分享：軋鋼加熱爐節(jié)能減排環(huán)保新技術(shù)研究探討

隨著環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，以及國家不斷深入的開展鋼鐵企業(yè)工程減排深度治理工作，以轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣或天然氣等高熱值燃料為原料的軋鋼加熱爐須采用煙氣反吹技術(shù)、低氮燃燒或煙氣脫硫脫硝技術(shù)，以確保CO、SO2、NOx排放穩(wěn)定達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

某鋼廠軋鋼加熱爐長31 m，寬9.2 m，加熱坯料長度3.5~8.0 m，采用高產(chǎn)、低耗、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)靈活的蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣為軋鋼加熱爐的主要燃料。擬配套新建CO、SO2、NOx治理設(shè)施，以滿足環(huán)保要求，改善大氣環(huán)境質(zhì)量。通過對不同技術(shù)方案對比，確定軋鋼加熱爐煙氣處理方式、工藝流程。

1.   加熱爐煙氣反吹技術(shù)

1.1   加熱爐煙氣現(xiàn)狀

現(xiàn)今雙蓄熱式燃燒技術(shù)已經(jīng)成為各種類型工業(yè)爐窯的主流燃燒技術(shù)，該燃燒技術(shù)可以使低熱值高爐煤氣通過蓄熱技術(shù)直接用于坯料加熱，無需提高煤氣熱值，且蓄熱燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙氣的低溫排放，最大程度上實(shí)現(xiàn)了余熱回收和節(jié)能效果。

但蓄熱燃燒技術(shù)加熱爐普遍存在如下問題，每次燃燒–排煙換向閥切換間隙，蓄熱式燒嘴由燃燒狀態(tài)轉(zhuǎn)變成排煙狀態(tài)，換向閥到蓄熱式燒嘴之間殘存的煤氣就會(huì)被排煙系統(tǒng)抽走，導(dǎo)致此期間有大量的CO外溢，造成對環(huán)境的破壞。

這是蓄熱燃燒技術(shù)加熱爐不可避免的問題，而且蓄熱燃燒加熱爐換向閥頻繁動(dòng)作，45~60 s換向周期不等，由此造成的每次換向閥切換間隙CO整體流量體積外溢量約6%~7%，所以，換向閥至燒嘴之間的切換間隙是必然存在的。

1.2   煙氣反吹技術(shù)的應(yīng)用

煙氣反吹技術(shù)抽取煙道末端煙氣反向?qū)爰訜釥t進(jìn)行二次燃燒，對于燃燒及排煙間隙的CO進(jìn)行二次利用，既有效避免部分CO排入大氣又實(shí)現(xiàn)能源的二次利用與成本降低。

從煙氣反吹技術(shù)新增設(shè)備方面來說，主體設(shè)備為反吹風(fēng)機(jī)、閥門及管道，投資成本較小，設(shè)備接入相對簡單，如圖1所示，技術(shù)成型度相對完善，投入運(yùn)行后排入大氣的CO量顯著降低，達(dá)到了每次換向閥切換間隙CO外溢量約0.25%以下，二次燃燒也使加熱爐煤氣能耗成本顯著降低，高爐煤氣使用量節(jié)約3%～4%，僅此一項(xiàng)，年節(jié)約成本約80萬元/年。

2.   加熱爐脫硫脫硝技術(shù)

環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻的今天，對SO2、NOx的排放要求日趨嚴(yán)格，在此基礎(chǔ)上脫硫脫硝技術(shù)也在不斷完善發(fā)展，濕法、干法、半干法、小蘇打干法脫硫技術(shù)（SDS）、選擇性非催化還原脫硝技術(shù)（SNCR）、選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR）等技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過不斷的實(shí)踐，技術(shù)成熟度得到提高。

2.1   脫硫技術(shù)簡況及選用

2.1.1   濕法脫硫技術(shù)

濕法脫硫技術(shù)是在煙道末端，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到90%以上的漿液劑，洗滌煙氣，脫硫劑和脫硫產(chǎn)物均為濕態(tài)，反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，鈣的利用率高，脫硫效率較高。此濕法工藝主要有石灰石/石灰–石膏（拋棄）法、簡易濕法、雙堿法、海水脫硫法、氧化鎂法、濕式氨法、石灰–鎂法、堿式硫酸鋁法等。技術(shù)采用的脫硫劑為鈣基、鎂基、氨基、鈉基等。

其投資較大，運(yùn)行費(fèi)用高，廢水難處理，需設(shè)置除霧器或?qū)ｉT的再熱裝置，極易產(chǎn)生二次污染，處理極為困難，鑒于成本及后期運(yùn)維，濕法脫硫工藝不予考慮。

2.1.2   干法脫硫技術(shù)

干法脫硫技術(shù)當(dāng)前主要采用固定床（羅氏）和SDS（Na基）法脫硫2種。

固定床式脫硫原理：煙氣經(jīng)過裝有脫硫劑的設(shè)備，例如活性炭吸附劑，吸附煙氣中的SO2。固定床主要特點(diǎn)是設(shè)備簡單、占地面積較小，對生產(chǎn)過程中的煙氣溫度范圍要求較寬松；但存在需定期更換吸附顆粒、對煙氣中S波動(dòng)適應(yīng)能力較差、不能隨時(shí)調(diào)節(jié)煙氣脫硫效率的缺點(diǎn)，同時(shí)由于脫硫塔是并聯(lián)關(guān)系，在更換脫硫劑過程中會(huì)出現(xiàn)排放超標(biāo)問題，另外使用該技術(shù)的單位對固定床式脫硫工藝評價(jià)差異大，后期運(yùn)維對藥劑生產(chǎn)廠、藥劑質(zhì)量依賴性特別強(qiáng)，存在較大風(fēng)險(xiǎn)，對于鋼鐵企業(yè)煙氣波動(dòng)量相對較大的實(shí)際情況處理能力有限，不予選擇。

