脫硫脫硝技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用

作者：劉洋，男，42歲，工程師

收稿日期：2024-03-14

摘 要：對企業(yè)原脫硫脫硝工藝生產(chǎn)現(xiàn)狀、不足進(jìn)行了說明，通過研究創(chuàng)新性地在生產(chǎn)過程中加入液堿去除殘留的氮氧化物和二氧化硫。新技術(shù)的實(shí)施穩(wěn)定了生產(chǎn)，并產(chǎn)生了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到完善、彌補(bǔ)工藝缺陷的目的，對該新技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行說明闡述。

關(guān)鍵詞：脫硫脫硝；液堿；創(chuàng)新；應(yīng)用

INNOVATION AND APPLICATION OF DESULFURIZATION AND DENITRIFICATION TECHNOLOGY

Liu Yang

（Dahe Environmental Science and Technology Xuanhua Branch of HBIS Group? ? Xuanhua? ? 075100，China）

Abstract：This article explains the current situation and shortcomings of the original desulfurization and denitrification process in enterprises， and innovatively adds liquid alkali to remove residual nitrogen oxides and sulfur dioxide during the production process. The implementation of new technology has stabilized production and generated good economic benefits， achieving the goal of improving and compensating for process defects. The application of this new technology is explained.

Key words：desulfurization and denitrification; liquid alkali; innovate; application

0? ? 前? ? 言

燒結(jié)工序是鋼鐵企業(yè)氣態(tài)污染物排放最為嚴(yán)重的工序[1]。燒結(jié)煙氣治理是我國鋼鐵行業(yè)超低排放需徹底解決的重大課題之一。總結(jié)燒結(jié)煙氣各治理工藝的優(yōu)劣勢、分析不同工藝反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)符合產(chǎn)線生產(chǎn)需要的治理工藝路線非常重要，更為重要的是在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中創(chuàng)新性地使用新的治理工藝彌補(bǔ)之前的工藝缺陷，優(yōu)化技術(shù)方案，解決實(shí)際問題[2]。宣鋼2號、3號燒結(jié)機(jī)煙氣治理脫硫脫硝工藝，采用河北省DB 13/2169-2018《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)，排放要求氮氧化物＜50 mg/m3，二氧化硫＜35 mg/m3。但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，出口排放數(shù)據(jù)時(shí)常超標(biāo)，2號、3號燒結(jié)機(jī)煙氣出口二氧化硫數(shù)據(jù)一直處于國家排放限值臨界點(diǎn)，氮氧化物數(shù)據(jù)瞬時(shí)超標(biāo)、小時(shí)均值超標(biāo)時(shí)有發(fā)生，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行功率達(dá)到滿負(fù)荷，臭氧和脫硫劑飽和狀態(tài)供給，工藝調(diào)控已經(jīng)沒有空間余量，嚴(yán)重制約生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。為保證氮氧化物、二氧化硫出口數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)排放，生產(chǎn)穩(wěn)定順行，有必要對目前脫硫脫硝方法進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

1? ? 脫硫脫硝技術(shù)的創(chuàng)新

1.1? ? 脫硫脫硝工藝生產(chǎn)現(xiàn)狀

宣鋼2號、3號燒結(jié)機(jī)煙氣治理采用臭氧氧化法脫硝、石灰石-石膏法脫硫，先脫硝后脫硫。臭氧脫硝在反應(yīng)器中發(fā)生，氮氧化物脫除采用臭氧噴射氧化反應(yīng)，設(shè)計(jì)氮氧化物處理量最大值

200 mg/m3、臭氧機(jī)功率750 kW、臭氧發(fā)生量

100 kg，該技術(shù)工藝投產(chǎn)后氮氧化物出口指標(biāo)瞬時(shí)值經(jīng)常處于50 mg/m3（±5％）的臨界點(diǎn)，數(shù)據(jù)輕微波動(dòng)即超出標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

煙氣脫硫在脫硫塔反應(yīng)，原有設(shè)備為雙塔串聯(lián)，一級塔配備三臺循環(huán)泵噴淋，二級塔配備三臺循環(huán)泵噴淋，因煙氣入口阻力影響，脫硫塔噴淋效果受限無提升能力，脫硫過程中塔內(nèi)漿液密度始終保持高密度和高pH值運(yùn)行，出口二氧化硫數(shù)據(jù)出現(xiàn)瞬間超標(biāo)及波動(dòng)大時(shí)調(diào)整較困難。

表1? ? 技術(shù)創(chuàng)新前出口數(shù)據(jù)指標(biāo)情況

時(shí)間 SO2/（mg·m-3） NOx/（mg·m-3）

8月17日 16.3 44.9

8月18日 19.5 47.6

8月19日 20.1 44.6

8月20日 22.5 45.1

8月21日 18.6 47.8

8月22日 14.2 49.5

8月23日 21.6 41.2

8月24日 26.1 44.6

8月25日 30.3 42.4

1.2? ? 脫硫脫硝工藝創(chuàng)新

經(jīng)過查閱相關(guān)資料、實(shí)驗(yàn)室模擬和技術(shù)論證，決定在原有設(shè)備和工藝基礎(chǔ)上，根據(jù)氮氧化物和二氧化硫反應(yīng)特性和含量，結(jié)合目前工藝對煙氣成分含量脫除效果，采用在原脫硫二級塔內(nèi)新增噴射氫氧化鈉（液堿）藥劑的方法去除多余的氮氧化物和二氧化硫。

