摘要：鞍钢炼铁总厂1988年投产的年产量为200万吨带式焙烧机，为解决球团主抽烟气外排颗粒物、SO2、NOX排放不达标的问题，新建球团烟气脱硫脱硝设施，采用SDS干法脱硫+SCR脱硝工艺。文章结合烟气参数及工艺路线特点，在满足排放指标达标前提下，通过采用节能措施，有效降低运行费用，节省运行成本。

　　关键词：烟气脱硫脱硝；供氨系统；热风炉系统；GGH换热器系统；节能措施

　　鞍钢炼铁总厂球团生产线配置1台带式焙烧机，于1988年投产，设计年产量为200万吨。该生产线主抽烟气原经两电场电除尘器除尘净化，执行颗粒物排放浓度限值250mg/Nm3，后对电除尘器进行改造，将两电场改造为双室四电场，颗粒物排放浓度限值提升至50mg/Nm3。

　　现场监测数据显示，球团主抽烟气在线监测SO2浓度515mg/Nm3，NOX浓度460mg/Nm3，烟气量855600Nm3/h，烟气温度90~105℃,含湿量8%，O2含量20%。文章研究要求烟气处理后各项指标需满足：颗粒物排放浓度限值10mg/Nm3、SO2排放浓度限值为35mg/Nm3、NOX排放浓度限值50mg/Nm3，基准氧含量18%［1］。

　　为实现上述排放要求，工艺路线采用先通过GGH换热换热器将烟气加热至230℃,达到SDS干法脱硫的反应温度窗口，脱硫除尘后的烟气再加热至260℃,而后进入SCR脱硝系统的技术方案。具体工艺流程为：球团烟气（90~105℃)→GGH换热（升温至230℃)→SDS脱硫（降温至220℃)→布袋除尘（降温至210℃)→烟气加热（升温50℃)→SCR脱硝（降温至250℃)→GGH换热（降温至119.6℃)→引风机→球团烟囱。

　　1脱硫系统

　　1.1 SDS干法脱硫反应原理

　　SDS干法脱硫以碳酸氢钠（NaHCO3）作为核心吸附剂，其反应过程主要分为吸附剂热分解与酸性污染物反应两个关键阶段［2］，具体原理如下：

　　1.1.1吸附剂热分解

　　将碳酸氢钠吸附剂直接喷入温度≥140℃的烟气环境中，高温条件下碳酸氢钠发生分解反应，生成碳酸钠（Na2CO3）、水（H3O）和二氧化碳（CO2）。该分解反应产生的新生态碳酸钠具有极高的化学活性，为后续与酸性污染物的快速反应奠定基础。

　　1.1.2酸性污染物脱除

　　分解生成的高活性碳酸钠与烟气中的酸性污染物（主要为SO2、SO3）发生化学吸附与反应，将酸性污染物转化为稳定的固体盐类，从而实现烟气脱硫净化。核心反应方程式如式（1）、式（2）：

　　SO2+2NaHCO3→Na2SO3+2CO2+H2O（1）

　　SO3+2NaHCO3→Na2SO4+2CO2+H2O（2）

　　1.2系统设置

　　在烟气管道的脱硫剂喷射点后设置静态分布器［3］，如图1所示。通过内外圈旋流形成紊流场，可强化烟气与脱硫剂的混合均匀性、提升反应充分性，实现物料节约。为保障脱硫效果，喷射点至除尘器入口的烟气管道总长度需大于90m，确保脱硫剂在烟气管道的停留反应时间超过5s。静态分布器下部增设压缩空气扰流装置，可有效避免物料在静态分布器的烟道底部沉积，同时进一步提升烟气紊流程度，强化传质反应效率。脱硫灰成分检测数据显示，设置静态分布器后，脱硫灰中的Na2SO4含量比未设置工况提升19%。例如，以脱硫剂最大消耗量1200kg/h测算，设置静态分布器后，脱硫剂可节约19%，按国产原料单价2000元/吨、年运行时间8400h计算，每年节约运行费用383万元。

　　2供氨系统

　　2.1 SCR脱硝反应原理

　　SCR脱硝，即选择性催化还原反应，其核心特征是“选择性”，在催化剂的作用和氧气存在条件下，NH3可优先与烟气中的NOX发生还原反应，生成无污染的N2和H2O，而不易与烟气中的氧气发生副反应。具体反应过程为：脱硫后的烟气通过烟道进入SCR反应器，供氨系统向烟气中喷入氨气。在180~260℃的温度区间，烟气中的NOX在SCR反应器中催化剂的催化作用下，与氨气发生化学反应，实现NOX的脱除。

　　在SCR脱硝反应器内，NOX中主要组分（NO、NO2）的核心还原反应方程式如式（3）、式（4）：

　　4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O（3）

　　2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O（4）

　　2.2系统设置

　　文章研究中设置两种喷氨模式，氨水直喷和氨水气化［4］。氨水直喷的流程为氨水泵输送的氨水经调节阀流量调节后，进入双流体喷枪雾化，随后喷射到烟气管道内。雾化后的氨水与热烟气混合，通过吸热迅速气化，最终形成氨气、水蒸气与热空气混合气体。氨水汽化的流程为稀释风机从脱硝反应器出口的烟道抽取热烟气，输送至氨气蒸发器内。同时，氨水泵输送的氨水经调节阀流量调节后，进入双流体喷枪雾化，喷射到氨水蒸发器内与热烟气混合。雾化后的氨水吸热快速气化，形成氨气、水蒸气与热空气混合气体，再经管道输送至喷氨格栅AIG与烟气混合。氨水直喷与氨水汽化对比，如表1所示。

