燒結(jié)煙氣SCR脫硝技術(shù)的實(shí)踐

錢林強(qiáng) 付繼帥

摘要：本文介紹了SCR脫硝技術(shù)在石橫特鋼新3#燒結(jié)煙氣中NOx減排的應(yīng)用以及工藝控制方法，運(yùn)行中存在的問題及對策，運(yùn)行指標(biāo)等，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣NOx排放濃度≤50 mg/m3，達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，取得了較好的環(huán)境和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：燒結(jié) ?脫硝

1 ?前言

燒結(jié)煙道廢氣中排放的氮氧化物含量在280-360 mg/m3，其來源主要是空氣中的氧與燒結(jié)燃料中氮元素高溫燃燒發(fā)生反應(yīng)生成NOx，煙氣中的NOx主要由NO和NO2組成，其中NO約占NOx總量的95%，NO2約占NOx總量的5%。根據(jù)山東省《鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“燒結(jié)煙道廢氣中氮氧化物排放量要求在50 mg/m3以下”，通過工藝調(diào)整優(yōu)化，只能將氮氧化物控制在270 mg/m3左右，氮氧化物減排問題已成為制約公司能否生存發(fā)展的主要瓶頸。在此背景下，石橫特鋼開展燒結(jié)煙氣NOx減排技術(shù)研究，新3#燒結(jié)SCR脫硝技術(shù)于2018年12月15日投入應(yīng)用，該技術(shù)使用20%濃度的氨水作為脫硝還原劑，將燒結(jié)煙氣NOx降低至50 mg/m3以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，成為山東省第一家燒結(jié)脫硝技術(shù)示范單位，同時(shí)被山東省評(píng)為超低排放示范企業(yè)。

2 ?SCR脫硝原理

2.1 化學(xué)反應(yīng)原理

在SCR脫硝工藝中，將氨水霧化噴入燒結(jié)煙氣中，在催化劑作用下和300-400℃溫度范圍內(nèi)氨與NOx反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?/p>

2.2 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

氨首先被催化劑活化成氨基，再與煙氣中的NO偶合，形成了極易降解為N2和H2O的亞硝基中間產(chǎn)物。隨著還原態(tài)的催化劑被煙氣中的氧氣所氧化，催化劑得到復(fù)原，實(shí)現(xiàn)了催化循環(huán)。

3 ?SCR脫硝技術(shù)工藝流程

SCR脫硝技術(shù)有以下系統(tǒng)：熱風(fēng)爐加熱系統(tǒng)、GGH系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器（含三層催化劑及吹灰系統(tǒng)）、煙氣降溫系統(tǒng)、氨水儲(chǔ)存及輸送系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

工藝流程：主抽風(fēng)機(jī)將130℃的原煙氣送入脫硝原煙道，煙氣流經(jīng)GGH換熱器，將原煙氣加熱到310℃，氨水經(jīng)噴槍霧化在脫硝原煙道與加熱后原煙氣混合，進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的NOx加速反應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫硝。脫硝后的煙氣經(jīng)GGH換熱器降溫至160℃，再進(jìn)入煙氣降溫器降溫至120℃，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)去往吸收塔進(jìn)行脫硫除塵，最終達(dá)標(biāo)排放。

4 ?脫硝技術(shù)參數(shù)的控制

4.1 催化劑活性

催化劑是SCR系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備之一，其類型、結(jié)構(gòu)和表面積對脫除NOx效果有很大影響，該工藝選擇金屬氧化物為催化劑，主要材質(zhì)為V2O5-WO3（MoO3）/TiO2。影響催化降解效果的因素：

（1）反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度決定著反應(yīng)速度和反應(yīng)活性。如果溫度過低，反應(yīng)速率慢，甚至出現(xiàn)了一些不利于NOx降解的副反應(yīng)，如銨鹽的生成反應(yīng)加快。SCR系統(tǒng)反應(yīng)溫度控制在300℃～400℃之間。

（2）空間速率

煙氣的空間速率越大，其停留時(shí)間越短。一般而言，SCR的脫硝效率將隨煙氣空間速率的增大而降低?？臻g速率通常是根據(jù)SCR反應(yīng)器的布置位置、脫硝效率、煙氣溫度、允許的氨逃逸量以及粉塵濃度來確定的。一般在2500～3500h-1。