該技術(shù)利用氫氧化鈉在合適溫度區(qū)間內(nèi)與NO2進(jìn)行接觸還原反應(yīng)，使殘留的少量氮氧化物在原有設(shè)施工藝調(diào)整下具備最佳的反應(yīng)條件實(shí)現(xiàn)氮氧化物的充分還原，快速降低氮氧化物含量；通過添加氫氧化鈉去除SO3成分的氣溶膠，實(shí)現(xiàn)二氧化硫的脫出效果。達(dá)到出口煙氣超低排放要求，可提升燒結(jié)煙氣量，為增加燒結(jié)產(chǎn)量創(chuàng)造條件。

1.3? ? 新技術(shù)反應(yīng)原理

本項(xiàng)目是通過氫氧化鈉在二級洗滌塔內(nèi)與殘留物質(zhì)反應(yīng)，去除殘留NOx的含量和SO3成分的氣溶膠，實(shí)現(xiàn)脫除效果。

在水分子和氧原子的作用下，脫硝反應(yīng)步驟如下：

2NO+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO

HNO3+NaOH =NaNO3+H2O

NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O

2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

脫硫反應(yīng)步驟如下：

SO3+2NaOH=Na2SO3+H2O

NaOH+ SO3=NaHSO4

2? ? 脫硫脫硝新技術(shù)的應(yīng)用

2.1? ? 現(xiàn)場設(shè)備利舊和改造

1）制作安裝φ4 m×6 m液堿罐一個(gè)（利舊），安裝循環(huán)泵一臺（利舊），敷設(shè)DN 100 mm管路15 m。

2）罐頂安裝固定氫氧化鈉加藥裝置（備用）。

3）安裝液堿輸送泵及管路（利舊）。

4）液堿管路與二級塔聯(lián)通。

5）通過泵體將30%濃度的液堿打入洗滌塔，（洗滌塔是原二級脫硫塔）。

6）將打入洗滌塔的液堿與清水混合形成0.3%的混合液堿，pH值控制在7～9之間。

7）二級塔內(nèi)通過原循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)噴淋，將未達(dá)標(biāo)的煙氣進(jìn)行再次反應(yīng)和洗滌，達(dá)到脫除殘留SO2和NOx目的。

新工藝流程如圖1所示。

圖1? ? 新工藝流程示意

2.2? ? 新技術(shù)工藝參數(shù)

1）配加液堿的方式。

采購工業(yè)級濃度30%的液堿（NaOH），經(jīng)工業(yè)水稀釋為20%濃度后，用輸送裝置配加到噴淋塔內(nèi)，與臭氧系統(tǒng)未脫除的氮氧化物進(jìn)行二次吸收反應(yīng)并去除殘留的SO3成分氣溶膠，達(dá)到深度脫硝脫硫目的。

2）技術(shù)參數(shù)確定。

燒結(jié)煙氣通過煙道進(jìn)入臭氧氧化反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后的殘留煙氣（含氮氧化物100 mg/m3）進(jìn)入吸收塔，通過氧化風(fēng)機(jī)鼓氧到試驗(yàn)數(shù)據(jù)風(fēng)量3 000 m3/h時(shí)，使NO盡量轉(zhuǎn)化為NO2，氧化度在30%～50%范圍內(nèi)，吸收率隨氧化度的上升而迅速上升，氧化度在50%左右時(shí)，吸收率達(dá)到最大，以后隨氧化度的上升吸收率開始略有下降。

氧化后的煙氣進(jìn)入二級塔進(jìn)行液堿噴淋，此過程要求漿液溫度在70 ℃區(qū)間，溫度過高時(shí)阻礙NO2的轉(zhuǎn)換，過低時(shí)容易阻礙氫氧化鈉對氮氧化物的吸收，通過試驗(yàn)調(diào)整后設(shè)定最佳溫度在70±2 ℃，為最佳吸收溫度。

