劉偉  張浩

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司  陜西  漢中  724200）

摘 要：目前國內(nèi)脫硫脫硝系統(tǒng)技術(shù)逐步趨于成熟，隨著“超低排放”及成本、環(huán)保要求越來越精細(xì)化，開展提升噴氨效率，降低氨水消耗成本是必行之路。漢鋼公司通過管路改造優(yōu)化，建立自動(dòng)噴氨程序等方式，有效的降低了脫硫脫硝氨水單耗。

關(guān)鍵詞：噴氨量  氮氧化物  智能噴氨  結(jié)晶

1 前言

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，結(jié)合行業(yè)趨勢(shì)，降本增效成為必走之路，漢鋼燒結(jié)脫硫脫硝系統(tǒng)投運(yùn)近3年時(shí)間，期間我們也在不斷優(yōu)化、調(diào)整各項(xiàng)成本。該項(xiàng)目投建時(shí)氨水蒸發(fā)器采用一供二使用，由于管路路線設(shè)計(jì)缺陷及現(xiàn)場(chǎng)位置受限等原因，雙機(jī)生產(chǎn)期間噴氨量長(zhǎng)期處于1500-2000kg/h，影響氨水消耗持續(xù)偏高。漢鋼公司根據(jù)排放數(shù)據(jù)，通過調(diào)整總噴氨量及兩套系統(tǒng)噴氨開度，優(yōu)化改造噴氨管路，建立智能噴氨程序等方式在降低氨水單耗方面取得了較好的效果。

2降低脫硫脫硝氨水單耗的措施

2.1  參數(shù)調(diào)整方面

2.1.1通過燒結(jié)煙氣進(jìn)入脫硫脫硝系統(tǒng)入口氮氧化物數(shù)據(jù)及當(dāng)期總排氮氧化物控制標(biāo)準(zhǔn)范圍，穩(wěn)定噴氨量及雙系統(tǒng)噴氨開度取值，對(duì)比固定其中某一項(xiàng)，來對(duì)比總排氮氧化物參數(shù)變化，取的參數(shù)關(guān)系。再通過單系統(tǒng)檢修實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，結(jié)合雙系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)比中間氣室、氨氮摩爾比、單機(jī)入口氮氧化物、噴氨量、實(shí)際出口氮氧化物、氨逃逸等參數(shù)，最終形成雙系統(tǒng)運(yùn)行匹配合適的噴氨量、開度關(guān)系。本系統(tǒng)運(yùn)行，最終通過調(diào)節(jié)往通往雙機(jī)的噴氨開度來調(diào)節(jié)實(shí)際的噴氨量，通過此項(xiàng)調(diào)整，氨水單耗降低約0.15kg/t。

2.1.2開停機(jī)期間調(diào)整

由于本系統(tǒng)為兩套吸附塔共用一個(gè)總排口，當(dāng)雙系統(tǒng)停機(jī)后且二級(jí)吸附溫度＜60℃，此時(shí)開機(jī)很難保證氮氧化物排放，或單系統(tǒng)二級(jí)溫度低，另一臺(tái)正常生產(chǎn)時(shí)的開機(jī)2小時(shí)內(nèi)，也難保證氮氧化物排放。針對(duì)這一現(xiàn)狀，通過摸索調(diào)整控制氧含量，結(jié)合二級(jí)吸附塔內(nèi)床層不同溫度下的噴氨及噴氨量，利用檢修查看噴氨嘴，對(duì)比不同溫度下噴氨管路的情況，通過對(duì)停機(jī)后噴氨量及噴氨時(shí)長(zhǎng)以2h-8h及開機(jī)前噴氨1h-3h參數(shù)多次對(duì)比等方式，最終形成不同溫度、單、雙系統(tǒng)開機(jī)條件等情況下的開停機(jī)噴氨標(biāo)準(zhǔn)，氮氧化物排放達(dá)標(biāo)率100%，且滿足超低排放要求。

2.2  氨水蒸發(fā)器分離改造

此系統(tǒng)氨水蒸發(fā)器設(shè)計(jì)為一備一用，以一對(duì)二的形式進(jìn)行噴氨，由于兩套系統(tǒng)位置原因，管線路線不一致，導(dǎo)致實(shí)際噴氨不匹配，嚴(yán)重影響氨水消耗量，小時(shí)噴氨量約為1500kg左右。通過對(duì)噴氨量、噴氨開度調(diào)整，確定改造方案，在現(xiàn)有蒸發(fā)器總管位置切斷，將兩套氨水蒸發(fā)器進(jìn)行分離，使兩套系統(tǒng)使用單獨(dú)蒸發(fā)器運(yùn)行，若遇一臺(tái)蒸發(fā)器故障也可一對(duì)二使用。改造后通過對(duì)應(yīng)入、出口氮氧化物、氨逃逸及中間氣室濃度，小時(shí)噴氨量降低約800kg，避免了氨水浪費(fèi)，提高了噴氨效率。通過對(duì)氨水蒸發(fā)器改造，匹配準(zhǔn)確的實(shí)際噴氨量，直接降低氨水單耗約0.32kg/t。

