燒結(jié)煙氣濕法脫硫配套煙氣脫硝技術(shù)

燒結(jié)煙氣濕法脫硫配套煙氣脫硝技術(shù)摘要查找高效、穩(wěn)定的適合配套燒結(jié)煙氣濕法脫硫的煙氣脫硝技術(shù)是鋼鐵企業(yè)面臨的重大難題之一。通過分析比較，總結(jié)出在濕法脫硫裝置下游增加濕式電除塵器和SCR脫硝裝置的煙氣凈化系統(tǒng)綜合解決方案。通過對煙氣進(jìn)行先脫硫除塵，降低了進(jìn)入脫硝裝置的SO2濃度和粉塵濃度，有效消退了脫硝系統(tǒng)形成硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，保證了脫硝催化劑性能的長期穩(wěn)定。通過設(shè)置煙氣再熱系統(tǒng)，提高了煙囪排煙溫度。經(jīng)過在常州東方特鋼有限公司300m2燒結(jié)煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施及效果驗(yàn)證，此種燒結(jié)煙氣綜合凈化系統(tǒng)用于燒結(jié)煙氣凈化過程中，可以長期穩(wěn)定運(yùn)行，并滿意排放煙氣中污染物濃度SO2不高于35mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))、NOx不高于50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))、粉塵不高于10mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))的超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，此SCR脫硝工藝可以同步脫除二噁英，并且提高排放煙氣溫度，即可以消退排放煙氣白霧或煙囪雨問題。關(guān)鍵詞：燒結(jié)；煙氣；濕法脫硫；煙氣脫硝；煙氣除塵；超低排放1前言隨著我國電力行業(yè)煙氣脫硫、脫硝、除塵工程的全面實(shí)施，燃煤電力行業(yè)煙氣污染已得到了有效掌握，鋼鐵、水泥、工業(yè)窯爐等行業(yè)煙氣污染受到了人們更多的關(guān)注。燒結(jié)煙氣中的SO2、氮氧化物(NOx)和二噁英(DXN)等污染物是鋼鐵行業(yè)的主要污染源，目前已經(jīng)成為我國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的主要領(lǐng)域之一，而燒結(jié)、球團(tuán)單元NOx排放量占鋼鐵廠排放總量的50%~60%(不含自備電廠)[1~3]。對此，國家環(huán)保部門于2012年出臺了針對燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)煙氣排放的GB28662—2012《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》；2017年對GB28662—2012進(jìn)行修改，進(jìn)一步提高了排放標(biāo)準(zhǔn)；2018年5月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》(征求看法稿)；2019年推出《關(guān)于推動(dòng)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的看法》(環(huán)大氣[2019]35號)，推動(dòng)實(shí)施燒結(jié)煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)：粉塵濃度不高于10mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，SO2濃度不高于35mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，NOx濃度不高于50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，正式推行超越國際上任何國家的“史上最嚴(yán)”燒結(jié)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。目前我國大部分燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)窯爐都實(shí)施了煙氣脫硫改造工程，并且多數(shù)燒結(jié)機(jī)采納濕法脫硫工藝，排放的SO2基本可以實(shí)現(xiàn)超低排放，但是對于NOx和DXN等污染物暫未實(shí)行有效的措施。NOx已成為繼SO2之后主要的大氣污染物之一，其溫室效應(yīng)約為CO2的310倍。NOx還可以導(dǎo)致臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧等，甚至?xí)?dǎo)致人類呼吸系統(tǒng)疾病等多種危害。