河钢唐钢球团烟气“超超低”排放工艺技术实践

摘要：河钢唐钢新建2台480万吨/年带式焙烧球团机，采用先进、成熟、可靠的循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术，按照“超超低”排放指标进行组织建设，项目实施后各项指标均达到了预期目标。该项技术在球团工艺的应用实践证明该项技术具有行业推广价值。

关键词：球团；烟气；超超低；SCR脱硝

0 引言

我国钢铁行业排放的污染物仅次于火电行业，球团烟气中含有SO2、NOx、粉尘、重金属及二噁英等污染物，烟气成分复杂，治理难度大，钢铁行业的烟气超净治理成为继火电行业之后的又一个主战场，环保形势严峻。河北省钢厂密度世界最大，钢铁生产排放的烟气污染物总量大，加上地处京津冀核心区，环保敏感度高。为此，2019年3月，唐山市提出了比国家钢铁超低排放更为严格的指标要求，即NOX＜30 mg/m3、SO2＜20 mg/m3、颗粒物＜5 mg/m3，也称“唐山限值”或称“超超低排放”。

河钢唐钢乐亭基地是河钢集团执行省市两级政府要求的产能转移、退城搬迁项目，乐亭钢铁引入智能化、绿色化工厂的设计理念，以环保推动产业改革为己任，应用国内外先进成熟的节能减排新工艺、新技术和新设备，构建高效节能、绿色环保的智能化工厂，力争成为钢铁行业环保龙头企业。

河钢乐亭基地新建2台480万吨/年带式焙烧球团机，采用先进、成熟、可靠的循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术，按照“超超低”排放指标进行组织建设。

1 球团烟气特点

与火电锅炉烟气相比，钢铁球团烟气是将置于台车上的各种粉状含铁原料，燃料和溶剂点火融化，高温焙烧成型过程中所产生的含有多种污染物成分的气体，具体以下特点：

1）烟气量大，且随着运行工况的调整存在一定的波动性。

2）烟气温度较高，一般在120～180℃左右。

3）经机头电除尘器处理后，粉尘浓度约

50 mg/Nm3，粉尘主要由金属、金属氧化物或不完全燃烧物质等组成.

4）原烟气中初始SO2浓度差异较大，受球团矿成分的影响，采用进口矿的球团烟气中SO2浓度一般为500～1300 mg/Nm3。

5）原烟气中初始NOx浓度约为400 mg/Nm3，为了保证NOx超超低排放，脱硝率要求高达92.5%以上。

6）烟气成分复杂，含有多组分的腐蚀性和有毒气体污染物，根据不同的矿源，含有一定量的氯化氢（HCl）、硫氧化物（SOX）、氮氧化物（NOX）和微量的重金属等，另外含有一定量的二噁英剧毒污染物。

7）球团烟气含湿度大，可达8～13%，且含氧量高，可达17～19%。

由于球团烟气的以上特点，目前在电厂等领域使用的烟气超净治理工艺（如湿法脱硫）难以适应球团烟气的工艺特点，必须针对其自身的特点，进行综合考虑，选择适合球团的烟气治理超净工艺。

2 球团烟气实现“超超低”排放工艺技术的选择分析

目前工业化应用的脱硫脱硝工艺种类较多，一般按照脱硫副产物的分类，将脱硫工艺分为湿法脱硫、半/干法脱硫工艺。

湿法脱硫工艺其脱硫效率高，最早在市场上推广，但其存在严重的腐蚀问题，会产生脱硫二次废水，烟囱白烟/蓝烟现象严重，且无法高效脱除SO3、二噁英及铅、汞等重金属物质，粉尘排放超标等。故，此工艺无法有效耦合SCR脱硝工艺，容易导致后续SCR脱硝催化剂堵塞、失活等问题，湿法脱硫配套SCR脱硝实际运行效果不理想。目前钢铁行业已建湿法脱硫的项目，根据河北省各地的环保要求，逐渐在推行“拆湿改干”的改造路线，以满足当地的环保要求。

a）循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术

以循环流化床干法为代表的干法脱硫工艺，具有工艺流程简单，运行能耗低，运行维护费用及一次性投资费用低，占地面积小等特点，循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术，可长期稳定实现常规硫、硝、尘超超低排放的同时，还具有协同脱除SO3、HCl、HF、重金属、PM2.5/PM10可吸入细微颗粒物等多组份烟气污染物的能力，整个流程无废水产生，且无需对烟囱进行防腐，烟囱排烟干净透明。目前循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术已在国内得到广泛成功应用，其中包括河钢唐钢2×210 m2、132 m2烧结机、宝钢600 m2烧结机、首钢京唐2×500 m2烧结机，首钢京唐2×400万吨球团等，是目前公认的最先进的球团烟气超超低治理技术。

循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术主要由吸收塔系统、布袋除尘器系统、吸收剂制备及供应系统、物料再循环及外排系统、工艺水系统、烟气再循环系统、脱硫灰库系统、SCR脱硝反应系统、GGH换热系统、烟气加热系统、氨水存储及供应系统、氨水蒸发及喷氨系统以及电气、仪表控制系统等组成。

