基于前置脱硝的球团烟气污染物超低排放技术开发与应用

刘

摘 要：基于前置脱硝的球团烟气污染物超低排放技术开发与应用的关键技术是选取的嵌入式SNCR+SCR脱硝技术，其总体思路是利用球团链篦机-回转窑各部烟气温度区间设置脱硝装置实现先脱硝的目的，在预热II段设置SNCR脱硝作为初级脱硝，在球团链篦机-回转窑工艺风机回路上设置SCR脱硝装置。选择性非催化还原（SNCR）技术，利用高效旋流喷射技术作为技术支撑，把氨水（NH3）作为还原剂喷入链篦机高温段温度为950～1 050 ℃的区域，使氨水雾帐95%以上覆盖链篦机高温段出口烟道横截面，使烟气与脱硝剂混合均匀，与NOx发生还原反应生成N2和H2O，实现一级脱硝功能；利用耐热风机回路300～420 ℃的工艺温度作为催化剂反应的温度窗口实现二级脱硝功能。

关键词：超低排放；前置脱销；回转窑；喷氨

ULTRA LOW EMISSION TECHNOLOGY OF PELLET SMOKE POLLUTANTS BASED ON PRE DENITRIFICATION DEVELOPMENT AND APPLICATION

Liu Zhuo

（Environmental Protection Center of Hegang Group Xuangang Company    Xuanhua    075100，China）

Abstract：The key technology for the development and application of ultra-low emission technology of pellet flue gas pollutants based on pre denitrification is the selection of embedded SNCR+SCR denitrification technology. The overall idea is to use denitrification devices in the temperature range of each part of the pellet grate rotary kiln flue gas to achieve pre denitrification. SNCR denitrification is set up as the primary denitrification in the preheating section II， and SCR denitrification devices are set up on the pellet grate rotary kiln process fan circuit. Selective Non Catalytic Reduction （SNCR） technology， using efficient swirl injection technology as technical support， sprays ammonia （NH3） as a reducing agent into the high-temperature section of the grate at a temperature of 950 ～1 050 ℃， covering more than 95% of the cross-section of the outlet flue of the high-temperature section of the grate with the ammonia mist curtain. This ensures that the flue gas is evenly mixed with the denitration agent， and undergoes a reduction reaction with NOx to generate N2 and H2O， achieving a primary denitrification function; Utilizing a process temperature of 300～420 ℃ in the heat-resistant fan circuit as the temperature window for catalyst reaction to achieve secondary denitrification function.

Keywords： ultra low emission   pre decommissioning   rotary   kiln ammonia injection

0    前    言

河钢集团宣钢公司现有120万t球团链篦机—回转窑，烟气量为70万m3/h，分别配设机头电除尘及一套湿法脱硫装置，二氧化硫、氮氧化物、

颗粒物排放指标分别是46、150、16 mg/m3，满足《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》GB 28662-2012指标要求，即折氧后二氧化硫≤180 mg/m3，氮氧化物≤300 mg/m3，颗粒物≤40 mg/m3。

随着《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》等20项国家污染物排放标准的发布，以及河北省《钢铁工业大气污染物超低排放标准》DB 13/2169-2018相继出台，河北省要求2020年10月1日起执行超低排放标准：折氧后二氧化硫≤35 mg/m3，氮氧化物≤50 mg/m3，颗粒物≤10 mg/m3，宣钢公司120万t球团链篦机-回转窑现有配套的机头电除尘、脱硫净化设施已无法满足相应环保排放要求，宣钢公司拟开发链篦机-回转窑烟气污染物超低排放技术对120万t链篦机-回转窑烟气进行全面治理，实现超低排放。