4.2 脫硝率

燒結(jié)廢氣中入口NOx濃度一般在280-360 mg/m3，通過時(shí)時(shí)控制氨水流量、噴氨周期，保證SCR系統(tǒng)出口NOx小于50 mg/m3，脫硝率達(dá)90%以上。

4.3 催化劑壓差

催化劑運(yùn)行壓差反映了煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器催化劑層后的壓頭損失。壓差的升高趨勢，代表催化劑的堵塞嚴(yán)重程度。正常情況下，該壓差<0.6kPa。

5 ?運(yùn)行中存在的問題及對策

5.1 催化劑堵塞

催化劑堵塞主要是由于銨鹽及飛灰的小顆粒沉積在催化劑小孔中，阻礙了NOx、NH3、O2到達(dá)催化劑活性表面，引起催化劑鈍化。

新3#燒結(jié)脫硝系統(tǒng)于2018年12月15日投入運(yùn)行，運(yùn)行后由于對反應(yīng)溫度、吹掃周期及吹掃壓力等工藝參數(shù)的控制缺乏經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行后不到一個(gè)月，催化劑總壓差由0.48 kPa逐步升高至1.5 kPa，系統(tǒng)阻力增加，導(dǎo)致燒結(jié)負(fù)壓降低，影響燒結(jié)礦產(chǎn)量降低。于2019年2月15日對脫硝系統(tǒng)工藝停機(jī)檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)催化劑堵塞嚴(yán)重。

為徹底解決催化劑堵塞對生產(chǎn)的影響，脫硝攻關(guān)小組不斷創(chuàng)新，擬在吹風(fēng)管道中兌入調(diào)質(zhì)劑，5月11日停機(jī)12小時(shí)通過對相關(guān)設(shè)備的改造和對接，實(shí)現(xiàn)往吹風(fēng)管道中兌入調(diào)質(zhì)劑。調(diào)質(zhì)量劑的主要作用是改善煙氣的品質(zhì)，降低煙氣的粘度，調(diào)質(zhì)劑使用后催化劑堵塞現(xiàn)象得以消除，實(shí)現(xiàn)了SCR系統(tǒng)的長期平穩(wěn)運(yùn)行。

5.2 催化劑的磨損

催化劑的磨蝕主要是由于飛灰撞擊在催化劑表面形成的，磨蝕強(qiáng)度與氣流速度、飛灰特性、撞擊角度及催化劑本身特性有關(guān)。

5.3 催化劑堿金屬及砷中毒

堿金屬中毒主要是煙氣中Na、K腐蝕性混合物與催化劑表面接觸，降低催化劑活性。砷（As）中毒主要是由煙氣中的As2O3擴(kuò)散進(jìn)入催化劑表面及堆積在催化劑小孔中，在催化劑的活性位置與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)堆積，引起催化劑活性降低。

5.4 催化劑的更換與保養(yǎng)

當(dāng)催化劑磨損或堵塞嚴(yán)重時(shí)，催化劑反應(yīng)面積減少，會(huì)引起煙氣流不均勻和催化劑反應(yīng)不充分，影響脫硝效率降低，氨逃逸率增加，需要對催化劑進(jìn)行更換或清理。

6 ?運(yùn)行指標(biāo)

燒結(jié)煙氣中NOx排放濃度由350 mg/m3降至50 mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)環(huán)保超低排放要求，每年可減排氮氧化物約1100噸.2019年5至10月份，脫硝運(yùn)行電耗0.79 kwh/t、加熱爐煤氣消耗4.81 m3/t、氨水消耗0.7 kg/t、調(diào)質(zhì)劑消耗0.38 kg/t、氮?dú)庀?.78 m3/t、水消耗0.06 m3/t，綜合人工、維修合計(jì)運(yùn)行成本7～8元/t。

7 ?結(jié)論

7.1 石橫特鋼燒結(jié)SCR脫硝技術(shù)用于燒結(jié)煙氣治理實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，NOx排放濃度降至50 mg/m3以內(nèi)，環(huán)境效益和社會(huì)效益顯著。

7.2噴吹壓力、頻次，噴吹管與催化劑垂直距離、調(diào)質(zhì)劑的使用、堿金屬含量控制是實(shí)現(xiàn)催化劑穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。