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寶山鋼鐵股份有限公司寶山基地煉鐵廠4#燒結機為600 m2燒結機，于2013 年11 月13 日建成投產(chǎn)，工程配套建設了燒結煙氣脫硫裝置，采用半干法循環(huán)流化床脫硫及多組分污染物協(xié)同凈化工藝技術，脫硫后燒結煙氣中SO2降至50 mg /Nm3以下， 出口粉塵濃度達到20 mg /Nm3以下，但是缺少煙氣脫硝裝置，無法有效脫除煙氣中的NOx( 以NO2計) 。煙氣經(jīng)脫硫后NOx排放濃度約200 ～ 550 mg /Nm3，無法滿足國家NOx排放( NOx ＜ 300 mg /Nm3)的標準要求。
目前，在燒結煙氣脫硝方面存在著多種技術路線，如: 選擇性催化還原煙氣脫硝技術( SCR) 、選擇性非催化還原煙氣脫硝技術( SNCR) 、催化氧化脫硝技術、活性炭脫硝技術、等離子法脫硝技術、生化法脫硝技術等。其中催化還原煙氣脫硝( SCR) 系統(tǒng)一般與脫硫系統(tǒng)配套成煙氣綜合治理設施進行應用。且系統(tǒng)簡單，占地少，建設投資省，較適合于現(xiàn)有燒結機控制燒結煙氣NOx達標排放的應用。
由于燒結煙氣具有的主要特點有: ①煙氣量大且不穩(wěn)定，生產(chǎn)每噸燒結礦可以產(chǎn)生大約1 500 ～ 3 000 m3的煙氣量，煙氣量的波動幅度可以達到40%; ②受燒結原料的影響，燒結煙氣的成分復雜，除了SO2和NOx外，還含有HF、HCI、含鐵粉塵和重金屬等; ③燒結煙氣中SO2和NOx的濃度相對較低，但波動較大，SO2和NOx濃度一般在300 ～ 800 ppm 和150 ～300 ppm 范圍內(nèi)，*高分別可達1 500 ppm 和300 ppm; ④煙氣含氧量較高，含氧量一般可達15% ; ⑤含濕量大( 10% 左右) ，露點溫度高( 65 ～ 80 ℃) ; ⑥煙氣溫度較低，一般溫度范圍為120 ～ 80 ℃，遠遠低于常規(guī)脫硝催化劑適用的溫度范圍( 350 ～ 450 ℃) ，脫硝難度大。
因此，針對燒結煙氣的特點，為了滿足2015 年1 月1 日開始實施的大氣污染物特別排放限值( SO2＜ 180 mg /Nm3、NOx ＜ 300 mg /Nm3、顆粒物＜ 40 mg /Nm3)［3］，寶鋼股份寶山基地4#燒結機選用選擇性催化還原脫硝( SCR) 技術對煙氣進行脫硝處理，在原有煙氣脫硫裝置邊上增建一套中溫SCR裝置。2016 年10 月建成投運，投運以來設備運行穩(wěn)定可靠、各項指標均達到了設計要求，煙氣處理后NOx濃度滿足國家對燒結煙氣超低排放( NOx≤50 mg /Nm3) 的要求。
SCR煙氣脫硝技術應用
寶鋼股份寶山基地4# 燒結機SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設計煙氣處理量為160 萬Nm3/h，設計脫硝率為80%，凈煙氣中污染物排放濃度: SO2≤50 mg /Nm3、NOx≤110 mg /Nm3、粉塵≤20mg /Nm3、二噁英( 當量) ≤0. 5 ngTEQ/m3。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、GGH 換熱器、加熱爐系統(tǒng)、氨空氣混合器、噴氨格柵系統(tǒng)、反應器催化層、蒸汽吹灰系統(tǒng)等組成。
煙氣系統(tǒng)
煙氣系統(tǒng)將循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)和SCR脫硝系統(tǒng)有序穩(wěn)定地聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)通過煙氣聯(lián)箱、引風機、閥門和煙道等設備將經(jīng)過循環(huán)流化床脫硫的燒結煙氣引至催化劑反應層，凈煙氣通過GGH 換熱器由煙囪排入大氣。
 燒結機SCR煙氣脫硝工藝在設計上有如下特點:
( 1) 將SCR脫硝裝置布置在靜電除塵和脫硫裝置之后。4# 燒結機煙氣先經(jīng)靜電除塵后進入循環(huán)流化床脫硫裝置，燒結煙氣經(jīng)過脫硫后進入SCR脫硝系統(tǒng)。在SCR系統(tǒng)內(nèi)通過GGH換熱器煙氣溫度提升至250 ℃，再與加熱爐產(chǎn)生的熱煙氣混合升溫至280 ℃左右進入SCR反應器催化層進行脫硝，出來的凈煙氣與入口煙道內(nèi)的低溫煙氣換熱降溫，經(jīng)煙囪排出。
( 2) 設置平衡擋板調(diào)節(jié)脫硝煙氣量。經(jīng)過脫硫的煙氣可以通過平衡擋板，一部分進入SCＲ 脫硝，一部分可以直接通過煙囪排出。這樣，可以通過控制進入SCR脫硝系統(tǒng)煙氣量，調(diào)整加熱爐的煤氣流量和噴氨量，從而減少加熱能耗、提高能源綜合利用效率。
2. 2 GGH 換熱器
通過GGH 換熱器( 簡稱GGH) 對進出脫硝系統(tǒng)的原、凈煙氣進行換熱，使脫硝系統(tǒng)需要的熱量絕大部分留在脫硝系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用( GGH 結構示意圖如圖2 所示) ，從而降低煙氣再熱需要的能量，減少加熱爐的負荷要求，大大降低脫硝系統(tǒng)的運行費用。
原煙氣側(cè)，煙氣進入GGH 預熱至約250 ℃后，進入脫硝反應器入口煙道與加熱爐送來的高溫煙氣混合后達到280 ℃; 凈煙氣側(cè)，經(jīng)SCR反應器處理后的凈煙氣通過GGH 換熱降溫至不低于100 ℃，高于煙氣水蒸汽露點，因此，凈煙氣經(jīng)過GGH 后基本沒有冷凝水凝聚現(xiàn)象，可通過原煙囪排放。
為防止GGH 在運行過程中，原煙氣泄漏到凈煙氣中而影響脫硝效率，系統(tǒng)配置了低泄漏風機，將一部分凈煙氣增壓送回至GGH 中部，來避免原煙氣泄漏到凈煙氣中。