---

回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣超低排放工藝探討

1 概述

隨著國內(nèi)環(huán)保要求的提高，對耐火行業(yè)煙氣中顆粒物、SO2和NOx排放的控制力度逐漸加大，尤其國家生態(tài)環(huán)境部在2019 年4 月28 日發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》中對于有組織排放控制指標(biāo)規(guī)定“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時均值原則上分別不高于10、50、200 mg /Nm3”。另外，國內(nèi)對于耐火行業(yè)超低排放最嚴(yán)省級標(biāo)準(zhǔn)是《河北省鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》DB13 /2169 -2018，其中對于SO2和NOx排放值進(jìn)行了明確規(guī)定，并給出了實(shí)施限期。因此必須對回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣中顆粒物、SO2和NOx的重大污染源進(jìn)行治理。

將上述國家和地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合后，國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣超低排放限值如表1所列。這一限值是現(xiàn)階段技術(shù)能夠達(dá)到的超低排放最嚴(yán)值。如果對國內(nèi)現(xiàn)有回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣治理系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造，該限值也可以作為參考。

2 回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣處理的設(shè)計(jì)思路

煤中含硫量高，在燃燒過程中不可避免的產(chǎn)生SO2等酸性氣體，但是考慮到運(yùn)輸成本和運(yùn)行成本等原因，目前在建和正在生產(chǎn)的石灰石及白云石回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中仍然采用“煙煤”作為主要的煅燒燃料。本文仍按照煙煤作為煅燒燃料這一最不利情況，以某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的耐材廠為例，對回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣除塵及脫硫脫硝設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。若采用天然氣作為燃料，經(jīng)實(shí)測SO2可以達(dá)到超低排放，將本工藝的脫硫工段去掉即可。

2.1 回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝流程簡述

某耐火廠選用焙燒設(shè)備為JNH-800 型Φ4. 3 m× 62 m 回轉(zhuǎn)窯2 座，單窯生產(chǎn)能力為800 t /d，年產(chǎn)量52. 8 萬t，如圖1 所示。

石灰石送入豎式預(yù)熱器頂部料倉后，由溜料管將石灰石分布到豎式預(yù)熱器內(nèi)。從窯尾來的高溫?zé)釤煔?/span>( 最高可達(dá)約1 100 ℃) 進(jìn)入到豎式預(yù)熱器后，直接穿過料層與石灰石進(jìn)行熱交換。被預(yù)熱的物料約有30%左右的石灰石被分解。預(yù)熱后的石灰石由液壓推頭推動，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)一步煅燒分解為氧化鈣等產(chǎn)品。換熱后的高溫?zé)釤煔饨档偷?/span>230 ～ 250 ℃左右。

耐火廠采用煙煤為燃料，其質(zhì)量指標(biāo): 水分War≤10%，低位熱值QDW≥23 000 kJ /kg( 應(yīng)用基) ，揮發(fā)分25%～ 30%，灰分Ad≤12%，Sd≤0. 6%，固定碳≥55%，灰分熔點(diǎn)≥1 250 ℃，煙煤原料粒度< 25mm。

煙煤燃燒產(chǎn)生的窯尾煙氣經(jīng)熱交換后，進(jìn)入脫硫、除塵、脫硝等設(shè)備進(jìn)行凈化后達(dá)標(biāo)排放。

2.2 回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣組分

窯尾煙氣中的污染物主要由SO2、NOx及粉塵顆粒物組成，正常生產(chǎn)時回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣參數(shù)如表2 所列。

2.3 回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣處理的工藝確定

從表2 可以看出該廠顆粒物、NOx、SO2嚴(yán)重超標(biāo)，必須進(jìn)行脫硫脫硝及顆粒物的治理。綜合多方面考慮，推薦該廠選用“NaHCO3( SDS) 干法脫硫+除塵+ 中低溫SCR 脫硝”工藝路線。

3 “NaHCO3( SDS) 干法脫硫+ 除塵+ 中低溫SCR 脫硝”工藝路線

在本工藝路線中，脫硫脫硝及除塵系統(tǒng)主要由煙氣管道及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、除塵脫硝一體化系統(tǒng)、氨氣供應(yīng)、熱風(fēng)爐解析系統(tǒng)、電氣及控制等系統(tǒng)組成。