SDS脫硫原理：此項(xiàng)技術(shù)是利用小蘇打作為脫硫劑，在脫硫反應(yīng)器中噴入碳酸氫鈉細(xì)粉，使其在高溫?zé)煔獾淖饔孟卵杆俜纸獬鎏妓徕c和二氧化碳，碳酸鈉和煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，進(jìn)而被吸收凈化[1]。脫硫后粉狀顆粒產(chǎn)物隨氣流進(jìn)入布袋除塵器收集，同時(shí)NaHCO3還可通過物理吸附去除一些無機(jī)和有機(jī)微量物質(zhì)。

SDS方法主要特點(diǎn)是對煙氣S濃度波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)，可以根據(jù)煙氣中S含量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)小蘇打使用量，可調(diào)控?zé)煔鉂舛确秶^大，工況調(diào)節(jié)能力好，目前廣泛應(yīng)用于鍋爐精脫硫，工藝較成熟；且不增加煙氣系統(tǒng)的運(yùn)行阻力，無廢水產(chǎn)生，但設(shè)備占地大、要求煙氣溫度較高（大于130 °C）。

綜合上述情況，SDS脫硫處理方式更適合鋼鐵企業(yè)中煙氣處理實(shí)際情況，既能滿足煙氣波動(dòng)量大的清理，又能降低二次廢物的處理難度，因此，本產(chǎn)線選擇用SDS脫硫方式。

2.2   脫硝技術(shù)簡況及選用

2.2.1   SNCR煙氣脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝工藝需要850~1050 °C的反應(yīng)溫度窗口，其原理是將含氨基還原劑直接均勻噴灑到爐膛內(nèi)850~1050 °C煙氣對流斷面上，還原劑與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和H2O[2]。

SNCR技術(shù)主要使用氨水作為還原劑。由于煙氣成分復(fù)雜，某些污染物可使催化劑中毒，高分散度的粉塵微?？筛采w催化劑的表面，使其活性下降；系統(tǒng)中存在一些未反應(yīng)的NH3和煙氣中的SO2作用，生成易腐蝕和堵塞設(shè)備的硫酸氨和硫酸氫氨，同時(shí)還會(huì)降低氨的利用率，投資與運(yùn)行費(fèi)用較高。

SNCR脫硝技術(shù)反應(yīng)溫度高、氨利用率低等問題是此技術(shù)缺點(diǎn)，并且氨逃逸幾率較大，需新增氨逃逸處理設(shè)備，不符合現(xiàn)場對于煙氣中NOx的處理要求，不予選用。

2.2.2   SCR煙氣脫硝技術(shù)

選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝技術(shù)，是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它合適的還原劑，利用催化劑在溫度為200~450 °C時(shí)將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?。由于氨氣具有選擇性，只與NOx發(fā)生反應(yīng)，基本不與O2反應(yīng)，故稱為選擇性催化還原脫硝。在通常的設(shè)計(jì)中，使用液態(tài)純氨或氨水，無論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發(fā)，然后氨和稀釋空氣或煙氣混合，最后利用噴氨格柵將其噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。

由于使用了中低溫催化劑，SCR反應(yīng)溫度較低（160~250 °C），凈化率高，可高達(dá)85%以上，工藝設(shè)備緊湊，運(yùn)行可靠，還原后的氮?dú)夥趴?，無二次污染。

SCR煙氣脫硝技術(shù)較比SNCR技術(shù)投資略大，但在較大程度上解決了氨逃逸的問題，避免了出現(xiàn)二次污染，因此選用SCR煙氣脫硝技術(shù)更合理，也更適用于未來嚴(yán)格的環(huán)保要求。

3.   配套產(chǎn)線選用形式及效果

3.1   產(chǎn)線工藝選型及布局

通過對比上述環(huán)保手段的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)，型鋼線加熱爐選用了煙氣反吹+SDS脫硫工藝+布袋除塵+SCR脫硝工藝，達(dá)到了減少投資、節(jié)約運(yùn)行成本、避免二次污染的目的，根據(jù)煙氣中S含量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)小蘇打使用量，可調(diào)控?zé)煔鉂舛确秶^大，工況調(diào)節(jié)能力好，煙氣溫度大于130 °C時(shí)，脫硫效率可達(dá)到95%，且不增加煙氣系統(tǒng)的運(yùn)行阻力，無廢水產(chǎn)生。SCR中低溫脫硝工藝反應(yīng)溫度較低（160~250 °C），凈化率高，可高達(dá)85%以上，工藝設(shè)備緊湊，布局合理，平面布局如圖2。

3.2   效果及評價(jià)

投入運(yùn)行后，加熱爐煙氣中CO進(jìn)口平均體積分?jǐn)?shù)為0.6%，出口平均體積分?jǐn)?shù)0.0984%，顆粒物、SO2、NOx各項(xiàng)指標(biāo)見表1。根據(jù)現(xiàn)場煙氣量實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，后期各項(xiàng)能源及物料指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)效果，降低運(yùn)行費(fèi)用，完全滿足環(huán)保及現(xiàn)場使用要求。

4.   結(jié)論

本套環(huán)保工藝設(shè)施選型從成本、設(shè)備先進(jìn)性、環(huán)保投運(yùn)指標(biāo)、后期運(yùn)行費(fèi)用等多方面進(jìn)行對比甄選，選定煙氣反吹+SDS脫硫工藝+布袋除塵+SCR脫硝工藝，從施工到投運(yùn)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量把關(guān)，運(yùn)行后工況良好，各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均滿足國家超低排放要求。

文章來源——金屬世界