邯钢400㎡烧结机FOSS氧化脱硝超低排放攻关实践
王党谋1，王剑锋1，孔彩云1，邵久刚2
（1.河钢集团邯钢公司，河北 邯郸 056015；2.江苏沙钢集团有限公司，江苏 张家港 215625）摘要：文章介绍了在循环流化床基础上改造的FOSS氧化脱硝工艺的基本原理及其在邯钢的应用情况。文章围绕影响脱硝效率的诸多因素，重点对入口烟气SO2浓度、烟气温度、反应塔温度、压缩空气控制、氧化剂用量以及喷堵塞等问题进行了分析，并提出了相应的工艺优化办法。投运初期NO x排放难以达标，经过一段时间的摸索和近一个月的设备集中攻关，最终实现了稳定的超低排放。此外，文章还对该工艺运行中的烟道板结堵塞和氧化腐蚀问题进行了介绍， 以期为采用类似工艺的同行提供参考。
关键词：烧结烟气；氧化脱硝；超低排放；工艺优化
中图分类号：X701 文献标志码：A 文章编号：1006-5377（2021）05-0025-05
Practice of Tackling the Key Technical Problem of FOSS Oxidation Denitration for Ultra-low Emission from 400m2 Sintering Machine in
Hansteel Company
WANG Dang-mou1, WANG Jian-feng1, KONG Cai-yun1, SHAO Jiu-gang2
(1. HBIS Group Hansteel Company, Handan Hebei 056015; 2. Jiangsu Shagang Group Co., Ltd.,
Zhangjiagang Jiangsu 215625, China)
1 背景概述
近年来，京津冀及周边地区“2+26”城市的烟气排放标准日趋严格。2019年4月，生态环境部、国家发展改革委、工业和信息化部、财政部、交通运输部联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》
（以下简称《意见》），对《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB 28662—2012）做了修改（见表1）。新标准要求烟气排放浓度：粉尘低于10mg/m3，SO2低于35mg/m3，NO x低于50mg/m3。邯钢400m2烧结机LJS-FGD循环流化床脱硫工艺于2012年6月15日投运，该项目原设计排放指标SO2小于100mg/m3、颗粒物小于30mg/m3，无脱硝工艺，不能满足当前标准要求。为实现超低排放，将脱硫后布袋除尘器的除尘滤袋全部更换为PPS超细纤维+PTFE基布覆膜针刺毡滤料材质，新滤袋除尘效率高且防腐蚀、抗氧化，更换后粉尘排放浓度降低至10mg/m3以下。由于该工艺脱硫能
力较强，通过增加吸收剂投入量，SO2排放浓度降低至35mg/m3以下。因此，在不改变原工艺的基础上，粉尘和SO2排放浓度完全能达到超低排放标准的要求。 经过对国内各种脱硝工艺的考察，比较切合的脱硝工艺为FOSS氧化脱硝工艺，2019年4月1日，该项目400m2烧结机在脱硫基础上建成投运前置FOSS 氧化脱硝工艺。
收稿日期：2021-01-25；修回日期：2021-05-11
第一作者简介：王党谋（1985—），男，河北邯郸人，学士，工程
师，从事烧结方面工作。
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FOSS LJS
吸收塔
烟囱
消
化器
FOSS
烧结塔
压缩空气
电除尘器
1*主抽风机清洁烟气再循环
物料循环
灰仓
水
布袋除尘器
脱硫风机
生石灰消石灰混合器喷
表1 《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》
（GB 28662—2012）修改
污染物排放标准
GB 28662—2012
《意见》
颗粒物/（mg/m 3）
5010SO 2/（mg/m 3地图标记