如圖2 所示，該工藝流程如下: 凈化系統(tǒng)從窯尾豎式預(yù)熱器出口處抽取230～250 ℃窯尾煙氣，經(jīng)過脫硫段進(jìn)行初步分離大顆粒Ca 基原料，脫硫劑制備系統(tǒng)將經(jīng)過研磨的脫硫劑NaHCO3噴入煙氣管道中，鈉基粉體在高溫廢氣中激活熱分解，與煙氣中的SO2充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行SO2吸收凈化。

干法脫硫生成的硫酸鈉經(jīng)過除塵器灰斗氣力輸送排入脫硫灰倉。脫硫后煙氣進(jìn)入脫硝除塵一體化裝置，首先經(jīng)過布袋除塵，除塵后的煙氣與氨氣噴射裝置加入的還原劑( 氨氣) 充分混合。混合后的煙氣進(jìn)入脫硝催化劑層，在催化劑作用下發(fā)生還原反應(yīng)，脫除NOx。凈化后的潔凈煙氣在引風(fēng)機(jī)作用下通過煙囪高空排放。

3.1 干法脫硫原理( SDS 法)

在回轉(zhuǎn)窯窯尾預(yù)熱器后及除塵器前的管道內(nèi)噴入鈉基粉體，鈉基粉體在高溫?zé)煔獾淖饔孟录せ顭岱纸?，煙道?nèi)煙氣與激活的鈉基粉體充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)被吸收凈化。

完成的主要化學(xué)反應(yīng)為:

2NaHCO3→Na2CO3 + H2O + CO2

SO2 + Na2CO3→Na2SO3 + 2CO2

2Na2SO3 + O2→2Na2SO4

脫硫并干燥的粉狀顆粒隨氣流附著在布袋上進(jìn)一步脫硫凈化處理。經(jīng)現(xiàn)場標(biāo)定測算，鈉基干法煙脫硫效率大于95%。

3.2 脫硝原理( NH3 - SCR 法)

煙氣中90% 以上NOx是以NO 形式存在。脫硝系統(tǒng)以氨( NH3) 為還原劑，在SCR 催化劑作用下與煙氣中的NOx反應(yīng)，生成N2和H2O，實(shí)現(xiàn)NOx脫除，并控制NH3的逃逸率。

化學(xué)反應(yīng)式:

4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O

2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O

本方案采用氨氣作為還原劑，氨氣由外購氨水經(jīng)蒸汽蒸發(fā)器產(chǎn)生，經(jīng)管道輸送至脫硝裝置。

4 工藝系統(tǒng)組成

本工藝系統(tǒng)主要由煙氣管道及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)等組成。

4.1 煙氣管道及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

煙氣管道及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要由煙氣管道、閥門、波紋補(bǔ)償器、主引風(fēng)機(jī)、管道附件及保溫組成。

當(dāng)回轉(zhuǎn)窯正常工作時，關(guān)閉開工電動閥，打開除塵器進(jìn)風(fēng)閥，使煙氣進(jìn)入脫硫脫硝除塵系統(tǒng)，凈化后清潔煙氣經(jīng)由主引風(fēng)機(jī)直接排入煙囪。

煙氣凈化系統(tǒng)的阻力損失主要由主引風(fēng)機(jī)進(jìn)行克服。主引風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)通過變頻器來調(diào)節(jié)壓力和流量，并與回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)壓力聯(lián)鎖。

為防止煙氣溫降減弱脫硝效果，煙氣管道外設(shè)保溫層。采用納米氣凝膠氈( 或硅酸鋁棉氈) 作為外保溫。主引風(fēng)機(jī)參數(shù)如表3 所列。

4.2 脫硫系統(tǒng)