DXN是一種無色無味、毒性嚴(yán)峻的脂溶性物質(zhì)，其毒性相當(dāng)于人們熟知的劇毒物質(zhì)氰化物的1000倍、砒霜的900倍，這類物質(zhì)特別穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機(jī)溶劑，特別簡單在生物體內(nèi)積累，所以對人體危害嚴(yán)峻。因此，與燒結(jié)煙氣濕法脫硫技術(shù)相匹配的脫硝脫二噁英技術(shù)是燒結(jié)煙氣進(jìn)一步凈化的最佳方法。本文結(jié)合常州東方特鋼有限公司300m2燒結(jié)煙氣凈化工程技術(shù)和運(yùn)行狀況，進(jìn)行燒結(jié)煙氣濕法脫硫配套煙氣脫硝凈化技術(shù)的分析和爭論。2常州東方特鋼300m2燒結(jié)煙氣凈化工程介紹常州東方特鋼有限公司2號燒結(jié)機(jī)為300m2燒結(jié)機(jī)，原建有濕法脫硫裝置，脫硫后排放煙氣中SO2濃度低于35mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，但排放煙氣中粉塵濃度和NOx濃度分別在35mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))和250mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以上，無法達(dá)到目前的排放標(biāo)準(zhǔn)。為滿意國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，在不拆除現(xiàn)有煙氣脫硫裝置而降低投資的基礎(chǔ)上，常州東方特鋼有限公司領(lǐng)先提出了增加煙氣除塵和脫硝裝置的構(gòu)想，并通過溝通和比較，選擇了寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司供應(yīng)的增加濕式電除塵器和SCR脫硝裝置的工程方案：燒結(jié)煙氣首先經(jīng)過靜電除塵系統(tǒng)除塵后，通過鎂法濕法脫硫裝置進(jìn)行脫硫，再經(jīng)過濕式電除塵器深度除塵，最終通過SCR脫硝裝置進(jìn)行煙氣脫硝脫二噁英，凈化后的煙氣通過SCR脫硝系統(tǒng)后溫度達(dá)到100℃左右，遠(yuǎn)離煙氣露點(diǎn)溫度，從而實(shí)現(xiàn)煙氣的消白作用(即消退煙囪雨現(xiàn)象)。最終煙囪出口煙氣中污染物排放狀況為：SO2排放小于35mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，NOx排放小于50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，粉塵排放小于10mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，即達(dá)到了最嚴(yán)格的燒結(jié)煙氣污染物超低排放要求。2.1鎂法脫硫工藝2.1.1技術(shù)原理采納亞硫酸鎂清液法煙氣脫硫工藝，此工藝屬于堿性清液運(yùn)行體系。依據(jù)氧化鎂再生反應(yīng)的特性，通過外部再生誘導(dǎo)結(jié)晶工藝，生成高pH值、高汲取活性的亞硫酸鈉亞硫酸鎂混合汲取清液，并采納與循環(huán)汲取清液特性相適應(yīng)的低液氣比的高效霧化噴淋汲取技術(shù)來提高汲取效率，從而達(dá)到高脫硫率、高運(yùn)行牢靠性、低投資、低運(yùn)行成本的目的。工藝流程示意如圖1所示。其主要反應(yīng)如下：汲取單元：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041623568271.png”alt=“1.png”width=“247”height=“63”/再生單元：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041623598039.png”alt=“2.png”width=“317”height=“58”/脫硫產(chǎn)物處置：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041623597909.png”alt=“3.png”width=“253”height=“82”/<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041623595528.png”alt=“4.png”width=“637”height=“252”/圖1燒結(jié)煙氣鎂法脫硫流程示意圖2.1.2技術(shù)優(yōu)勢①高汲取活性亞硫酸鎂汲取清液生成技術(shù)：連續(xù)生成高pH值(pH值≥8)，低固含量(固含量≤0.1%)、高有效汲取介質(zhì)濃度([SO32-]≥0.3mol/L)的高活性汲取液；②低液氣比、低壓損、高效霧化空塔噴淋技術(shù)：在液氣比≤2L/m3、脫硫系統(tǒng)壓損≤600Pa條件下脫硫效率即能大于95%；③可以實(shí)現(xiàn)在低成本的前提下，通過脫硫產(chǎn)物回收生產(chǎn)工業(yè)級硫酸鎂；④基于清液運(yùn)行體系的特點(diǎn)，噴淋液固含量低，為選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)催化劑的穩(wěn)定使用制造了良好的運(yùn)行環(huán)境，避開了催化劑堵塞。