烧结烟气排放超低改造项目在长钢公司的应用

摘要：应环保要求，首钢长治钢铁有限公司于2019年8月开始对4号、5号烧结机头烟气排放进行超低改造，选择了循环流化床半干法脱硫除尘工艺系统和SCR脱硝工艺技术，经过5个月紧张有序的施工，于2020年1月中旬对接完成，投运调试后满足设计要求，达到超低排放要求。

关键词：烟气 脱硫 脱硝 改造

1 前言

首钢长治钢铁有限公司（简称首钢长钢公司）属山西省国有重点钢铁企业，位于山西省东南部，长治市潞州区西北三十公里处，地处上党盆地正中。前身为始建于1946年的故县铁厂，是中国共产党于战争年代在太行山革命根据地创建的第一个钢铁企业，曾经为解放战争、抗美援朝战争和新中国的建设事业做出过重要贡献，被誉为“共和国红色钢铁的摇篮”。2013年根据环保要求，长钢两台200m2烧结机机头烟气配套了脱硫设备，脱硫系统采用密相塔半干法烟气脱硫技术，无脱硝工艺。此脱硫系统无法实现超低排放，不满足超低排放限值：颗粒物≤10mg/m2；二氧化硫≤35mg/m2；氮氧化物≤50mg/m2的要求，面对严峻的环保管控形势，国家政策要求，必须对烧结机烟气脱硫、脱硝进行提标改造。2019年7月集团公司批准长钢投建4号、5号烧结烟气超低排放改造工程项目（即脱硫系统升级改造，增加脱硝系统），8月开始施工，于2020年1月与烧结烟气管道对接投运，共投资21877.49万元，投运后烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物浓度明显下降，达到了国家超低排放值以下。

2 项目提出的背景

（1）随着我国社会经济的不断发展，当前中国经济发展步入新常态，经济发展与环境保护协调融合显得尤为重要。为此，国家正在积极探索绿色生态发展新路径，“十三五”规划首次提出“生态环境质量总体改善”新目标，绿色发展贯穿于“十三五”经济社会发展各领域各环节。“十三五”规划的十个目标中，加强生态文明建设首度被写入五年规划，这说明生态文明建设将在未来的经济社会发展中古据十分重要的地位。

（2）《“十三五”生态环境保护规划》高度重视生态环境保护工作，持续加强推进大气、水、土壤污染防治。《国家环境保护标准“十三五”发展规划》中指出加强工业企业大气污染综合治理，推动产业转型升级，继续加强对二氧化硫、氮氧化物、颗粒物以及重金属的排放控制。

（3）2017年2月17日，在“十三五”规划发展方向推动下，环保部印发了《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》，长治市被列为国家2+26城市，要求2018年执行国家钢铁、焦化和火电特别排放标准，2019年生态环境部《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》要求实施超低排放，同时山西省、长治市2019年分别出台文件要求2019年12月31日前完成钢铁企业超低排放改造。

（4）项目建设前长钢炼铁厂两台烧结机，各配置两合主风机，主风机后设有脱硫设施，脱硫系统采用密相塔半干法烟气脱硫技术，无脱硝工艺。运行指标如下：

烧结机现有脱硫系统无法实现超低排放，不满足超低排放限值：颗粒物<10mg/m3，二氧化硫<35mg/m3，氮氧化物≤50mg/m3的要求，面对严峻的环保管控形势，国家政策要求，必须对烧结机烟气脱硫、脱硝进行提标改造。

3 工艺选择

3.1 脱硫脱硝方案确定的原则

目前国内外脱硫脱硝方案很多，工程应用也较多，具体到本工程脱硫脱硝方案的确定遵循以下原则：

（1）烟气脱硫脱硝工程建设符合我国方针和政策，贯彻安全、可靠、经济、适用并符合国情的原则。

（2）选择工艺技术成熟、先进、经济合理的工艺系统。

（3）考虑节约用水。

（4）考虑主机规模和烟气量变化等要求。

（5）考虑 SO2浓度、二氧化硫控制规划、环境要求的脱硫效率。

（6）考虑 NOX浓度、氮氧化物控制规划、环境要求的脱硝效率。

（7）应充分考虑脱硫剂供应条件、脱硝剂供应条件、脱硫副产品的综合利用条件。

（8）应充分考虑废水、废渣排放条件。

（9）应充分考虑厂区总布置条件等因素。

（10）应考虑生产过渡的方便，脱硫设施的建设尽量减少对主机生产的影响。

3.2 脱硫工艺选择

由于环保的要求日益严格，结合现有的主流脱硫工艺，针对本工程及以上原则，通过市场调研，借鉴烧结、电厂、焦化等行业的脱硫业绩，目前市场占有率较多可供选择的脱硫技术主要有：循环流化床半干法脱硫除尘工艺、旋转喷雾干燥法（SDA）、石灰石-石膏湿法工艺、氨-硫铵湿法脱硫工艺、活性焦法脱硫工艺、烟道喷射工艺。长钢公司结合当前实际情况经过对以上工艺的评价，选择了循环流化床半干法脱硫除尘工艺。循环流化床半干法脱硫除尘工艺系统主要由吸收剂制备及供应、吸收塔、物料再循环、工艺水系统、脱硫后除尘器以及仪表控制系统等组成。技术特点：