工艺流程：

球团机→机电除尘器→主抽风机→脱硫反应塔→布袋除尘器→GGH换热器（原烟气端）→SCR脱硝→GGH换热器（净烟气端）→脱硫脱硝引风机→烟囱排放。

循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术流程图如下：

从球团机排出的烟气经电除尘器處理后，由主抽风机后的烟道引出，通过烟道先行引入脱硫除尘系统，在干式脱硫反应塔内，依靠循环流化床反应塔中剧烈湍动的高浓度、高效传质传热的物料床层，通过喷水降温至85～100℃，高效协同脱除SO3、SO2、HCl、HF酸性气体和重金属、二噁英等污染物，脱硫后的烟气再通过后续的专用低压旋转脉冲布袋除尘器对粉尘进行深度进化，粉尘排放浓度≤5 mg/Nm3。经过脱硫除尘后的烟气，引入GGH换热器一端进行一级换热（刚启动时，采用燃气炉加热），换热及加热升温后烟气温度由85～100℃升高至约280℃，280℃的烟气再进入SCR脱硝系统，与喷入的氨气混合气充分混合，通过高效催化剂将氮氧化物还原成氮气和水进而脱除。经过脱硫脱硝除尘处理后的烟气再进入GGH换热器另一端进行二级换热降温，降温后的烟气温度约110～120℃，通过后续增设的动叶可调轴流式引风机返还回烟囱排放。

b） 循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺技术特点：

i. 多组分污染物协同脱除：循环流化床干法+中温SCR脱硝工艺在满足硝、硫、尘“30205”超超低排放指标的同时，可高效协同脱除SO3、铅、汞等重金属、HCl、HF、二噁英等多组分污染物。

ii. 实现99%以上长期稳定的高脱硫率，保证SO2排放≤20 mg/Nm3。

1）采用烟气循环流化床高效双段反应器结构形式，大大延长了塔内碱性吸收剂和烟气的接触时间，提高脱除效率；

2）具有高密度、高比表面积、高湍动能的吸收剂物料床层（床层底部高密度区高达20 kg/m3，塔内平均浓度为4 kg/m3），局部钙硫比达50∶1以上，大大提高了SO2与吸收剂的接触几率；

3）循环流化床干法工艺具有最大的气固滑落速度差，强化了气固混合，大大提高了气固之间的传质、传热速率，为高脱硫率提供保证；

4）脱硫反应塔具有大高径比的特点，反应塔高度大大高于常规循环流化床反应塔，烟气在塔内的反应时间更长；

5）塔内物料充分返混和再循环，吸收剂平均在塔内的反应时间长达60 s，使得烟气与脱硫吸收剂实现充分接触反应。

iii. 粉尘的超净排放：“流化床凝并造粒+超滤布袋除尘”的组合创新，进一步提升收尘效果，使最终的出口粉尘浓度≤5 mg/Nm3

配套脱硫专用的高效布袋除尘器，烟气通过循环流化床吸收塔后，通过改善雾化喷水效果和床层物料的流化形态，促进塔内物料的增湿、团聚、凝并，提高塔内的颗粒造粒效果，增大粉尘粒径，使原本布袋除尘器都难以阻挡的亚微米级颗粒得以高效地被除去。同时，结合吸收塔出口的恒流速技术和采用超滤布袋除尘技术，更保证了这些已絮集的颗粒不易被破坏重新分散，使细粉尘颗粒更有利于被后级布袋除尘器过滤脱除。

另外，布袋采用进口PPS滤料+PTFE表面处理，布袋性能更加可靠。而且在布袋除尘器整体设计时，通过增大布袋除尘器的收尘面积，将布袋的过滤风速控制在0.65 m/min以下，保证烟气的粉尘排放浓度低于5 mg/Nm3的超超低排放标准。

iv. NOx的超净排放：采用成熟的中温SCR脱硝技术，可有效保证NOx排放满足≤30 mg/Nm3的超超低排放指标

采用特殊的整体式SCR反应器结构、斜三角翼式顶部流场、氨氮双级混合设计等关键技术，通过国际一流物模和数模实验及工程经验，确保最佳流场，氨氮混合更均匀，在氨逃逸低的同时，可高效实现NOx排放浓度≤30 mg/Nm3的指标。

同时，前级的循环流化床反应器可高效协同脱除SO2、SO3、铅等重金属、HCl、HF、二噁英等多组分污染物，为后续SCR脱硝反应装置创造良好的运行环境，减轻SCR催化剂中毒堵塞的风险，延长催化剂寿命，保障SCR脱硝装置长时间高效稳定运行。

v. 整套系统均无需任何防腐，不会产生废水二次污染，烟囱排烟透明

循环流化床干法脱硫工艺可几乎99%高效脱除SO3、HCl、HF等酸性气体，烟气露点大幅度下降，喷入吸收塔的水分得到充分蒸发，运行反应温度高于露点温度以上，整套系统无需防腐处理，可以利用原来烟囱进行排烟，且烟囱排烟透明。同时，整个系统成干态，不会产生废水二次污染。

vi. 无废水产生，脱硫副物为干态，可综合利用

循环流化床干法+中温SCR脱硝系统为干态运行，无废水二次污染，符合文明生产要求。同时，脱硫副产物为干粉态，可以因地制宜进行制砖、铺路、装饰砖、矿渣微粉等综合利用。

3 项目实施效果

两台球团烟气脱硫脱硝分别于2020年9月、12月投产，烟气排放量颗粒物月平均值

1.32 mg/Nm3，最大值3.14 mg/Nm3，SO2排放量月平均值4.2 mg/Nm3，最大值17.2 mg/Nm3，NOx排放量月平均值7.8 mg/Nm3，最大值15.32 mg/Nm3。所有排放指標均达到了超低要求。

参考文献

［1］ 姜涛.烧结球团生产技术手册［M］.北京：冶金工业出版社

［2］ 许满兴.高炉炉料进步与球团矿发展［M］.北京：冶金工业出版社

作者简介：陈妍（1983-），女，毕业于河北工业大学环境工程专业，华北理工大学化学工程硕士，从事冶金环保技术与管理工作。