燒結機煙氣SCR脫硝系統前置和后置之技術分析

趙 博

（浙江德創環?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 紹興 312000）

隨著我國經濟發展對鋼鐵需求量的日益增加，鋼鐵工業已經成為國民經濟的支柱產業。據中鋼協統計，2016年我國粗鋼產量達8.08億t，占全球粗鋼產量的49.7%。隨著產量的不斷攀升，鋼鐵企業的大氣污染問題日益嚴重。鋼鐵工業是我國工業領域主要排污大戶之一，根據2016年中國環境統計年鑒，二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵排放量分別為203.8萬t、267.1萬t、240.3萬t、占工業企業排放總量的比例分別為14.5%、24.5%、21.7%[1]。燒結作為鋼鐵生產過程中污染最嚴重的工藝環節之一，其煙氣中的顆粒物、SO2、NOx排放量分別約占鋼鐵生產總排放量的20%、60%、50%，燒結煙氣的治理已經成為鋼鐵企業環保達標的重中之重。

2017年6月，原環境保護部發布了《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》（修改單（征求意見稿）），將燒結機和球團焙燒設備特別排放限值的顆粒物限值調整為20 mg/Nm3、二氧化硫限值調整為 50 mg/Nm3、氮氧化物限值調整為100 mg/Nm3[2]。

2018年9月，河北省印發《鋼鐵工業大氣污染物超低排放標準》（DB13/2169-2018），提出燒結機頭（球團焙燒）煙氣在基準含氧量16%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為10 mg/Nm3、 35 mg/Nm3、50 mg/Nm3，其他工序顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為10 mg/Nm3、50 mg/Nm3、150 mg/Nm3[3]?，F有企業要求自2020年10月1日起執行，新建企業要求自2019年1月1日實施之日起執行。鋼鐵行業邁入超低排放時代。

我國燒結煙氣脫硫早在2004年由廣州鋼鐵廠在 24 m2燒結廠初步實施，于2007年全面實施。據原環境保護部統計數據，至2014年，全國燒結機脫硫設施共有526臺，已有脫硫設施的燒結機面積達8.7萬m2， 占燒結機面積的63%。從公布的清單分析，干法、半干法占17%，濕法占87%。除部分已建的干法（活性炭法）燒結脫硫脫硝一體化處理設施外，燒結機煙氣脫硫脫硝的實例較少，因此結合現有燒結脫硫裝置，改造加裝SCR脫硝系統是接下來的存量燒結裝置環保改造的主流方向。

在現在半干法、濕法脫硫裝置基礎上加裝SCR系統有脫硝前置和脫硝后置兩種工藝路線，即SCR系統設于脫硫裝置之前或脫硫裝置之后，兩種工藝路線在技術上各有優劣，運行成本上亦有所差異，現以濕法脫硫+SCR組合脫硫脫硝為基準，對兩種工藝進行簡要技術、經濟對比分析。

1 脫硝前置工藝

圖1 前置SCR脫硝裝置流程

主抽風機出口煙氣進入GGH加熱至約300℃，并經高爐煤氣燃燒加達到320℃或更高溫度后進入SCR反應器進行脫硝反應，脫硝后的煙氣經GGH回收部分熱量后經增壓風機加壓，進入FGD系統進行脫硫處理，脫硫凈煙氣進入煙囪外排。

1.1 前置SCR脫硝的優勢

采用前置脫硝工藝，由于煙氣未經脫硫處理，SO2濃度較高，考慮到脫硝催化劑的特性，宜選用反應溫度320℃以上的高溫催化劑。高溫催化劑在電力行業SCR脫硝系統中應用廣泛，技術成熟可靠，成本較低。

由于原始燒結煙氣煙溫較高，采用圖1所示熱平衡計算設計，經GGH加熱后的原煙氣僅需加熱約20℃即可達到高溫催化劑反應溫度要求。由于煙氣未經脫硫，含水量低，煙氣加熱所需要的能耗（高爐煤氣）較少，運行成本相對較低。