1    技术方案

宣钢公司基于前置脱硝的球团烟气污染物超低排放技术方案选型基于现有设施及技术工艺特点，以降低投资、节能减排为原则，同时兼顾除尘、脱硫、脱硝超低排放指标，结合各工艺技术优缺点开发SNCR+SCR脱硝+湿法脱硫改造+湿电除尘的先脱硝后脱硫工艺，在链篦机-回转窑焙烧系统（链篦机预热段）设一级SNCR脱硝，SCR分别设置于每套链篦机-回转窑的两台回热风机之前，实现对这部分烟气的脱硝功能。脱硝后烟气经过主引风机，从脱硫塔的进烟口进入与脱硫浆液混合，此时烟气中的SO2和几乎全部的SO3、HCl、HF等酸性成分被吸收而除去，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O等副产物。脱硫石膏产物经过皮带过滤机处理后外运处理。经过脱硫后的烟气进入塔顶湿电除尘器，然后通过塔顶烟囱排放，如图1所示。

SNCR+SCR 脱硝+湿法脱硫改造+湿电除尘为先脱硝后脱硫工艺，该工艺技术充分发挥了链篦机-回转窑工艺技术特点，充分利用链篦机预热段烟气温度大于1 000 ℃作为SNCR高温脱硝反应窗口，设置SNCR高温脱硝系统，实现一级脱硝功能；同时利用耐热风机回路烟气温度大于300 ℃的工艺条件作为催化剂脱硝反应的温度窗口，将大部分烟气内氮氧化物去除，与先脱硫后脱硝工艺相比，减少烟气换热、加热环节，减少了设备、能源投入，既节省了投资成本又降低了运行成本。

1.1    SNCR+SCR脱硝工艺

该技术方案是在保障现有设备设施及工艺路线正常运行的情况下最大程度利用现有设备，最大限度，系统性论证设计及施工可行性，同时兼顾除尘、脱硫、脱硝超低排放需求，在每套链篦机预热I段设12只高效旋流喷枪，SNCR喷枪处的烟气温度为950 ℃，即达到高温脱硝反应窗口，实现高温脱硝功能，氮氧化物去除率达到30%，达到初步去除氮氧化物的目的。

含NOx的全部烟气经过SNCR脱硝后，利用风量各为25万m3/h的回热风机将部分烟气引入回热风机后设置的SCR脱硝装置，在回热风机前管道设置喷氨格栅，通过喷氨格栅喷入的NH3气与含NOx烟气进行充分混合后，进入SCR脱硝反应器中，在催化剂的作用下与烟气中的NOX发生氧化还原反应生成氮气和水，实现50万m3/h烟气全部脱硝，最终达到混合烟气NOx含量≤50 mg/m3的排放标准。该技术利用回热风机回路烟气温度为330 ℃，满足脱硝催化剂在300～420 ℃的温度窗口，避免能源消耗和浪费。

1.2    脱硝系统可行性论证

SNCR脱硝量=150（原始浓度）×1.2（设计系数）×30%=54 mg/m3

生产工艺需求直通链篦机干燥段的10万m3/h烟气中总氮氧化物含量为：[150（原始浓度）×1.2（设计系数）-54]×10万m3/h=1 260万mg/h。

脱硝后总排口按50 mg/m3的标准值计算，则60万m3/h总烟气中氮氧化物含量为：

50 mg/m3×60万m3/h=3 000万mg/h。

则SCR脱硝出口烟气中氮氧化物只允许留存

3 000万mg/h-1 260万mg/h=1 740万mg/h。

折算至耐热风机烟气中氮氧化物浓度为：

1 740万mg/h÷50万m3/h=34.8 mg/m3。

SCR脱硝效率=[150（原始浓度）×1.2（设计系数）-54-34.8]÷[150（原始浓度）×1.2（设计系数）-54]×100%=72.38%

故SNCR系统脱硝效率为30%、SCR脱硝效率为72.38%时联合脱硝系统即可实现氮氧化物达标排放。

1.3    除尘工艺：机头电除尘+湿电除尘

利用机头电除尘系统收集烟气内颗粒物，保证脱硫塔入口颗粒物浓度小于50 mg/m3，每套脱硫塔塔顶增设湿电除尘系统，在确保烟气流速小于

2.2 m/s的情况下通过高频电源形成的静电场捕捉细微颗粒，再通过冲洗水将颗粒物冲洗入脱硫塔内部，由脱水皮带将其连同石膏泥料一同脱除。

1.4    湿法脱硫工艺

在现有湿法脱硫基础上进行提标改造，设置四层脱硫喷淋层，提高脱硫循环系统能力，使每一层脱硫浆液循环量达到2 800 m3/h，则吸收塔内液气比提高至：液气比=浆液流量（升）/烟气流量=