3  建立智能噴氨程序

3.1  建立噴氨工藝模型

在實(shí)際運(yùn)行中氮氧化物受制于原燃料變化帶來的影響，僅靠人工調(diào)整存在滯后現(xiàn)象，不利于環(huán)保數(shù)據(jù)管控及降低成本。后續(xù)根據(jù)活性炭SCR反應(yīng)原理、單機(jī)煙氣量、入、口出氮氧化物、脫硝效率、總排參數(shù)等參數(shù)連鎖，通過在線實(shí)驗(yàn)，形成一套噴氨工藝模型，有效的減少了人工操作且成本下降。

表1  噴氨工藝模型

3.2建立智能噴氨

經(jīng)過以上改造及噴氨調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)、模型的建立，氨水單耗明顯下降，后續(xù)又通過自動(dòng)化程序的加入，設(shè)定參數(shù)來源、計(jì)算模塊、報(bào)警程序、自動(dòng)運(yùn)行程序，連接PLC等，最終完成并投用智能噴氨，有效的降低了氨水單耗及人工操作頻次。

4  與燒結(jié)聯(lián)動(dòng)控制

4.1根據(jù)下階段配礦結(jié)構(gòu)，測(cè)算入口參數(shù)，對(duì)比當(dāng)前入口硫情況，提前調(diào)整脫硫脫硝參數(shù)。通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比帶料量、圓輥前中后室循環(huán)時(shí)間、一級(jí)進(jìn)二級(jí)煙氣硫含量、吸附后活性炭硫容及PH測(cè)試，總結(jié)一套入口硫含量對(duì)應(yīng)活性炭循環(huán)時(shí)間模型。若一級(jí)吸附塔后室活性炭取樣化驗(yàn)分析的全硫含量≥4.5%或二級(jí)吸附塔前中室活性炭全硫含量≥2.8%時(shí)，則以4t/h幅度調(diào)大循環(huán)量，如果一級(jí)吸附塔后室活性炭全硫含量<3%或二級(jí)吸附塔前中室活性炭全硫含量<2.2%時(shí)，且保證吸附塔溫度穩(wěn)定情況下，每次以2t/h的幅度調(diào)小循環(huán)量，同步可用SO₂報(bào)警儀檢測(cè)二級(jí)吸附塔入口煙氣SO₂濃度（不超50mg/Nm³)長(zhǎng)期觀察調(diào)整。

4.2  在高硫礦生產(chǎn)時(shí)，對(duì)照模型通過提升物料循環(huán)，摸索調(diào)整圓輥前中后室循環(huán)速度，將前室活性炭循環(huán)時(shí)間提升至30h，中室提升至190h，同時(shí)匹配室后室循環(huán)時(shí)間，讓煙氣接觸前室時(shí)間縮短，降低對(duì)前室活性炭吸附濃度，確?；钚蕴吭谡w系統(tǒng)穩(wěn)定循環(huán)使用。同步提高解析溫度由430℃最高提升至445℃，充分解析，在此過程中每周對(duì)前中后室及進(jìn)二級(jí)吸附塔活性炭硫容、PH進(jìn)行檢測(cè)，通過檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)調(diào)整物料循環(huán)速度及前中后室圓輥頻率，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定順行及合適的噴氨量。

4.3  同步長(zhǎng)期對(duì)燒結(jié)煙道溫度控制管控，設(shè)定區(qū)間控制范圍，異常情況及時(shí)聯(lián)系，同步在脫硝主控室電腦設(shè)定煙道溫度上限聲光報(bào)警，避免因氧含量升高導(dǎo)致折算NOx偏高，影響排口數(shù)據(jù)及噴氨量增加。

4.4  本系統(tǒng)階段性實(shí)際入口硫含量超出設(shè)計(jì)能力上限，當(dāng)一級(jí)活性炭硫容量超標(biāo)后，大量的SO₂進(jìn)入二級(jí)吸附與NH₃反應(yīng)形成硫酸氨堵塞活性炭微孔，導(dǎo)致活性炭物理吸附SO₂和NOx能力下降，部分NH₃參與脫硫與SO₂反應(yīng)，一是造成NH₃用量增加，二是脫硝效率下降，影響NOx排放值升高，若不及時(shí)調(diào)整，活化速度恢復(fù)更加緩慢，系統(tǒng)將面臨排放數(shù)據(jù)超標(biāo)。

通過與燒結(jié)聯(lián)動(dòng)，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比帶料量、圓輥前中后室循環(huán)時(shí)間、一級(jí)進(jìn)二級(jí)煙氣硫含量、吸附后活性炭硫容及PH測(cè)試，總結(jié)一套入口硫含量對(duì)應(yīng)活性炭循環(huán)時(shí)間模型。在高硫礦生產(chǎn)時(shí)，對(duì)照模型通過提升物料循環(huán)，同時(shí)匹配室后室循環(huán)時(shí)間，讓煙氣接觸前室時(shí)間縮短，降低對(duì)前室活性炭吸附濃度，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及氨水消耗降低。