1.2 前置SCR脫硝的劣勢

由于燒結煙氣未經脫硫，進入SCR系統的煙氣SO2濃度較高，以高溫催化劑SO2/SO3轉化率1%為基準，以一臺265 m2燒結機為例，前置脫硝每小時NH4HSO4生成量＞100 kg，NH4HSO4在146～207℃（低灰條件）溫度區間范圍內會凝結成液態，而恰恰GGH換熱元件在運行中部分區域處于這一溫度區間范圍內，凝結于換熱元件上的液態NH4HSO4捕捉飛灰能力極強，會與煙氣中的飛灰粒子相結合，附著于換熱元件上形成融鹽狀的積灰，造成預熱器的腐蝕、堵灰等，進而降低預熱器的換熱效率，增大煙氣阻力，增大系統運行及維護成本。

對于大量采用濕法脫硫裝置的現有燒結機，由于濕法脫硫后的煙氣為40～50℃飽和濕煙氣，擴散條件不佳且水氣易凝結，普遍存在“煙囪雨”及白色煙羽現象，如考慮到進一步的煙氣脫白要求，需要另外加裝MGGH等煙氣再熱裝置，投資成本和運行成本會有所增加。

2 脫硝后置工藝

主抽風機出口煙氣進入FGD系統進行脫硫處理，脫硫后煙氣進入GGH加熱至約240℃，并經高爐煤氣燃燒加達到280℃后進入SCR反應器進行脫硝反應，脫硝后的煙氣經GGH回收部分熱量后經增壓風機加壓進入煙囪外排。

2.1 后置SCR脫硝的優勢

采用后置脫硝工藝，由于煙氣已經過脫硫處理，SO2濃度降至50 mg/Nm3以內，可以選用寬溫催化劑或低溫催化劑，且由催化劑副作用所導致的SO3生成會大幅度降低，從而減少NH4HSO4生成。以一臺265 m2燒結機為例，后置脫硝每小時NH4HSO4生成量＜10 kg， 大大減輕后續GGH換熱元件的腐蝕，少量NH4HSO4可通過GGH的吹掃系統進行清除，保證GGH的換熱效率和整個系統的運行穩定性。

圖2 后置SCR脫硝裝置流程

GGH（煙氣-煙氣換熱器）作為熱量回收裝置，其作用主要是以脫硝反應后的高溫煙氣加熱SCR入口的低溫煙氣，回收外排煙氣中的熱量以降低系統加熱能耗。在不考慮系統散熱損失的情況下，需要輸入系統的能量主要取決于GGH凈煙氣側排煙與原煙氣側進煙的溫度差，溫差越小，能耗越低，但兼顧到GGH的換熱效率和投資成本，最終排煙溫度不宜設置過低，通常選取70～90℃，大大高于濕法脫硫出口50℃的煙溫，有利于煙囟排煙擴散，減少濕煙氣白色煙羽的產生量。

2.2 后置SCR脫硝的劣勢

由于脫硫后煙氣溫度較低（40～50℃），在參與脫硝反應前，需與脫硝后煙氣在GGH換熱器中進行換熱及熱量回收，受GGH技術和選型限制，宜采用寬溫催化劑，設計反應溫度280℃為例，換熱后的煙氣仍需加熱約40℃才能滿足脫硝反應要求。由于煙氣經過濕法脫硫后含水量增加，加熱所用高爐煤氣量較大，能耗成本較高。

3 技術綜合對比

技術綜合對比如表1所示。

表1 技術綜合對比

4 結論

兩條工藝路線均可以滿足脫硫、脫硝系統的協同處理要求：前置SCR脫硝工藝在運行成本上具有一定的優勢，但是存在一定的硫銨鹽腐蝕堵塞風險，在燒結煙氣SO2濃度較低時具備一定的工藝優勢；后置SCR脫硝工藝運行穩定可靠性高，但運行成本相對于前置脫硝更高，在燒結煙氣SO2濃度較高時是一個好的選擇。因此，人們需要綜合考慮燒結機運行工況、煙氣條件、指標要求以及場地條件等因素，選擇和確定工藝路線。