　　3热风炉系统

　　SCR脱硝反应需在特定温度区间内进行，当烟气温度低于反应所需温度时，需采用热风炉燃烧后的高温烟气与低温烟气混合升温，以保障脱硝反应效率。

　　常规加热方案采用外置式热风炉，点火燃料采用焦炉煤气，主燃烧燃料采用高炉煤气，配风采用脱硝前原烟气，助燃采用室外空气。配风风机、助燃风机均配置1用1备冗余设置。热风炉出口烟气温度可达800℃,热风炉负荷调节范围30%~120%。

　　文章研究中采用内置式直燃炉方案，直燃炉布置在脱硝烟气入口烟道处。燃料采用高炉煤气，点火采用等离子点火。热风炉助燃采用脱硝前热烟气，助燃风机1用1备，负荷调节范围30%~120%。外置式热风炉与内置式直燃炉对比，如表2所示。

　　文章研究采用内置式直燃炉，节约了配风风机的电耗；由于燃烧烟气中的CO，节约煤气效果明显；助燃风采用脱硝前烟气，实际运行时可将氧含量从19.5%降低至18.9%，折算成基准氧18%后，将SO2排放浓度由17.5mg/Nm3提高至24.5mg/Nm3，将NOX排放浓度由25mg/Nm3提高至35mg/Nm3，将颗粒物排放浓度由5.0mg/Nm3提高至7.0mg/Nm3；点火采用等离子，取消了焦炉煤气伴烧，此处又节约了部分能耗；内置式直燃炉实际运行燃烧稳定，温度场分布均匀，每年节约运行费用588万元。

　　4 GGH换热器系统

　　脱硫除尘脱硝前90~105℃的原烟气，经GGH换热器换热升温至230℃。脱硝后250℃的净烟气，经GGH换热器换热降温至119.6℃。直燃炉所需的补热温升，取决于SDS脱硫反应器、布袋除尘器、SCR脱硝反应器的温降幅度，以及GGH换热器高温端的温差大小。

　　SDS脱硫反应器、布袋除尘器、SCR脱硝反应器的温降幅度，由设备保温设计及施工质量决定。文章研究采用双层保温棉交错布置方案，保温棉间形成空气层，可最大程度降低上述设备的温降损失。

　　GGH换热器高温端的温差，取决于换热元件的面积大小。从经济性角度，GGH换热器高温端的合理温差为30℃,常规EPC项目均明确要求换热端温差不超过30℃。

　　30℃换热温差下的GGH换热器参数：原烟气入口流量855600Nm3/h，入口温度90℃,出口温度180℃；净烟气入口温度210℃,出口温度120℃。GGH换热器高温端的设计温差为30℃。

　　20℃换热温差下的GGH换热器参数：原烟气入口流量795000Nm3/h，入口温度90℃,出口温度230℃；净烟气入口温度250℃,出口温度119.6℃。GGH换热器高温端的设计温差为20℃。GGH换热器高温端的温差需燃烧高炉煤气去升温，GGH换热器高温端温差下降则带来换热元件面积的增加，从而带来初投资的增加。

　　采用同等烟气量、同等型号换热器、低温运行模式，GGH原烟气入口温度90℃,GGH原烟气出口温度184℃,GGH净烟气入口温度200℃,GGH净烟气出口温度112℃,GGH阻力1600Pa。此时GGH换热器高温端的设计温差为16℃。

　　不同换热温差下的GGH换热器对比，如表3所示。

　　本工程GGH换热器高温端的设计温差为20℃,实际运行温差约为15℃,年节约煤气费846.5万元，由换热元件面积增加带来初投资增加956万元，按照15年运营期限折算，每年节约费用782.77万元。

　　5结语

　　综上所述，按照最大烟气量、最不利工况测算，采用静态分布器可降低脱硫剂消耗383万元/年；采取氨水直喷可节约运行电耗64万元/年；采用内置式直燃炉并采用脱硝前烟气进行助燃，可节约运行费用588万元/年，还可降低氧含量0.6%；减小GGH换热器高温端的温差，可节约费用783万元/年；累计节约费用1818万元/年。由此可知，文章研究而得的措施，不仅能降低运行费用，还可大幅节省运行成本。

参考文献

　　［1］关于推进实施钢铁行业超低排放的意见［J］.中国钢铁业，2019（6）：5-8.

　　［2］祝文，岳琳，谭栋栋，等.浅谈钢铁厂燃气锅炉烟气SDS干法脱硫除尘超低排放技术［J］.山东化工，2021，50（9）：254-255.

　　［3］辽宁冶金设计研究院有限公司.烟气脱硫反应器的烟道：CN201921041104.1［P］.2020-06-23.

　　［4］辽宁冶金设计研究院有限公司.一种用于氨水雾化双流体喷枪的输送机构：CN202021154715.X［P］.2021-03-23.