本方案中脫硫系統(tǒng)的組成主要包括: 脫硫劑制備系統(tǒng)及脫硫段。

脫硫劑制備系統(tǒng)是SDS 干法脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其選型及配置直接關(guān)聯(lián)到系統(tǒng)的脫硫效率、脫硫劑的消耗量及系統(tǒng)達(dá)標(biāo)運(yùn)行的穩(wěn)定性。磨粉機(jī)要求研磨時溫度低，不會使得NaHCO3分解以及脫硫劑粘結(jié)。

系統(tǒng)的主要設(shè)備有: 上料電動葫蘆、噸包卸料站、超細(xì)磨機(jī)等。

研磨工藝流程: 物料經(jīng)過旋轉(zhuǎn)閥均勻進(jìn)入磨機(jī)，磨機(jī)研磨盤和分級輪在電機(jī)帶動下高速旋轉(zhuǎn)，NaHCO3物料受到高速旋轉(zhuǎn)的研磨盤撞擊之后粉碎。符合要求的物料進(jìn)入脫硝系統(tǒng)，大的顆粒通過特制氣流導(dǎo)向環(huán)作用重新進(jìn)入研磨區(qū)再次粉碎，直至粒徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，粒徑通過調(diào)整分級輪速度來調(diào)節(jié)。

脫硫劑制備系統(tǒng)具有在線自動調(diào)節(jié)功能，可以依據(jù)進(jìn)出口SO2濃度調(diào)整碳酸氫鈉粉噴入量。

在除塵器前煙道上設(shè)置脫硫段。其作用是降低煙氣流速，使得反應(yīng)時間加長、將鈉基粉體在高溫下激活和充分混合。將大量的鈣基大顆粒通過氣力輸送裝置，回收到工藝細(xì)粉料倉，避免造成產(chǎn)品浪費(fèi)。

4.3 除塵脫硝系統(tǒng)

脫硝反應(yīng)系統(tǒng)由除塵脫硝一體化裝置、氨氣分配裝置、熱風(fēng)裝置組成。

經(jīng)過干法脫硫的煙氣進(jìn)入除塵脫硝一體化裝置進(jìn)行除塵、脫硝。

除塵段具有高效除塵的功能，濾料材質(zhì)為針刺氈基材芳綸和玻纖復(fù)合覆膜耐高溫濾料( 耐溫≤250 ℃) 。為避免結(jié)露，當(dāng)煙氣溫度低于120 ℃不宜進(jìn)入袋式除塵器。濾袋規(guī)格為Φ160 m × 6 m 長袋，除塵效率高達(dá)99. 9%，可實(shí)現(xiàn)干法脫硫工藝中脫硫灰的回收和煙氣中顆粒物的除塵凈化。并通過布袋表面收集的脫硫劑繼續(xù)與煙氣中剩余的SO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步增大干法脫硫的效率( 表4) 。

除塵段配有清灰裝置，清灰吹掃介質(zhì)為壓縮氮?dú)猓鶕?jù)實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)定清灰吹掃頻率，或根據(jù)反應(yīng)器里濾袋前后的壓差變化情況進(jìn)行控制。除塵脫硝一體化裝置豎向布置，下部是除塵段，上部是脫硝段。除塵段配備在線監(jiān)測壓差和手動測量壓差接口。

除塵脫硝一體化裝置的箱體采用分倉設(shè)計(jì)，滿足離線更換布袋的要求，可離線清灰。除塵后的煙氣與氨氣分配器加入的還原劑( 氨氣) 充分混合，混合后的煙氣向上進(jìn)入脫硝SCR 催化劑層，在催化劑作用下發(fā)生脫硝反應(yīng)，脫除NOx。在煙氣溫度≥180 ℃時脫硝效率不低于90%，氮氧化物排放濃度低于150 mg /Nm3。

4.4 氨氣單元

氨氣單元由稀釋風(fēng)機(jī)、氨氣/煙氣混合器組成。本方案采用氨氣作為還原劑，稀釋風(fēng)機(jī)的目的是降低噴入的氨氣濃度。氨氣的爆炸極限為15. 7%～30. 2%( 在空氣中體積濃度) ，為保證安全和分布均勻，稀釋風(fēng)機(jī)流量按稀釋后的氨體積濃度不超過5%設(shè)計(jì)。稀釋氣體來自脫硫脫硝后的潔凈煙氣，這部分煙氣溫度高，能減少混合氣體溫降，有利于脫硝反應(yīng)進(jìn)行。

