（中冶京誠工程技術(shù)有限公司,北京 100176）

1 概述

鋼鐵行業(yè)作為國家工業(yè)的一個(gè)重要部分，國家對其環(huán)保要求日益嚴(yán)格。研究表明，鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量SO2和NOx，其中NOx總量在固定發(fā)生源中占第二位，僅次于SO2的排放量。特別是燒結(jié)生產(chǎn)過程N(yùn)Ox排放量約占鋼鐵廠NOx排放總量的一半左右。因此，對燒結(jié)煙氣NOx排放量的嚴(yán)格控制，可有效降低鋼鐵行業(yè)的NOx的排放量。

2 燒結(jié)煙氣特點(diǎn)

2.1 煙氣量大

燒結(jié)機(jī)每生產(chǎn)一噸燒結(jié)礦，對應(yīng)產(chǎn)生的燒結(jié)煙氣量為4000～6000 m3。例如，對于一臺(tái)265 m3燒結(jié)機(jī)需處理的最大工況煙氣量約為1590000 m3/h。目前鋼鐵行業(yè)采用的燒結(jié)機(jī)一般為360 m3、450 m3、600 m3等大型燒結(jié)機(jī)，因此，所需處理的煙氣量非常大。

2.2 煙氣中SO2、NOX含量低

因燒結(jié)礦粉和燃料產(chǎn)地不同，氮、硫的組分存在著一定的差異，燒結(jié)煙氣中SO2的含量一般為800～3500 mg/m3；再有燒結(jié)過程中受工藝控制水平的高低及燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率等的影響，燒結(jié)煙氣中NOx 含量一般為200～350 mg/m3。

2.3 CO含量高

燒結(jié)機(jī)一般采用點(diǎn)燃高爐煤氣作為熱源，因此，未燃盡的CO 被主抽風(fēng)機(jī)吸入燒結(jié)煙氣中，致使燒結(jié)煙氣CO含量較高，但CO為還原性氣體，對NOx的去除可起到積極作用。

2.4 燒結(jié)煙氣組分復(fù)雜

燒結(jié)煙氣組分復(fù)雜,除含有SO2、NOx、CO 外，還含有金屬及非金屬粉塵、氯化氫、氟化氫、二噁英等。

2.5 含濕量及含氧量高

經(jīng)檢測，燒結(jié)煙氣的含濕量可達(dá)到10%～13%，含氧量一般為15%～18%[1]。

3 技術(shù)路線的分析

目前，脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR），還有臭氧氧化吸收法、高錳酸鉀氧化吸收法、ClO2氧化吸收法等低溫氧化技術(shù)。按目前國家的排放要求，從NOx去除率及技術(shù)的成熟性分析，SCR 技術(shù)是最值得推薦的脫硝技術(shù)?？紤]到鋼廠燒結(jié)煙氣煙氣量大、NOx含量低、含濕量及含氧量高、粉塵成分復(fù)雜等特殊情況，需要在場地布置、運(yùn)行成本等方面進(jìn)行合理的工藝流程設(shè)計(jì)，開發(fā)適合燒結(jié)煙氣NOx 治理的SCR技術(shù)路線。

3.1 SCR反應(yīng)器的布置分析

若參照火電行業(yè)，直接將SCR 脫硝裝置應(yīng)用于燒結(jié)煙氣并布置在高塵、高硫段，在低溫下粉塵、二氧化硫與水、氨氣容易形成粘稠的銨鹽，附著在催化劑上，造成催化劑的中毒失活，嚴(yán)重影響催化劑性能；因此將SCR 裝置布置在低塵、低硫段較為合適。

3.2 經(jīng)濟(jì)性運(yùn)營分析

經(jīng)過大量的研究開發(fā)及實(shí)際工程的試驗(yàn)對比，不斷改進(jìn)低溫催化劑配方，催化劑的性能不斷提高，甄選出適合燒結(jié)煙氣脫硝要求催化劑為反應(yīng)窗口為280～320 ℃的寬溫帶催化劑。但在低塵、低硫段時(shí)煙氣溫度較低，一般為110～150 ℃，遠(yuǎn)低于280 ℃,因此，需要將燒結(jié)煙氣進(jìn)行升溫。為降低運(yùn)行成本，采用增設(shè)煙氣直燃補(bǔ)熱系統(tǒng)和高效回轉(zhuǎn)GGH 系統(tǒng)兩款核心設(shè)備，用直燃補(bǔ)熱系統(tǒng)對煙氣進(jìn)行升溫，高效回轉(zhuǎn)式GGH 對冷熱側(cè)煙氣進(jìn)行換熱，達(dá)到脫硝反應(yīng)溫度的同時(shí)提高熱能的綜合利用，且可大大降低運(yùn)行成本。

3.3 工藝流程分析

經(jīng)過十余年環(huán)保的綜合治理，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)已配備性能良好、功能完善的靜電除塵設(shè)施和濕法或半干法脫硫設(shè)施。當(dāng)燒結(jié)機(jī)煙氣采用濕法煙氣脫硫工藝，如石灰（石）-石膏法脫硫工藝或氨法脫硫工藝時(shí)，煙氣中含有大量的水分及脫硫過程中產(chǎn)生的微小晶體顆粒，采用濕電除塵后增設(shè)脫硝裝置，如圖1；當(dāng)脫硫工藝采用干法或半干法脫硫后不設(shè)置濕電，煙氣經(jīng)脫硫布袋除塵后進(jìn)入脫硝系統(tǒng)，如圖2。

