優(yōu)美科DNX催化劑在寶鋼四號(hào)燒結(jié)機(jī)的應(yīng)用

大氣網(wǎng)訊:摘要：隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，在傳統(tǒng)的電力行業(yè)外，越來越多的行業(yè)工業(yè)裝置開始關(guān)注氮氧化物的處理問題。寶山鋼鐵股份有限公司作為中國(guó)鋼鐵行業(yè)的領(lǐng)先者，在2016年率先對(duì)寶鋼四號(hào)燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了煙氣SCR脫硝及脫二噁英改造，該項(xiàng)目成為中國(guó)鋼鐵行業(yè)第一個(gè)燒結(jié)機(jī)脫硝及脫二噁英項(xiàng)目。優(yōu)美科公司作為世界領(lǐng)先的脫硝催化劑供應(yīng)商，為該項(xiàng)目提供了優(yōu)質(zhì)的脫硝催化劑及技術(shù)支持。優(yōu)美科DNX®催化劑的優(yōu)異表現(xiàn)，確保該項(xiàng)目的SCR脫硝系統(tǒng)近三年的穩(wěn)定高效運(yùn)行，有力的證明了SCR技術(shù)完全適用于燒結(jié)煙氣脫硝及脫二噁的治理。

1、NOx及SCR法原理

工業(yè)裝置排放的氮氧化物（NOx）是一個(gè)主要的全球污染問題，對(duì)人類健康和環(huán)境的危害很大。NOx主要以NO和NO2的形式存在，其來源主要是燃燒過程，在燃料燃燒期間，燃?xì)庵械牡匾约爸伎諝庵械牡獨(dú)獗桓邷匮趸癁镹Ox，即燃料型NOx和熱力型NOx。排放到大氣中的NOx可以與水結(jié)合，是形成霧霾和酸雨的重要組成部分。此外，NOx與揮發(fā)性有機(jī)化合物和陽光結(jié)合可形成近地面臭氧。

現(xiàn)有的脫除煙氣中NOx的工藝主要有SCR法、臭氧法和活性炭法。其中SCR法系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單，運(yùn)行最為穩(wěn)定，NOx脫除效率也最高，適用于燒結(jié)機(jī)達(dá)標(biāo)排放以及將來超低排放的應(yīng)用。

SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）法是當(dāng)今最主流的脫硝工藝，其基本原理是氨氣與氮氧化物經(jīng)過催化劑活性表面發(fā)生還原反應(yīng)生成無害的氮?dú)夂退?，不再形成?duì)大氣的二次污染。

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O (NO2/NOx>0.50)

NO + NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O (NO2/NOx≤0.50)

SCR系統(tǒng)需要用氨作為還原劑，一般由噴射裝置噴入到反應(yīng)器中。

2、二噁英及脫除原理

二噁英是多氯代二苯并二噁英（PCDD）與多氯代二苯并呋喃（PCDF）的總稱，它們分別有75種和135種異構(gòu)體。其中2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英（2,3,7,8-TCDD）對(duì)人體的危害最大。

PCDD與PCDF的分子式如下：

二噁英可以在SCR脫硝催化劑表面上被催化分解，其分解率最高可達(dá)99.9%。反應(yīng)式如下：

PCDD/PCDF/2,3,7,8-TCDD+ O2→  CO2+H2O+HCl

二噁英的分解要求SCR的操作溫度＜280℃，大于280℃的反應(yīng)溫度會(huì)促使二噁英的重新生成。在煙氣溫度280~300℃之間，二噁英的分解速率依然大于生成速率，然而其脫除效率已經(jīng)降低。在溫度＞300℃，且煙氣中存在碳?xì)浠衔锖虷Cl時(shí)，SCR出口的二噁英濃度將大于SCR入口的二噁英濃度。

NOx與NH3、O2的反應(yīng)，二噁英的氧化分解反應(yīng)是典型的氣、固相催化反應(yīng)，均發(fā)生在催化劑的表面（包括微孔的內(nèi)表面），且反應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)即~10-3s即可完成。脫硝及脫二噁英反應(yīng)對(duì)煙氣的壓力并不敏感，其反應(yīng)基于優(yōu)美科公司現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，在煙氣壓力≤0.5Mpa g條件下均可進(jìn)行。

優(yōu)美科的DNX®催化劑在NOx及二噁英的脫除上有很明顯優(yōu)勢(shì)，在同等煙氣條件和性能要求下，相同項(xiàng)目上所需的催化劑體積更少。

NOx及二噁英在SCR脫硝催化劑上的脫除取決于以下因素：

●催化劑比表面積，表面面積越大，越有利于NOx及二噁英的脫除

●二噁英由氣體向催化劑表面的傳質(zhì)

●二噁英在催化劑微孔中的傳質(zhì)