圖2? ? 漿液溫度和氧化風(fēng)量對應(yīng)模型

配加不同濃度的NaOH溶液比較吸收率，直觀的可以發(fā)現(xiàn)三種濃度的吸收率大致相近，20%的NaOH溶液有一個(gè)最高的而且穩(wěn)定的吸收率，吸收率隨液堿濃度的增加而有所下降，在10%～30%范圍內(nèi)吸收率沒有一個(gè)明確的隨濃度變化而相關(guān)變化的規(guī)律。理論分析得知其主要原因是：當(dāng)濃度達(dá)到一定程度后，NaOH溶液對氮氧化物的吸收己經(jīng)是一個(gè)快速不可逆反應(yīng)，在液膜內(nèi)只有一個(gè)反應(yīng)面，NO2和液堿不能共存，如果再增加NaOH溶液濃度，對氮氧化物吸收率的影響已經(jīng)不大，因?yàn)樗呀?jīng)不能增加其化學(xué)反應(yīng)速度，但濃度增高卻可以增加液膜阻力、降低氣體的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)，甚至在生成NaNO2的過程中會有結(jié)晶現(xiàn)象出現(xiàn)。通過不斷調(diào)整最終設(shè)定液堿濃度在20%含量，噴淋液PH值在8.5～9時(shí)為最佳反應(yīng)區(qū)間。

充分利用氫氧化鈉溶液在二級洗滌塔內(nèi)的合理濃度配比，合理調(diào)控噴射時(shí)長、漿液溫度、PH值、氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)量，既保證硫化物和氮氧化物的有效脫除，又不影響脫硫石膏成形工藝。

2.3? ? 新技術(shù)實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，脫硫工藝過程平穩(wěn)，脫硫劑用量降低（159 t/d），臭氧功率比原工況降低24%，出口煙氣指標(biāo)二氧化硫接近最小值，氮氧化物低于中間值，出口數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)（見表2），出口硫＜2 mg/m3，出口NOx＜25 mg/m3，一級塔原pH值降到5.5以下，密度由原1.15 t/m3以上降到1.12 t/m3，臭氧功率由原滿負(fù)荷720 kW降到550 kW，燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)料批由580 t提升到630 t，提高了生產(chǎn)效率，效果顯著。

表2? ? 技術(shù)創(chuàng)新后出口數(shù)據(jù)指標(biāo)情況

運(yùn)行時(shí)間 SO2/（mg·m-3） NOx/（mg·m-3）

12月01日 0.2 21.7

12月03日 0.8 27.1

12月05日 0.9 21.2

12月07日 1.2 22.5

12月10日 1.5 26.8

12月15日 0.6 25.2

2.4? ? 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)與國內(nèi)同行及環(huán)保技術(shù)公司交流總結(jié)，該技術(shù)投資小，省時(shí)省地，見效快，在燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)煙氣脫硫脫硝領(lǐng)域中，對于氫氧化鈉的使用尚屬首例，關(guān)鍵核心是使用氫氧化鈉會影響脫硫石膏成形，本項(xiàng)目通過長時(shí)間跟蹤生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，摸索氫氧化鈉的小時(shí)劑量為125 kg，配比濃度按20%與脫硫塔內(nèi)反應(yīng)液混合比3%進(jìn)行調(diào)配，循環(huán)與煙氣接觸去除氮氧化物和二氧化硫，最終攻克難關(guān)，不僅降低了排放指標(biāo)而且確保了脫硫石膏成形，不影響原脫硫脫硝生產(chǎn)工藝。

2.5? ? 新技術(shù)投用生產(chǎn)效益

實(shí)施后通過核算：

液堿每天消耗6 t，單價(jià)1 300元/t，1 300×6

=7 800元；節(jié)約脫硫劑23 t/d，單價(jià)210元/t，23×

210=4 830元/d；節(jié)約電耗615 kW/h，單價(jià)0.61元，615×24×0.61=9 003.6元/d。

單套設(shè)備每天降耗9 003.6+4 830-7 800=

6 033.6元/d，每月降耗6 033.6×30=181 008元；兩套設(shè)備共計(jì)降費(fèi)：181 008×2=362 016元，則每月可降耗36.2萬元，每年降耗36.2萬元×12個(gè)月=434.4萬元，成本效益可觀。

3? ? 結(jié)? ? 語

鋼鐵行業(yè)是重工業(yè)產(chǎn)業(yè)，近年來，中國鋼鐵工業(yè)以高端化、智能化、綠色化為目標(biāo)，加快轉(zhuǎn)型升級，高質(zhì)量發(fā)展之路越走越快[3]。鋼鐵行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，與環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理密不可分，環(huán)境治理技術(shù)的完善和創(chuàng)新又能推動(dòng)產(chǎn)能產(chǎn)線的升級和發(fā)展，利用好新技術(shù)、應(yīng)用好新技術(shù)，不僅為產(chǎn)線穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造條件，還能實(shí)現(xiàn)挖潛增效目的，為企業(yè)的節(jié)約化、綠色化、可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 黃玉鴻.燒結(jié)煙氣脫硫脫硝超低排放改造工藝路線探討[J].環(huán)境工程.2023，S1：387-389.

[2]? ? 李林.燒結(jié)煙氣錯(cuò)流式活性焦脫硫脫硝技術(shù)特征與工程實(shí)踐[C]//第十四屆中國鋼鐵年會論文集-12.冶金環(huán)保與資源利用.2023：50-58.

[3]? ? 孟凡君.加快轉(zhuǎn)型升級 鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展之路越走越快[N].中國工業(yè)報(bào)，2023-12-22（1）.