圖1 濕法脫硫后增設(shè)SCR裝置工藝流程圖

圖2 半干法脫硫后增設(shè)SCR裝置工藝流程圖

4 燒結(jié)煙氣SCR系統(tǒng)的核心設(shè)備

4.1 補(bǔ)燃加熱系統(tǒng)

煙氣補(bǔ)燃加熱系統(tǒng)包括直燃爐本體、燃燒器、等離子點(diǎn)火器、助燃空氣系統(tǒng)、高爐煤氣系統(tǒng)、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)、煤氣放散系統(tǒng)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

直燃爐一般采用高爐煤氣燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠跓煹纼?nèi)部直接混合換熱，熱效率高、安全可靠。正常運(yùn)行時(shí)補(bǔ)燃加熱裝置將燒結(jié)煙氣溫度從250 ℃升溫至280 ℃。將煙氣溫度提升至催化劑的最佳反應(yīng)窗口，為燒結(jié)煙氣脫硝系統(tǒng)提供了可靠的溫度條件，保證脫硝系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)的排放要求。

4.2 GGH換熱系統(tǒng)

燒結(jié)脫硝一般采用回轉(zhuǎn)式換熱器，稱之為“GGH”；此類型換熱器具有換熱效率高，系統(tǒng)阻力小的特點(diǎn)。工作原理為蓄熱元件在煙氣高溫的吸熱，轉(zhuǎn)到煙氣低溫側(cè)后放熱，實(shí)現(xiàn)熱量的交換。

脫硫后的燒結(jié)煙氣，經(jīng)過GGH 換熱器換熱后溫度提高到250 ℃左右，其熱源來自脫硝反應(yīng)后280 ℃的凈煙氣。經(jīng)過GGH 換熱器換熱至250 ℃左右的煙氣，再次經(jīng)過補(bǔ)燃加熱系統(tǒng)的二次加熱升溫30 ℃后，其溫度提高到280 ℃進(jìn)入到SCR 反應(yīng)器中進(jìn)行脫硝反應(yīng)。脫硝反應(yīng)器出來的凈煙氣通過GGH 換熱后，溫度由280 ℃降低至90 ℃左右，然后經(jīng)煙囪排放。經(jīng)過GGH 換熱系統(tǒng)的循環(huán)工作，可提升熱能的綜合利用，大大降低脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

4.3 SCR反應(yīng)器

燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵脫硫后，再經(jīng)GGH 和補(bǔ)燃加熱系統(tǒng)后進(jìn)入SCR 反應(yīng)器，通過反應(yīng)器的煙氣具有低硫、低塵和合適的溫度條件，可保證催化劑較高的活性。SCR 系統(tǒng)由氨儲(chǔ)罐、氨蒸發(fā)器、氨緩沖罐、稀釋風(fēng)機(jī)、氨/空氣混合器、噴氨格柵、混合單元和催化劑組成。氨水或液氨經(jīng)蒸發(fā)器轉(zhuǎn)化為NH3氣，經(jīng)氨緩沖罐，在氨/空氣混合器內(nèi)稀釋，再經(jīng)噴氨格柵噴入煙道，與煙氣均勻混合，并在低溫SCR 反應(yīng)器內(nèi)在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)將NOx去除。

脫硝SCR 反應(yīng)器前面煙道上設(shè)置有噴氨格柵。經(jīng)稀釋后氨氣經(jīng)管道送至噴氨格柵，SCR 裝置進(jìn)口設(shè)有整流罩，保證氨氣與燒結(jié)煙氣充分混合。

SCR 反應(yīng)器布置3 層催化劑托層，2 層裝填，一層備用；燒結(jié)煙氣經(jīng)每一層催化劑流出后有一個(gè)再混合過程，強(qiáng)化了燒結(jié)煙氣中NOx和NH3混合的效果，預(yù)留一層，在國家政策發(fā)生調(diào)整后，環(huán)保要求提高時(shí)，可增加催化劑的層數(shù)。

催化劑是以TiO2（含量約80%～90%）作為載體，以V2O5（含量約1%～2%）作為活性材料，以WO3或MoO3（含量約占3%～7%）作為輔助活性材料制成[2]。燒結(jié)煙氣催化劑煙氣流速一般為3.5 m/s～6.5 m/s。根據(jù)外觀形狀可分為蜂窩式、平板式與波紋式三種形態(tài)，燒結(jié)煙氣的治理一般選用蜂窩式或板式催化劑。

5 結(jié)語

面對日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，對NOx污染的控制與排放標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)日趨嚴(yán)格，如何選擇與之相適的工藝技術(shù)，將決定我們的投資及環(huán)保效果。通過實(shí)際工程監(jiān)測，燒結(jié)煙氣SCR 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，脫硝效率較高，運(yùn)行成本適中，被廣大企業(yè)接受。特別是新建燒結(jié)機(jī)，采用循環(huán)流化床等半干法脫硫工藝后面配置GGH、補(bǔ)燃系統(tǒng)和SCR 裝置的脫硫脫硝系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于大型燒結(jié)機(jī)煙氣處理系統(tǒng)。隨著新型催化劑研制，核心設(shè)備性能的不斷提高，燒結(jié)煙氣SCR 脫硝工藝不僅會(huì)有良好的環(huán)境效益，同時(shí)也會(huì)有良好的經(jīng)濟(jì)效益和更廣闊的應(yīng)用前景。