）
20035NO x /（mg/m 3
）
30050氟化物/（mg/m 3）
4.0 4.0 二噁英/［
（ng-TEQ）/m 3］0.50.5基准氧含量/%
微拟球藻—
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2 FOSS 氧化脱硝原理简介
该系统主要由烧结烟气系统、FOSS 氧化系统、吸
收剂制备及储存系统、输灰及循环系统、水系统、废灰外排系统、介质供应系统及控制系统构成，如图1
所示。
烧结烟气中90%以上的NO x 是以NO 形式存在，
而NO 在水中的溶解度远低于NO 2、HNO 2及HNO 3等，因此将烟气中的NO 快速氧化成高价态的NO 2是同时
脱硫脱硝的技术关键[1]。FOSS 脱硝技术的核心就是通过强氧化剂将烟气中的NO 氧化为NO 2，NO 2在有水存在的情况下被钙基脱硫剂吸收从而达到脱硝的目的。烧结烟气经机头电除尘器除尘，经主抽风机进入吸收塔前烟道，在距离吸收塔足够长的烟道上设置气
液二相雾化喷（保证强氧化剂与废气的反应时间），经过稀释后的强氧化剂经雾化喷入烟道充分与烟气混合并发生强氧化反应，烟气中的NO 被氧化为化学性
质相对更活泼的NO 2，氧化后的烟气通过吸收塔底部的文丘里管加速，进入循环流化床床层。经过反
应①和②，NO 2、SO 2与塔内喷入的雾化水反应生成HNO 3、H 2SO 3。气固两相发生了激烈的湍动与混合，与吸收剂反应生成亚硫酸钙、硫酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙等产物，主要反应如式③④⑤所示。反应后烟气中大部分的固体颗粒通过布袋除尘器进入循环系统，返回反应塔形成连续的动态的流化床床层继续参加反应，少部分固体颗粒物经输灰系统定期定量外排，同时通过消石灰斜溜槽连续不断补充新的吸收剂，保证反应塔中的循环流化床吸收剂的活性和吸收效果。最后经脱硫、脱硝、除尘后的清洁烟气通过烟囱排入大气，实现烟气污染物脱除和清洁生产的目的。
3NO 2+H 2O →2HNO 3+NO ①SO 2+H 2O →H 2SO 3
②2HNO 3+Ca(OH)2→Ca(NO 3)2+2H 2O ③Ca(OH)2+H 2SO 3→CaSO 3+2H 2O ④2NO 2+4CaSO 3→4CaSO 4+N 2
⑤
3 影响脱硝原因分析及攻关措施
FOSS 氧化脱硝工艺投运后，2019年4～7月脱硝
超低排放达标率不足60%。为稳定系统运行、达到超低排放要求，攻关组于2019年7月18日至8月15日
小麦磨粉机图1 400m 2烧结机脱硫脱硝工艺
集中对400m2烧结机FOSS氧化脱硝系统进行了连续
29天的攻关，期间对烟气工况、脱硝设备及工艺参数设定等影响因素进行了分析，并提出了改进措施。邯
钢400m2烧结机烟气主要工况参数见表2。
表2 邯钢400m2烧结机烟气主要工况参数（单风机运行）名称烟气量/
（万Nm3/h）烟气温度/℃SO2浓度/
（mg/m3）NO x浓度/
（mg/m3）数值50～70120～145600～1200180～250 3.1 入口烟气SO2浓度
烧结工艺原燃料中SO2的含量会引起烧结烟气中SO2浓度的变化，攻关组在攻关过程中发现烟气中SO2浓度对脱硝过程影响较大，当SO2浓度低于500mg/m3时，出口NO x浓度升高，随着SO2浓度的提升，脱硝效果明显改善（见图2）。分析认为，烟气中有适量的SO2会增强烟气的酸性环境，氧化
反应更激烈、更充分，促进NO2的吸收，同时SO2与吸收剂反应形成的产物产生了新的孔隙结构，提高了吸收剂颗粒比表面积，更有利于NO2的吸收。日常生产中，通过调整生产工艺中原燃料品种等措施，将烟气中SO2控制在
500mg/m3以上，即可满足脱硝需求。
另外，研究表明，由于SO2和NO2与吸收剂反应过程中存在竞争关系，随着SO2浓度的升高，当其达到1500mg/m3以上时，由于SO2的吸收较NO2更快，降低了NO2的脱除速率[2]，影响了氮氧化物的脱除效果。邯钢400m2烧结机烧结烟气中SO2浓度基本在