氨氣/煙氣混合器的作用是保證氨氣和煙氣混合均勻。兩者在氨氣/煙氣混合器及管路內(nèi)借流體動力原理充分混合，混合物均勻?qū)朊撓醴磻?yīng)器內(nèi)，使NOx和氨發(fā)生催化還原反應(yīng)。

氨氣/煙氣混合器置于稀釋風(fēng)機(jī)與噴氨格柵之間，混合器的氨氣入口管道上設(shè)置流量控制閥可對需要的氨噴入量進(jìn)行控制。

4.5 輸灰系統(tǒng)

輸灰系統(tǒng)包含預(yù)處理裝置下部灰斗處的氣力輸灰系統(tǒng)以及除塵脫硝一體化裝置下部灰斗氣力輸灰系統(tǒng)。

在脫硫段下部灰斗處，由于重力作用，Ca 基大分子顆粒先于Na 基分子降落，單獨(dú)設(shè)置1 套氣力輸送系統(tǒng)將粉料輸送到細(xì)粉料倉。

脫硫反應(yīng)產(chǎn)生的脫硫灰經(jīng)過除塵脫硝一體化裝置布袋過濾收集，收集的脫硫灰采用氣力輸送的方式，經(jīng)灰斗下部倉泵送至脫硫灰倉。脫硫灰裝袋采用帶塑料襯的噸包裝袋，人工裝袋后汽車外運(yùn)儲存，卸灰過程中設(shè)有除塵措施。

除塵脫硝一體化裝置下部灰斗配套1 套氣力輸送系統(tǒng)，將在每個除塵器灰斗下分別布設(shè)1 臺AV氣力輸送泵，共6 臺泵分成3 排，每排2 個; 單排的泵串聯(lián)起來，組成一組輸灰單元，兩組輸灰單元匯流到一根輸灰母管; 當(dāng)該灰斗下部的氣力輸送泵需要檢修時，將此泵上部相關(guān)除塵單元離線，用其他5 個除塵單元進(jìn)行除塵正常工作，既能保證檢修時間，又節(jié)約了傳統(tǒng)運(yùn)輸設(shè)備的投資和運(yùn)行成本。

5 工藝技術(shù)特點(diǎn)

設(shè)計(jì)采用“NaHCO3( SDS) 干法脫硫+ 除塵+ 中低溫SCR 脫硝”這一回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣凈化工藝路線，具有以下技術(shù)特點(diǎn):

( 1) 在脫硝之前脫硫是為了給低溫高效脫硝創(chuàng)造條件，延長脫硝催化劑在高效脫硝區(qū)的使用壽命，降低脫硫脫硝系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。

( 2) 采用進(jìn)口脫硫劑，其氯離子含量小于300× 10 - 6，阻垢防腐效果好，可有效提高研磨后細(xì)粉的流化效果，從而保證脫硫系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

( 3) 脫硫劑制備系統(tǒng)是干法脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其選型及配置直接關(guān)系到系統(tǒng)的脫硫效率、脫硫劑的消耗量及系統(tǒng)達(dá)標(biāo)運(yùn)行的穩(wěn)定性。碳酸氫鈉磨粉機(jī)采用進(jìn)口磨機(jī)，研磨時溫度不超過60 ℃，不會使NaHCO3分解，不會產(chǎn)生脫硫劑粘結(jié)現(xiàn)象，不需要設(shè)清洗系統(tǒng)。

( 4) 所用低溫脫硝催化劑是國內(nèi)首個真正商業(yè)化應(yīng)用的低溫催化劑，通過試驗(yàn)和工業(yè)化裝置長期運(yùn)行證明，對焦化、耐材、水泥、玻璃等行業(yè)的煙氣具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，具有良好的低溫活性。在低溫工況下催化劑對SO2的氧化率低于0. 5%，低溫高效脫硝時間長，脫硝運(yùn)行成本低。