2.2濕式電除塵技術(shù)2.2.1技術(shù)原理與干式電除塵器除塵原理相同，濕式電除塵器也是靠高壓電暈放電，將其四周氣體電離，使粉塵或霧滴粒子外表荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達(dá)集塵板/管，然后通過噴淋水流從集塵板頂端流下，在集塵板上構(gòu)成一層勻稱平穩(wěn)的水膜，將板上的粉塵顆粒帶走。干式電收塵器主要處理含水很低的干氣體，濕式電除塵器主要處理含水較高乃至飽和的濕氣體，因此是濕法脫硫后煙氣除塵的最佳選擇。燒結(jié)煙氣濕電除塵流程見圖2。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041623591816.png”alt=“5.png”width=“606”height=“269”/圖2燒結(jié)煙氣濕電除塵流程示意圖2.2.2技術(shù)優(yōu)勢濕式電除塵器結(jié)構(gòu)和工作原理，打算了其具有干式電除塵無可比擬的優(yōu)勢：①除塵效率高，粉塵排放濃度可達(dá)到5mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以下；②對于亞微米大小的顆粒，包括微細(xì)顆粒物(PM2.5等，去除率80%以上)、SO3酸霧(氣溶膠，去除率60%以上)、重金屬(汞等)都有較好的收集性能，大幅削減了煙囪白煙現(xiàn)象；③收塵性能與粉塵特性無關(guān)，對黏性大或高比電阻粉塵能有效收集，特殊適用于處理高濕煙氣；④電除塵器內(nèi)的電場氣流速度較高及灰斗傾斜角減小，設(shè)備布置可以更緊湊；⑤避開反電暈現(xiàn)象，抑制二次揚(yáng)塵，由于沒有如錘擊設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件，牢靠性較高。2.3SCR脫硝技術(shù)經(jīng)濕法脫硫和濕式電除塵器除塵裝置凈化后的燒結(jié)煙氣，首先通過煙氣換熱器(GGH)與脫硝后的凈煙氣換熱升溫至約245℃，然后進(jìn)入脫硝反應(yīng)器入口煙道，與加熱爐送來的高溫?zé)煔饣旌仙郎刂良s280℃，升溫后的煙氣繼而與氨系統(tǒng)送入的氨空氣混合氣充分勻稱混合，再經(jīng)過整流器整流后進(jìn)入脫硝反應(yīng)器。氨與煙氣中的NOx在催化劑表面發(fā)生NOx還原反應(yīng)，反應(yīng)后的凈煙氣由脫硝出口煙道送至煙氣換熱器，與原煙氣換熱降溫至約95℃，最終由脫硝系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)送至煙囪排放。流程示意圖如圖3所示。2.3.1技術(shù)原理SCR脫硝技術(shù)是在250~300℃煙氣溫度和催化劑作用下，氣態(tài)氨基還原劑(氨水氣化制備成氣態(tài)氨)與煙氣中的NOx發(fā)生催化還原反應(yīng)，生成無害的N2和H2O的過程，主要的化學(xué)方程式如下：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041623591063.png”alt=“6.png”width=“231”height=“163”/由以上反應(yīng)方程式可以看出，SCR煙氣脫硝技術(shù)在脫除NOx的同時(shí)，可以深度氧化二噁英，具有肯定的脫除二噁英污染物的功能。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041624001938.png”alt=“7.png”width=“386”height=“286”/圖3燒結(jié)煙氣SCR脫硝流程示意圖2.3.2技術(shù)優(yōu)勢SCR脫硝技術(shù)是一種成熟的深度煙氣NOx后處理技術(shù)，具有如下特點(diǎn)：①可同時(shí)脫除二噁英，脫除率可達(dá)85%以上，二噁英可完全分解，無二次衍生污染物的產(chǎn)生；②敏捷性強(qiáng)，可依據(jù)已建/未建脫硫裝置進(jìn)行敏捷組合，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝脫二噁英一體化煙氣綜合凈化系統(tǒng)；③脫硝效率最高可以達(dá)到95%以上，NOx排放濃度可掌握到50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以下；④系統(tǒng)簡潔，操作便利，催化劑在與煙氣接