链篦机—回转窑球团烟气脱硫脱硝技术研究

李 鹏，刘昌持，潘响明

（中冶南方都市环保工程技术股份有限公司，湖北 武汉 430000）

1 绪论

1.1 钢铁行业环保形势及国家政策

钢铁冶炼是一个材料与能源高度密集的行业，既是原料消耗大户，又是能耗大户、高排放大户，尤其是该行业烟气中污染物的种类较多、排放量大。在2017年，钢铁行业的SO2、NOX、颗粒物年排放量分别为106万t、172万t、281万t，占全国排放总量的7%、10%、20%。因此，钢铁行业已成为仅次于电力行业的第二大高污染、高耗能的行业。

在2019年4月29日生态环境部等五部委联合印发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气[2019]35号）中指出：到2020年底重点地区的钢企超低排放改造至少要达60%；到2025年底重点区域基本完成，全国力争80%以上完成。而钢铁企业烧结机机头、球团焙烧烟气颗粒物、SO2、NOX的排放浓度小时均值不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。

目前，为了进一步加快钢企超低排放步伐，在2019年12月中旬，生态部印发的《关于做好钢铁企业超低排放评估监测工作的通知》中强调：各地区、各部门要有效开展监测工作，完善管理机制，从而保证钢企超低排放工作落到实处。次年1月，中国钢铁工业协会也响应号召，在京召开会议，着力强调钢企大力推进实现超低排放的重要意义。

1.2 球团发展现状

近年来，随着钢铁企业的快速发展，我国球团矿生产迈入了高速发展阶段。球团产品具有诸多的优点，如运用到高炉冶炼中可以实现增产节能、提高成效比，同时，在生产过程中的污染物排放量相对较低，对环境影响较小，因此，球团矿得到了大力发展。目前，我国竖炉球团产量占球团总产量的35.97%；带式焙烧机球团产量占球团总产量的5.39%；链篦机－回转窑球团产量占球团总产量的58.63%。

1.3 球团烟气治理技术现状

通常，球团烟气污染物中会含有SO2、NOX、二噁英以及重金属等较多复杂成分，但大多数球团厂的排放标准仍按照《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB 28662－2012）执行，基本只进行了烟气脱硫处理，所以，只有氮氧化物的排放满足相应的指标要求。而大多数的球团生产线暂时还没有配备脱硝装置，所以还达不到国家超低排放的标准[1]。目前，已投产的球团烟气脱硫技术以湿法和半干法技术为主，但这两种脱硫路线所产生的脱硫副产物因品质太差，资源化利用难度较大。因此，为了满足国家日益提高的环保要求，研究一种球团烟气脱硫脱硝的工艺技术具有重要意义。

1.4 本文的研究思路及技术路线

本文针对链篦机－回转窑球团工艺特点，再结合国家对球团烟气超低排放的要求，同时综合考虑投资和运行成本，对链篦机－回转窑球团烟气治理采用的技术路线是：通过前置SNCRSCR脱硝+活性焦干法脱硫，且根据球团热工制度的特殊情况及有利温度条件，利用球团链篦机预热段烟罩约850～1100 ℃的高温条件，设置SNCR脱硝系统；再利用预热段风箱出口经多管除尘器后的温度320～400 ℃，设置SCR脱硝系统；而过渡段和抽风干燥段出口的烟气汇合后会进入电除尘器，出口烟气经主抽风机增压，烟气降温后，进入吸附塔，此时烟气中的SO2和粉尘在吸附塔内被除去，该工艺实现了对球团烟气中的SO2、NOX、粉尘、重金属等协同处理，最终达标排放。

2 SNCR/SCR+活性焦干法脱硫技术及应用

2.1 球团烟气SNCR/SCR脱硝系统

2.1.1 SNCR技术原理

选择性非催化还原技术（SNCR）是将含有NHx基地还原剂，喷入温度为850～1 100 ℃的高温区域，该还原剂能迅速热分解成NH3，并与烟气中的NOx进行反应生成N2。而NH3的反应最佳温度为850～1 100 ℃，当反应温度过高时，由于氨的氧化会使NOx脱除效率降低；而当反应温度过低时，氨的逃逸增加。