( 5) 本工藝中低溫脫硝催化劑的適用溫度為180 ～ 350 ℃，完全適應(yīng)窯尾豎式預(yù)熱器出口煙氣溫度波動工況，不需額外熱源加熱煙氣脫硝。

( 6) 該脫硫脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定安全可靠，全流程無二次污染，無廢水、廢氣、廢渣產(chǎn)生。脫硫所產(chǎn)生的副產(chǎn)品Na2SO4學(xué)名芒硝，可由玻璃制造企業(yè)、制革企業(yè)、水泥生產(chǎn)或粉磨企業(yè)回收，因此沒有任何其他外排污染物。脫硝系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)催化劑的原位再生功能。

( 7) 充分考慮回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過程中豎式預(yù)熱器煙氣參數(shù)及壓力隨物料量及操作溫度變化的特點(diǎn)，系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)和適應(yīng)煙氣工況的各種波動，并保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

( 8) 為了保證除塵及脫硫脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，選用經(jīng)過國家生態(tài)環(huán)保部認(rèn)證的，國內(nèi)一流超低排放在線監(jiān)控儀表廠家，靈敏可靠，維護(hù)方便

( 9) 設(shè)計(jì)了相關(guān)報(bào)警、連鎖系統(tǒng)，從而保證回轉(zhuǎn)窯安全、連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。如工藝窯尾豎式預(yù)熱器排出的廢氣溫度超過250 ℃，摻混冷風(fēng)系統(tǒng)將立即自動啟動，以避免除塵濾袋烤糊及損毀; 當(dāng)溫度降低到正常工作溫度( 230 ℃) 將自動關(guān)閉摻混冷風(fēng)系統(tǒng);若持續(xù)超溫將在中控室報(bào)警，進(jìn)行人工干預(yù)處理或停機(jī)處理。

( 10) 根據(jù)目前國內(nèi)評價各種酸露點(diǎn)的muller曲線，已知SO3的體積含量就可以查詢實(shí)際的酸露點(diǎn)溫度( 見圖3) 。

當(dāng)前工況下窯尾煙氣的SO3的體積含量約為10. 5 × 10-6～ 35 × 10-6，酸露點(diǎn)溫度在135 ～ 145 ℃左右，回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣排出口處溫度將達(dá)到230 ℃以上，除塵煙囪排出口煙氣溫度也達(dá)到170 ℃以上，全流程煙氣溫度始終遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于酸露點(diǎn)溫度。因此凈化后的煙氣溫度不會低于酸露點(diǎn)而引起設(shè)備和管道腐蝕，也不會在煙囪周圍產(chǎn)生煙囪雨。

( 1) 本工藝的煙囪排出口溫度大于170 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于露點(diǎn)溫度70 ℃，不會形成有色煙羽，也不用增設(shè)煙氣除濕消白設(shè)施。

( 2) 本工藝路線流程短、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式簡單、除塵與脫硝采用一體化設(shè)計(jì)，設(shè)備占地少，結(jié)構(gòu)緊湊。供應(yīng)脫硫劑、氨水等單元占地小，可利用舊有建筑間隙布置，若用于老廠改造，現(xiàn)場拆遷工作量小。

6 結(jié)語

對于目前嚴(yán)峻的環(huán)保形式，如“不達(dá)標(biāo)就限產(chǎn)”、“錯峰生產(chǎn)、停產(chǎn)整改”等環(huán)保強(qiáng)制措施，如何進(jìn)行工藝路線選擇，如何實(shí)現(xiàn)超低達(dá)標(biāo)排放，是耐火行業(yè)中每位業(yè)主必須考慮的實(shí)際問題。

本文提供了一種“NaHCO3( SDS) 干法脫硫+ 除塵+ 中低溫SCR 脫硝”回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣凈化工藝路線。這一工藝運(yùn)行穩(wěn)定可控，占地及投資較少，操作簡單; 有別于常規(guī)鈣基濕法脫硫、循環(huán)流化床等工藝，可有效防止煙囪雨、有色煙羽和防止系統(tǒng)腐蝕，作為一種回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣凈化工藝路線是完全合格的。

上一篇：水泥窯煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀及展望

下一篇：最后一頁