（1）该工艺整个过程为干态，有利于文明生产的要求。

（2）该工艺具有巨大的比表面积，可以吸附成气溶胶状的 SO3粒子，从而脱除几乎全部的 SO3，因此，烟囱无需防腐，大大节省烟囱的防腐费用及今后的维护费用；

（3）该工艺是一种脱硫除尘一体化的工艺，脱硫后采用布袋除尘器，可以达到 10mg/Nm3的排放要求。

（4）通过流化床内所具有的激烈湍动和巨大表面积的颗粒的作用，可将PM10、PM2.5以及更细的细微颗粒物凝并成大颗粒，然后通过布袋除尘器可以有效地去除。

（5）脱硫系统的建设不影响主机的正常运行，可利用主机短暂的停机检修时间进行烟气系统的接驳。

（6）脱硫系统不用防腐，整体占地面积小，造价低，今后的维护费用小。

（7）无废水排放，符合工业用水零排放的要求。（8）该工艺可以有效地脱除HCl、HF、重金属、二噁英等有害物质。

（9）启动方便，烟气工况适应性强，对各种含硫浓度的烟气均能有效进行净化，设有清洁烟气再循环系统，对主机负荷的变化均能快速适应。

（10）技术成熟、可靠，设备可靠，经济上有好的性价比。

（11）SO2 、NOX、粉尘等污染物达到超净排放，并可对 SO3、二噁英、重金属进行协同脱除。

3.3 脱硝工艺选择

烧结行业目前有应用业绩的脱硝技术，主要有活性炭吸附技术、烧结烟气选择性催化还原脱硝技术（SCR 脱硝）以及其他低温协同脱硝技术等，针对本工程及以上原则，长钢公司采用中温 SCR 脱硝工艺。SCR脱硝工艺是在一定温度和催化剂存在的情况下，向烟气中通入还原剂 NH3，将烟气中的NOx还原为无害的氮气（N2）和水（H2O）。它是目前国内外应用最为成熟的烟气脱硝工艺。此工艺在首钢迁钢已经得到了成功的应用，根据国内外现有烧结球团 SCR 脱硝情况，2016 年前后韩国浦项、台湾中钢、上海宝钢 4 烧 600m2 烧结机实施的 SCR 脱硝项目均采用 280℃的温度反应窗口的催化剂，尤其是宝钢 4 烧 600m2烧结机 SCR 脱硝项目 2016年10月份投运，至今运行稳定。

4 工艺流程

烧结烟气脱硫脱硝工艺中，脱硫部分拟采用 “SSC 烧结（球团）烟气干式超净工艺”（简称 SSC 干式工艺），脱硝部分采用 SCR 脱硝技术。本项目脱硫脱硝除尘系统按“一机一塔”方案，配置干法脱硫脱硝除尘装置，采用两级风机串联的布置方式，具体工艺流程：烧结机→现有电除尘器→现有主抽风机→脱硫反应塔（新建）→布袋除尘器（新建）→GGH 换热器（原烟气段）→SCR 脱硝→GGH 换热器（净烟气段）→脱硫脱硝引风机→烟囱排放。

4.1 脱硫、除尘系统

循环流化床半干法脱硫除尘工艺系统主要由脱硫塔、脱硫除尘器、脱硫灰循环系统、吸收剂制备及供应系统、烟气系统、工艺水系统、流化风系统、脱硫灰外排系统等组成。

4.2 脱硝系统

在脱硫装置之后，对应一套 SCR 脱硝系统。主要由以下几个分系统组成：氨区系统、氨喷射系统、脱硝反应系统、烟道系统、烟气换热系统、烟气加热系统等组成。

5 项目施工

该项目由山东国舜公司承建，于2019年8月开始施工，两台烧结机各投建一套脱硫脱销系统，经过施工方紧张有序的施工组织，两套系统先后分别于2019年12月28日和2020年1月12日完工，分别利用7天的停机检修时间把新系统的入口、出口与旧系统的入口、出口对接，旧系统隔离拆除。

6 使用效果

目前处于调试阶段，烟气含尘量、二氧化硫、氮氧化物达到了设计要求，满足超低排放要求。投运后的在线数据如表2。

7 结论

长钢公司炼铁厂通过前期对多种脱硫脱硝工艺的考察对比，选择了循环流化床半干法脱硫除尘工艺和SCR脱硝工艺，经过五个月的施工，安全投运，脱硫系统较旧系统的除尘和脱硫效果好，脱硝系统调试时间较长，目前数据波动较大，基本达到了设计效果，需要进一步优化操作。