1200mg/m3以下，对于其他烧结机应考虑入口SO2浓度的上限
钢结构连廊
。
2x 3.2 温度影响
3.2.1 入口烟气温度
经脱硝后烟气中残余的氮氧化物组成主要是NO 和NO2，而NO含量的高低能充分反映出FOSS的氧化效果。为了分析入口烟气温度对氧化效果的影响，攻关组在脱硫脱硝出口烟道上加装了一台NO检测仪。图3为入口烟气温度对出口烟气中NO浓度的影响。实践显示，当入口烟气温度低至110℃以下或高于160℃以上时，出口NO浓度上升较快，说明该温度区间氧化剂氧化NO效果较差。
为了到最佳温度区间，攻关组进行了反复摸索、对比，发现当烧结烟气温度达到125℃～145℃时，在
FOSS氧化剂投入量不变的情况下NO氧化效果最佳，且在该温度区间塔内脱硫脱硝反应也较稳定。对此，要求烧结过程通过合理的工艺参数调整，将烟气温度
远心扫描透镜
3.2.2 反应塔内温度
uicc烟气中大部分的SO2和氧化后生成的NO2在吸收塔内与吸收剂反应被脱除。吸收塔文丘里出口扩管处设有高压水，喷水量由吸收塔出口温度设置控制，温度设置越高加水量越小，反之越大。喷入雾化水一方面是为了控制烟气温度，提供合适的温度条件；另一方面是为了完成离子反应，雾化水经过高温后形成蒸汽，在吸收剂表面形成一层水膜，这样NO2和SO2气体发生水解，而吸收剂在水中溶解生成OH-，吸收剂与被脱除物质之间的固相反应转换为可以瞬间完成的离子反应。喷加水量过多会导致吸收剂表面水膜加厚，阻碍吸收剂对NO2的吸收，降低脱硝效率。喷加
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水量不足，NO2水化反应会受到抑制，影响脱硝效率。另外，NO2的水解反应过程为放热反应，加水量过小会导致塔内温度升高，一定程度上促进NO2水解过程的逆向进行，降低了NO2的吸收率，而且塔内温度升高，也会促进NO2氧化SO2反应生成NO和SO3，影响脱硝效果[3]。
为实现在入口烟气温度波动下可以有效控制出口NO x浓度，实践中攻关组总结出了曲线动态调整法，主要方法是根据NO、NO x、烟气入口温度、塔内温度等参数曲线相对变化趋势进行参数调整，具体如下：
（1）吸收塔内温度调整随入口烟气温度变化同向调整。调整时幅度不宜过大，入口温度发生变化时，塔内温度调整以0.2℃为单位，根据出口浓度逐步调整，逐渐实现平衡。
（2）出口烟气中NO浓度在NO x中占比达到80%以上时，脱除效果较理想。若出现出口NO浓度与NO x 相差过大，则塔内吸收效果不佳，需适当上调塔内温度。
总的来说，塔内反应涉及氧化反应、水化反应及吸收反应等，是一个特别复杂的过程，温度及湿度对塔内反应影响较大，日常运行中应该综合考虑各方面因素，动态摸索调整。
3.3 压缩空气对氧化剂喷加的影响
本工艺中氧化剂溶液是靠压缩空气雾化吹入烟气中。在脱硫剂上料或废灰卸车时，出口NO x浓度容易发生波动，查原因后发现：喷加氧化剂用气与生石灰上灰、废灰外排用气来自同一管路，上灰或排灰过程中导致氧化剂用气压力波动，影响了氧化剂溶液雾化效果，进而影响了氮氧化物的脱除效率。
为稳定压缩空气压力，攻关组将400m2烧结机Ⅱ系列脱硫（已停用）压缩空气引入脱硫脱硝系统，单供氧化剂雾化喷加使用，并在喷前管道增设稳压阀降低管网压力波动影响。压缩空气压力过低、过高均会影响喷加效果。攻关组通过实践摸索，将压缩空气压力稳定控制在0.55～0.65MPa，喷加过程稳定、脱硝效果好。
3.4 氧化剂喷加量
系统运行过程中，攻关组对氧化剂用量与出口NO x浓度之间的关系进行了试验，发现在当时工况条件下（见表2），氧化剂喷加量低于0.2m3/h时，烟气中NO不能被充分氧化、脱除。随着氧化剂喷加量的增加，出口NO浓度明显降低，但是当氧化剂溶液喷加量达到0.8m3/h以上时，烟囱出现冒“黄烟”的现象，造成大气污染，且氧化剂喷加越多，后续运行过程中吸收剂的吸收效果就越差，需大幅置换，这既不利于系统长期稳定运行又增加了运行成本。