4.5通過在燒結(jié)機(jī)料面不同位置噴吹蒸汽試驗(yàn)，觀察總結(jié)入口NOx數(shù)據(jù)變化，最終形成一套適宜本系統(tǒng)運(yùn)行降低入口數(shù)據(jù)的噴吹位置，此項(xiàng)可有效降低入口NOx濃度，實(shí)際運(yùn)行后，約降低氨水單耗0.18kg/t。

表2  配礦結(jié)構(gòu)與硫、活性炭、氨水消耗及產(chǎn)酸量對(duì)比

5  日常檢查維護(hù)方面

5.1定期對(duì)氨空混合器管路檢查同步對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行吹掃清洗，避免因殘留物堵塞濾網(wǎng)及管路，造成蒸發(fā)器壓力升高及噴氨量減少，影響排放數(shù)據(jù)升高甚至超標(biāo)情況。同時(shí)對(duì)進(jìn)二級(jí)吸附氮?dú)夤苈愤M(jìn)行定期吹掃，避免結(jié)晶過量后，引起管道堵塞。

5.2每月對(duì)蒸發(fā)器置換倒用，同步檢查氨水、蒸汽泄壓口是否通暢，對(duì)在線閥門定期動(dòng)作，利用檢修對(duì)噴氨嘴進(jìn)行檢查疏通，保障氨氣進(jìn)入量。

5.3在正常生產(chǎn)期間同步對(duì)中間氣室二氧化硫濃度進(jìn)行檢測(cè)，每周對(duì)貧硫焦硫全硫分析（＜2.1%），指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)整。

5.4定期對(duì)噴氨管道、噴氨格柵檢查清理，同步清理氣室內(nèi)“積料”結(jié)晶，效驗(yàn)吸附單元前的氨氣流量計(jì)，確保進(jìn)入各吸附單元噴氨均勻。

5.5合理區(qū)間控制氨氣體積濃度，一方面防止氨氣著火，另一方面通過調(diào)整稀釋空氣的流量來控制氨氣的體積濃度在5%左右，根據(jù)吸附塔進(jìn)、出口氮氧化物濃度，煙氣流量的變化及時(shí)調(diào)整適宜的氨/氮（NH₃/NO_x）比在0.8～1.0之間，當(dāng)煙囪出口氨逃逸＞3ppm，或NO_x濃度＜20mg/m³（標(biāo)桿），可降低氨氣，也可作為調(diào)整手段。

5.6根據(jù)活性炭SCR反應(yīng)原理（4NO+O₂+4NH₃=4N₂+6H₂O知：每脫除1mol的一氧化氮需要消耗1mol的氨氣。當(dāng)氨氮摩爾比（NH3/NO）＜0.8時(shí)，氨氣量不足，脫硝速度和效率會(huì)明顯降低。當(dāng)氨氮摩爾比（NH3/NO）＞1.0時(shí)，過量的氨會(huì)造成氨逃逸率升高，因此適宜的氨氮摩爾比既能保證活性炭脫硝效率高，也可降低氨逃逸及氨水消耗，同時(shí)盡可能提高氨氣與煙氣的混勻程度，噴入的氨氣利用率也會(huì)越高，有利于脫硝效率提高，故在生產(chǎn)中合理控制。

6  嚴(yán)控氨水質(zhì)量

嚴(yán)格把控進(jìn)廠氨水質(zhì)量，使用的氨水濃度指標(biāo)要求≥20%，每車氨水進(jìn)廠后，在卸車前、中、后三次對(duì)罐內(nèi)進(jìn)行檢查取樣，防止出現(xiàn)運(yùn)輸罐車存在罐中罐情況發(fā)生，確保進(jìn)廠使用的氨水質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，堅(jiān)持“用舊存新”，不斷置換。

7取得的效果

通過以上措施氨水單耗降低約0.9kg/t，年產(chǎn)生效益約340余萬元。

8結(jié)論

1）通過上述措施，本系統(tǒng)氨水單耗較大程度降低，同時(shí)排口數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，為燒結(jié)生產(chǎn)創(chuàng)造了穩(wěn)定的先決條件，環(huán)保成本顯著下降。

2）通過與配礦結(jié)構(gòu)、燒結(jié)控制、氨水蒸發(fā)器分離、智能噴氨等措施落實(shí)，對(duì)于直接降低氨水消耗，穩(wěn)定NOx數(shù)據(jù)排放及脫硫脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。

3)活性炭脫硫脫硝作為一種高效的氣體凈化技術(shù)，在降低氨水消耗方面仍有很大的提升空間。未來研究可以進(jìn)一步關(guān)注活性炭的改性、新型催化劑的開發(fā)以及反應(yīng)機(jī)理的深入研究等方面，以推動(dòng)活性炭脫硫脫硝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展并降低氨水消耗。

4）綜上所述，通過一系列調(diào)整，可以有效降低活性炭脫硫脫硝過程中的氨水消耗，這不僅有助于提高脫硫脫硝效率，還有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的雙重目標(biāo)。同時(shí)，未來的研究應(yīng)繼續(xù)探索新的技術(shù)和方法，以進(jìn)一步降低氨水消耗并推動(dòng)活性炭脫硫脫硝技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。