SNCR过程的主要化学反应为：

NH3为还原剂：

尿素为还原剂：

SNCR（喷氨）系统主要由卸氨系统、氨水罐区、氨水输送泵及其控制系统、混合系统、分配与调节系统、喷雾系统等组成。

2.1.2 SNCR工艺流程

球团链篦机存在适于SNCR脱硝的高温段，即链篦机预热段的高温区（850～1 100 ℃），根据计算机流场模拟在链篦机预热段的高温区合适位置设置SNCR脱硝系统；在SNCR反应区，氨水经与稀释水混合稀释、计量分配后送入SNCR喷枪，经喷枪雾化后，喷入预热段（850～1 100 ℃），在高温条件下完成SNCR脱硝反应[2]。

在采用SNCR工艺前要提前增加一道脱硝工艺，是基于链篦机特有的工艺参数，即具有预热段的高温区（温度为850～1 100 ℃），此高温段的温度非常有利于SNCR脱硝。SNCR脱硝的优势为：（1）还原剂使用便捷，便于施工，利于维护；（2）因不需要催化剂，不用建反应塔，节约用地，工程造价低；（3）无需升温，无需载体，氨还原剂直接反应，运行费用低。

2.1.3 SCR技术原理

选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指，在催化剂和氧气存在的条件下，且一定的温度范围（300～500 ℃）内，还原剂有选择地将烟气中的NOx还原成为N2和H2O，以此减少NOx的排放。SCR工作原理图如图1所示。

图1 SCR工作原理图

脱硝反应方程式：

2.1.4 SCR工艺流程

在采用SCR脱硝工艺技术时，脱硝还原剂为氨水（～20%浓度），并设有一座SCR反应器。其工艺流程是：先将SCR反应器设置于预热段耐热风机前（SCR系统的阻力由球团耐热风机克服），使球团多管除尘器出口烟气接入SCR反应器入口烟道，而烟道内的烟气与喷氨格栅喷入的氨气混合后进入SCR反应器；再经整流格栅整流后，烟气流经SCR催化剂，在催化剂作用下，NH3将烟气中的NOX还原成为N2和H2O；最后脱硝后的烟气返回抽风干燥段继续利用余热。SCR工艺流程如图2所示。

图2 SCR工艺流程图

在实际应用中，根据链篦机－回转窑球团工艺特点和热工制度，回转窑产生的大量NOX先进入链篦机预热段，自链篦机预热段烟箱抽出的热烟气经高效多管除尘器除尘后，进入SCR反应器进行脱硝反应，而脱硝后的高温烟气经预热段耐热风机送回至链篦机抽风干燥段循环利用。

2.2 球团烟气活性焦脱硫的工艺原理及流程

2.2.1 活性焦脱硫原理

活性焦脱硫是利用活性焦特有的吸附性对烟气中的SO2进行选择性吸附。研究表明，当烟气中有足量的水汽和O2时，活性焦烟气脱硫首先发生的是物理吸附，然后焦细孔表面的某些含氧络合物基团是SO2吸附及催化氧化的活性中心，最后在有水和氧气存在的条件下将吸附到活性焦表面的SO2催化氧化为H2SO4。反应机理如下：

2.2.2 工艺流程

活性焦脱硫主要是由脱硫系统，活性焦再生系统，物料输送系统，烟气系统组成。其工艺流程是：链篦机抽风干燥段及过渡段的烟气经主抽风机抽至电除尘器除尘后，经降温措施使烟气温度降低至120～135 ℃后进入活性焦吸附塔，此时烟气中的SO2等会被吸附在活性焦细孔上，而脱硫后的烟气由烟囱排放。其中，活性焦在吸附塔自上而下缓慢运动，运动方向与烟气方向垂直，而吸附SO2的活性焦由吸附塔底部排出，并通过链斗机被送入再生塔升温加热，进行再生处理；当加热到400～450 ℃时，释放出SO2和H2O等，这时重新具有了新孔隙；再生后活性焦与补充的新活性焦再通过链斗机输送至脱硫塔循环使用，SO2气送入硫酸生产装置制备浓硫酸。