2 800×4×1 000/600 000=18.67 L/m3。

循环系统流量增大的同时优化塔内喷头的位置及喷淋角度，提高喷淋覆盖率，增加脱硫处理能力，有效控制出口二氧化硫含量处理脱硫脱硝后的净烟气通过烟囱排放。

2    实施效果

2.1    SNCR高温脱硝效率达30%以上

对球团链篦机腔室进行整体流场模拟计算分析，增加SNCR脱硝喷枪，使氨水雾化95%以上覆盖链篦机高温段出口烟道横截面，烟气与脱硝剂混合均匀，反应充分，SNCR脱硝效率达到30%以上。

SCR采用直喷氨水工艺取消，在氨水蒸发器内将氨水蒸发成氨气和水蒸气，之后通过单元网管式喷氨格栅均匀地喷入烟道内，这样可有效保证氨气与烟气充分混合，用最少量的氨水达到较高的SCR脱硝效率，提高氨水利用率，减少氨逃逸，降低SCR及末端设备腐蚀。

结合链篦机流场模拟分析，对链篦机腔室进行改造，通过改造将链篦机隔墙距离料层由原来的500 mm降低至200 mm，改造后避免各腔室烟气串漏，增加进入SCR的烟气量，减少未经过SCR脱硝的烟气量，从而保证整体脱硝效率，使烟气中总的氮氧化物稳定达到超低排放要求。

2.2    SCR脱硝效率达85%以上

选择性催化还原（SCR）脱硝工艺，脱硝剂采用氨水（20%质量浓度）。运行过程中，氨水经氨水输送泵送至SCR反应器入口烟道，经300℃的中温烟气混合后形成氨气、烟气混合物进入SCR反应器中。在反应器内的催化剂表面，氨气与烟气中的NOx发生反应生成氮气和水，净烟气经SCR反应器尾部烟道返回到干燥II段，SCR脱硝系统处理烟气量约占全部链篦机-回转窑废气量的70%～80%。在SCR脱硝反应中，由于催化剂的参与，脱硝效率可达到85%以上，且脱硝效率稳定。

2.3    提高脱硫液气比，保证脱硫效率

改造的3台循环泵流量为2 800 m3/h，最底层循环泵保留原设计的1 650 m3/h，增大喷淋层流量，提高脱硫效率，当脱硫浆液密度增高至1.15 kg/L时及时脱出浆液内石膏结晶盐，保证SO2入口值在4 500 mg/Nm3范围内，出口值低于35 mg/Nm3。

2.4    湿电除尘实现超低排放

湿电除尘系统采用塔顶布置形式，电场流速2.08 m/s、收尘面积为4 581 m2、比集尘面积27.49 m2/（m3/s），在电场入口颗粒物浓度小于50 mg/Nm3情况下，实现出口小于10 mg/Nm3的超低排放指标。

3    结    语

基于前置脱硝的球团烟气污染物超低排放技术实施完成后，河钢集团宣钢公司120万t球团链篦机-回转窑二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放指标最高排放值分别为5.8 mg/m3、33 mg/m3、6.433 mg/m3，满足《钢铁工业大气污染物超低排放标准》DB 13/2169-2018要求，该基于前置脱硝的球团烟气污染物超低排放技术可在球团链篦机-回转窑烟气处理中广泛应用，SNCR脱硝技术也可以在工艺炉窑烟气脱硝中推广使用。

参考文献

[1]    赵利国.链箅机-回转窑球团烟气NOx控制技术与前置SCR脱硝工艺分析.矿业工程，2021（6）：51-54.

[2]    刘磊，李斌，张文强，等.链箅机—回转窑烟气超低排放技术研究与应用.烧结球团，2022（4）：106-112，118.

作者：刘卓，男，33岁，工程师

收稿日期：203-11-21