觸過程中，受到氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)毒害、飛灰堵塞與沖蝕磨損等因素的影響，其活性漸漸降低，通常3～4a增加或更換一層催化劑即可連續(xù)保證系統(tǒng)性能；⑤脫硝裝置占地小，脫硝反應(yīng)器豎向布置，系統(tǒng)阻力小，可依據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)狀考慮是否需要提高引風(fēng)機(jī)壓頭甚至增設(shè)脫硝系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)；⑥平安性高，無塵爆的風(fēng)險(xiǎn)。2.4工程效果及現(xiàn)狀常州東方特鋼有限公司2號即300m2燒結(jié)機(jī)增加煙氣除塵/脫硝裝置工程，于2018年11月開工建設(shè)，2019年5月1日建成投產(chǎn)，最終形成了燒結(jié)煙氣濕法脫硫+濕式電除塵器+SCR脫硝的綜合煙氣凈化系統(tǒng)。2019年6月1日~6月7日，常常州市環(huán)保局技術(shù)人員現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對分析，168h性能驗(yàn)收平均數(shù)據(jù)如下：顆粒物排放濃度7.6mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))、二氧化硫排放濃度21.2mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))、氮氧化物排放濃度37.3mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，遠(yuǎn)低于國家要求的燒結(jié)煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，煙囪出口煙氣溫度102.5℃，遠(yuǎn)高于煙氣露點(diǎn)溫度，即同步實(shí)現(xiàn)了消退煙囪雨的產(chǎn)生。目前該新增燒結(jié)煙氣除塵、脫硝裝置已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近一年，系統(tǒng)運(yùn)行高效、牢靠，得到了環(huán)保部門及同行的普遍認(rèn)可，估計(jì)每年可以削減顆粒物排放超過250t，削減氮氧化物排放約2000t。3濕法脫硫系統(tǒng)配套煙氣脫硝技術(shù)分析由于我國大部分燒結(jié)機(jī)已配套建有煙氣濕法脫硫裝置，為實(shí)現(xiàn)國家對煙氣超低排放要求，必需增加煙氣脫硝裝置。目前，可以工程應(yīng)用并且有實(shí)際工程業(yè)績的燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)煙氣NOx治理技術(shù)主要有活性炭吸附和選擇性催化還原SCR兩種技術(shù)。活性炭吸附技術(shù)是在20世紀(jì)50年月由德國Berg-bau-Forschung公司開發(fā)的，其主要原理是在活性炭汲取塔中，用活性炭(焦)吸附DXN和SO2，并用NH3還原NOx，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝脫二噁英的功能，在我國以及日本新日鐵、JFE，韓國浦項(xiàng)及澳大利亞博思格(BHP)等企業(yè)已有多套裝置在運(yùn)行，但存在以下問題：脫硝效率低[即使設(shè)置兩級活性炭脫硝裝置，可以實(shí)現(xiàn)將NOx排放濃度掌握在100mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以下，但很難實(shí)現(xiàn)低于50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))的超低排放要求]；投資費(fèi)用高[5](活性炭吸脫附工程需要較低的空速，因此凈扮裝置體積浩大、掌握系統(tǒng)簡單、占地面積大，導(dǎo)致投資成本高，比單純SCR脫硝裝置高出數(shù)倍以上)；運(yùn)行成本高(活性炭高溫再生的氮?dú)鈵圩o(hù)、自身高溫氧化燃燒、輸送過程的磨損消耗等因素導(dǎo)致運(yùn)行成本高)；氨逃逸率高[6][達(dá)30mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，低反應(yīng)溫度導(dǎo)致脫硝效率較低，活性炭體積大導(dǎo)致夾帶氨逃逸量大等因素；氨逃逸與冬季霧霾具有肯定關(guān)系，因此，將來氨逃逸率必將成為環(huán)保掌握指標(biāo)之一]；同時(shí)，活性炭吸附凈化技術(shù)還存在二噁英無法徹底凈化、產(chǎn)生廢水、存在塵暴風(fēng)險(xiǎn)等問題。