2.3 球团烟气SNCR/SCR脱硝+活性焦脱硫工艺的优势

链篦机－回转窑球团前置SNCR/SCR脱硝技术，主要是针对链篦机－回转窑球团生产的工艺特点，在链篦机预热段850～1 100 ℃的烟气中直接喷射氨水实现SNCR预脱硝，然后再将SCR脱硝反应装置与球团生产工艺相结合，使脱硝装置嵌入到常规链篦机－回转窑球团工艺的多管除尘器与耐热风机之间，并充分利用温度热性进行SCR脱硝。由以上内容可以看，主要具有以下优势：

（1）脱硝处理烟气量仅为链篦机预热二段风箱烟气，约占球团排放总烟气量的60%，降低了脱硝装置的投资成本和运行费用；

（2）同后置SCR脱硝相比，无需增加GGH、加热炉等换热补热设施，可减少投资和运行成本，同时可减少补热燃料燃烧产生的碳排放；

（3）脱硝装置可作为一个设备嵌入到球团生产工艺中，可与球团工艺设置综合考虑，节约占地面积，较少投资。

另外，预热段烟气经前置脱硝装置处理后，在通过耐热风机返回链篦机过渡段利用余热。而链篦机抽风干燥段及过渡段的烟气采用活性焦吸附塔进行脱硫，主要具有以下优势：

（1）球团烟气成分复杂，活性焦干法脱硫不仅可以脱除烟气中的SO2，同时还可以利用活性焦的吸附特性脱除烟气中的NOx、二噁英和汞等污染物，具有一套装置脱除多种污染物的功能；

（2）活性焦脱硫几乎不消耗水，而且不产生废水，另外，活性焦脱硫后的再生气可通过浓硫酸制备工艺生产高纯浓硫酸，可以为企业带来一定的经济效益。由此，在实现了污染物超低排放的同时，产出的副产物也可以资源化利用。

2.4 球团烟气SNCR/SCR脱硝+活性焦脱硫注意事项

目前，SCR脱硝是工业中烟气脱硝采用最多的技术路线，在国内的SCR脱硝应用中十分广泛，且多用于发电行业。但球团烟气采用SCR脱硝时，要注意以下事项：

（1）在进行高温SCR反应时，会发生副反应，即SO2氧化成SO3，同时有铵盐生成，且副反应生成的铵盐会吸附在催化剂表面，造成催化剂失活中毒，同时，还会影响脱硝装置下游设备发生腐蚀；

（2）在脱硝后，烟气经耐热风机送回至链篦机内利用烟气余热的同时，因链篦机不同温度段之间是采用物理隔烟墙隔开，会存在串烟的问题，所以，隔烟墙的形式及密封是前置脱硝需要克服的一项重要难题；

（3）在SCR脱硝过程中，NOx脱除率会随着氨逃逸率的增加而增加，而在实际生产中，既要保证脱除效果，又要降低氨逃逸率，因此，必须要控制好氨的喷射量。

3 结语

环境是人类赖以生存和发展的空间和物质条件，因此，必须要加强环境治理、改善大气环境，实现生态环境与社会经济和谐发展的局面。而烟气脱硫脱硝技术在一定程度上能实现对大气污染的治理和对大气质量的有效监控，因此，该技术具有实际的发展意义。在未来，我国应不断探索新的技术，更好地实现脱硫脱硝，从而将钢铁企业生产对环境产生的不利影响降到最低，这样既可以有效保护生态环境，又促进了该行业的可持续发展。