續(xù)SCR脫硝反應裝置創(chuàng)造良好的運行環(huán)境，減輕SCR催化劑中毒堵塞的風險，延長催化劑壽命，保障SCR脫硝裝置長時間高效穩(wěn)定運行。

v. 整套系統(tǒng)均無需任何防腐，不會產(chǎn)生廢水二次污染，煙囪排煙透明

循環(huán)流化床干法脫硫工藝可幾乎99%高效脫除SO3、HCl、HF等酸性氣體，煙氣露點大幅度下降，噴入吸收塔的水分得到充分蒸發(fā)，運行反應溫度高于露點溫度以上，整套系統(tǒng)無需防腐處理，可以利用原來煙囪進行排煙，且煙囪排煙透明。同時，整個系統(tǒng)成干態(tài)，不會產(chǎn)生廢水二次污染。

vi. 無廢水產(chǎn)生，脫硫副物為干態(tài)，可綜合利用

循環(huán)流化床干法+中溫SCR脫硝系統(tǒng)為干態(tài)運行，無廢水二次污染，符合文明生產(chǎn)要求。同時，脫硫副產(chǎn)物為干粉態(tài)，可以因地制宜進行制磚、鋪路、裝飾磚、礦渣微粉等綜合利用。

3 項目實施效果

兩臺球團煙氣脫硫脫硝分別于2020年9月、12月投產(chǎn)，煙氣排放量顆粒物月平均值

1.32 mg/Nm3，最大值3.14 mg/Nm3，SO2排放量月平均值4.2 mg/Nm3，最大值17.2 mg/Nm3，NOx排放量月平均值7.8 mg/Nm3，最大值15.32 mg/Nm3。所有排放指標均達到了超低要求。

參考文獻

［1］ 姜濤.燒結(jié)球團生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社

［2］ 許滿興.高爐爐料進步與球團礦發(fā)展［M］.北京：冶金工業(yè)出版社

作者簡介：陳妍（1983-），女，畢業(yè)于河北工業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)，華北理工大學化學工程碩士，從事冶金環(huán)保技術(shù)與管理工作。