另外最重要的一點(diǎn)是在現(xiàn)有脫硫裝置基礎(chǔ)上增加活性炭煙氣凈扮裝置存在投資高、無施工場地等問題?？傊?，活性炭吸附凈化技術(shù)無法適應(yīng)現(xiàn)有燒結(jié)煙氣凈化市場的需要，而SCR脫硝技術(shù)是與現(xiàn)有濕法脫硫裝置協(xié)作最佳的煙氣脫硝技術(shù)。3.1脫硝+脫硫凈化系統(tǒng)為適應(yīng)SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)溫度高而脫硫出口煙氣溫度較低的要求，SCR脫硝裝置可建于脫硫裝置前，也可建于現(xiàn)有脫硫裝置后。若脫硝裝置建于現(xiàn)有的濕法脫硫裝置之前，則形成SCR脫硝+濕法脫硫綜合凈化系統(tǒng)，工藝流程示意圖如圖4所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041624003018.png”alt=“8.png”width=“624”height=“171”/圖4燒結(jié)煙氣SCR脫硝+濕法脫硫流程示意圖由于SCR脫硝需要較高的反應(yīng)溫度，煙氣含濕量越低越好，將脫硝裝置布置在濕法脫硫裝置之前的工藝路線是比較簡單接受的。并且這種系統(tǒng)配置進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的煙氣溫度較高，換熱器易選型，更為重要的是煙氣為干煙氣(溫度高于露點(diǎn)溫度，不存在液態(tài)水汽)，脫硝設(shè)備和煙道不需要考慮防腐，但此種配置具有以下缺點(diǎn)或不足：①提高了進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度，影響脫硫效率，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)水耗增加，運(yùn)行費(fèi)用增高；②濕法脫硫裝置即使設(shè)置了高效除霧器，也很難實(shí)現(xiàn)粉塵的超低排放，因此還需要增加濕式電除塵裝置；③濕法脫硫后排放煙氣為濕煙氣(溫度等于甚至小于露點(diǎn)溫度，存在液態(tài)水汽)，煙囪雨及其腐蝕問題無法解決；④進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的煙氣含SO2濃度較高，為避開較低的反應(yīng)溫度而形成硫酸銨/硫酸氫銨堵塞催化劑的風(fēng)險(xiǎn)，脫硝反應(yīng)溫度要求較高，并且不行避開地對催化劑性能和壽命產(chǎn)生肯定的影響；⑤最嚴(yán)峻的是，進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的煙氣含有較高濃度的粉塵，并且為含有各種金屬元素的細(xì)粉塵，簡單導(dǎo)致脫硝催化劑中毒和堵塞，特殊是堵塞問題，是目前已投運(yùn)此類工程的最頭痛問題，即使設(shè)置了耙式吹灰器，多數(shù)此類脫硝催化劑也需要定期(一到三個(gè)月)停機(jī)清理堵灰。另外，催化劑的壽命和穩(wěn)定性也受到嚴(yán)峻損害。3.2脫硫+脫硝凈化系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)有濕法脫硫裝置建設(shè)的位置，通常燒結(jié)機(jī)與脫硫裝置之間場地緊湊。SCR脫硝裝置也可建于脫硫裝置后，同時(shí)為保證排放粉塵濃度達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，需在脫硫和脫硝裝置之間增加濕式電除塵器，從而形成SCR脫硝+濕法脫硫的綜合凈化系統(tǒng)。與常州東方特鋼有限公司300m2燒結(jié)煙氣綜合凈化系統(tǒng)相同，工藝流程示意圖如圖5所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009041624002837.png”alt=“9.png”width=“630”height=“154”/圖5燒結(jié)煙氣濕法脫硫+濕電除塵+SCR脫硝流程示意圖由于濕法脫硫后煙氣溫度較低，且為飽和濕煙氣，因此，會(huì)導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)用煙氣換熱器換熱量增大，設(shè)備體積較大，且入口煙道及部分換熱器與煙氣接觸面需要做防腐，但由于煙氣已完成脫硫，結(jié)合常州東方特鋼燒結(jié)煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行狀況，此種配置具有以下優(yōu)勢：①脫硫后煙氣中SO2濃度特別低，對脫硝系統(tǒng)來說形成硫酸銨/硫酸氫銨等堵塞的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低，催化劑脫硝效率和化學(xué)壽命等性能顯著提高；②本脫硝工藝存在煙氣再加熱系統(tǒng)，使最終排放煙氣溫度提高，從而可以消退煙