氧化剂喷加量与入口烟气量、烟气温度、入口NO x 浓度有关，系统运行中氧化剂喷加量需根据工况变化动态调整。经过攻关，通过稳定烧结烟气工况、动态调整塔内温度，以及保障循环吸收剂质量等措施，在入口NO x浓度180～230mg/m3的工况下，氧化剂喷加量控制在0.3～0.6m3/h，较理论计算喷加量低0～0.1m3/h，出口NO可以达到50mg/m3以下。
3.5 喷堵塞问题
FOSS氧化工艺投运初期，氧化剂喷在线使用一杆、离线备用一杆，系统运行过程中由于溶液及压缩空气中存在杂质，会导致喷堵塞，因此在更换喷过程中需停止喷加氧化剂，造成该时间段NO x不能脱除。
为保证喷加效果，攻关组在原喷位置前增加一杆喷，同时在线使用两杆喷喷加氧化剂、离线备用一杆，并制定了喷更换制度，要求运行中每天更换一杆喷，对更换下线的喷进行检查、清洗，这样做可有效避免使用过程中因喷堵塞问题造成排放超标。同时，为防止稀释氧化剂用水中的Ca、Mg元素在喷喷头处结垢，氧化剂溶液稀释用水改为软水，并在喷喷头前加装了滤网，可以有效过滤溶液中的杂质。
3.6 吸收剂影响
循环吸收剂的质量是实现脱硝率稳定的关键因素，这就要求投入的吸收剂的质量要合格，并且要保持足够的吸收剂置换量。对于吸收剂的质量，以消化器制备后温度为参考，要求达到200℃以上；吸收剂中
CaO含量、粒度对吸收剂质量影响较大，日常生产中应该严格把控这两个指标（见表3）。经过攻关组长期试验跟踪，吸收剂置换量按照4t/h控制，循环吸收剂中Ca(OH)2可以达到50%以上，能有效保障脱硝效果。
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表3 生石灰质量要求
名称CaO粒度（200目筛子）
含量/%＞85＞90
4 FOSS氧化工艺对入口烟道的影响
烟道粘料板结是该工艺运行过程中存在的问题。喷加的氧化剂溶液与烟气中的粉尘混合后在烟道内壁上附着，形成板结，烟道内径减小后会在入口处形成正压，部分烟气会通过烟道缝隙泄露。另外，混合物附着在导流板上会影响气流分布，不利于吸收塔内床层稳定。邯钢400m2烧结机脱硝系统连续运行40天，烟道弯头处粘料最厚达0.5m左右，导致内径减少约
20%，烟道板结清理劳动强度较大。因此，目前每次停机后，都会及时对烟道粘料情况进行检查、清理（见
图4）。
图4 入口烟道清理板结料
在处理烟道粘料的过程中，还发现内壁钢板被腐蚀变薄，使用电镐处理粘料容易穿透烟道，造成氧化剂溶液渗漏。攻关组初步判断，氧化剂溶液在烟道底部富集，其含有的氯系化合物对烟道可能存在侵蚀现象（见图5）。对此需定期检查烟道的腐蚀情况，及时对腐蚀部位进行补焊、防腐处理。
图5 入口烟道腐蚀现象5 攻关成果
邯钢400m2烧结机FOSS氧化脱硝工艺经过攻关后，实现了连续153h超低排放，攻关效果显著。2019年9月后，在固化前期攻关措施的基础上，不断对制约环节进行改进，NO x超低排放达标率均达到95
%以上（见图6），SO2和粉尘超低排放达标率均达到了100%，满足了超低排放要求
。
x
6 结语
经过一段时间的摸索和工艺优化，由循环流化床配套的FOSS氧化脱硫脱硝工艺能够稳定实现超低排放。该工艺优点是改造费用少、建设周期短、占地面积小、流程相对简单，适合已有脱硫设备的老厂区的超低排放改造。但是该工艺也存在明显的不足，如烟道腐蚀、板结物需定期清理、对烟气工况变化敏感、容易发生烟囱冒“黄烟”现象、NO x入口浓度不宜超250mg/m3等。
参考文献：
[1] 付晓林.低温区段钙基吸收剂吸收NO2特性的实验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.
[2] 李黎鑫.钙基吸收剂物性对于脱除NO2/SO2效果影响的实验研究[D].北京：清华大学，2008.
[3] 赵利明，李咸伟，马洛文.烧结过程NO x形成机理及减排措施探讨[J].烧结球团，2015，40（5）：57-60.
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