●催化劑的活性

優(yōu)美科DNX®催化劑主要活性物質(zhì)V2O5、WO3的質(zhì)量百分比保證催化劑有足夠的活性催化分解煙氣中的NOx及二噁英，小節(jié)距、薄壁的特點(diǎn)使DNX®催化劑擁有足夠大的比表面積，其獨(dú)特的“三態(tài)微孔”結(jié)構(gòu)有利于NOx、NH3、二噁英由氣體向催化劑表面的傳質(zhì)及在微孔中的傳質(zhì)。

3、優(yōu)美科在燒結(jié)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)

優(yōu)美科公司作為全球優(yōu)秀催化劑供應(yīng)商，早在21世紀(jì)初就開始與一些知名的工程公司合作研究針對(duì)燒結(jié)煙氣的處理方案。

燒結(jié)煙氣成分比較復(fù)雜，除了NOx和SOx外，還有HCl、HF以及含F(xiàn)e、Na和K的粉塵。催化劑設(shè)計(jì)需充分考慮這些對(duì)催化劑有毒性的物質(zhì)以及抑制脫硝反應(yīng)的因素。優(yōu)美科采用的是具有三態(tài)微孔結(jié)構(gòu)的DNX®催化劑，該催化劑活性高，抗中毒能力強(qiáng)，可以完全適應(yīng)燒結(jié)煙氣，并有良好的表現(xiàn)。

SCR的位置也是很重要的一個(gè)方面。一種布置是SCR放置在脫硫除塵后，這段燒結(jié)煙氣煙溫較低，低于硫酸氫銨的露點(diǎn)溫度，需要升溫才能滿足長(zhǎng)期運(yùn)行的要求；但這個(gè)區(qū)間煙塵較低，可以選擇比表面積更大的催化劑，且煙塵中使催化劑中毒的物質(zhì)很少，對(duì)催化劑來說更適合。另一種布置是SCR放置在電除塵之后。這段煙溫較高，脫硝系統(tǒng)可直接運(yùn)行；但煙氣中塵含量也較高，需選大孔徑催化劑，催化劑體積會(huì)增加，催化劑失活速率也會(huì)增加。

這兩種布置方式優(yōu)美科早在2007年就有了運(yùn)行業(yè)績(jī)，且運(yùn)行效果良好。

4、寶鋼四號(hào)燒結(jié)機(jī)的工藝流程及技術(shù)參數(shù)

寶山鋼鐵股份有限公司寶山基地?zé)掕F廠四號(hào)燒結(jié)機(jī)為600m2燒結(jié)機(jī)。四燒結(jié)于2013 年11 月投運(yùn)，同步建設(shè)了半干法循環(huán)流化床脫硫裝置及除塵裝置，脫硫除塵后燒結(jié)煙氣中SO2含量小于50 mg/Nm3，粉塵濃度小于20 mg/Nm3，當(dāng)時(shí)并未考慮脫硝需求。

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)由寶鋼工程公司設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒有類似燒結(jié)機(jī)脫硝的經(jīng)驗(yàn)可供參考，經(jīng)參照國(guó)外已有的成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)已有的設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇了SCR反應(yīng)器放置在脫硫除塵系統(tǒng)之后的技術(shù)路線。優(yōu)美科公司反復(fù)核算并與寶鋼工程充分討論，確定SCR的反應(yīng)煙溫為280°C。280°C的煙溫可以有效的避免硫酸氫銨結(jié)露，減少催化劑及下游設(shè)備堵塞和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

該系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、GGH 換熱器、加熱爐、噴氨系統(tǒng)、SCR催化劑、蒸汽吹灰器等組成。燒結(jié)煙氣經(jīng)過靜電除塵器和脫硫后，用GGH將煙溫升至250°C，再由加熱爐將煙溫升至280°C，噴氨系統(tǒng)噴入的氨氣與NOx經(jīng)導(dǎo)流板和整流格柵充分混合后，在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)。脫硝后的熱煙氣在GGH與低溫?zé)煔鈸Q熱降溫后，經(jīng)煙囪排入大氣。

寶鋼四燒脫硝系統(tǒng)工藝流程圖

寶鋼四號(hào)燒結(jié)機(jī)共設(shè)有兩個(gè)反應(yīng)器，每臺(tái)反應(yīng)器的入口煙氣條件如下：

脫硝系統(tǒng)的性能保證如下：

DNX®系列催化劑是優(yōu)美科公司研發(fā)的高效脫硝催化劑，在不同行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

催化劑采用3+1布置，即安裝3層催化劑，預(yù)留一層催化劑的位置。催化劑采用模塊設(shè)計(jì)，每層6x10布置。模塊頂部設(shè)有頂部格柵及鋼絲網(wǎng)，既可有效防止大顆?；覊m及其他雜物損壞堵塞催化劑，還可以方便檢修。

吹灰系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)美科的建議選擇的蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰器對(duì)安裝質(zhì)量要求較高，但其吹掃干凈，無死角等優(yōu)點(diǎn)，比聲波吹灰器更適用于催化劑的清理。

5、催化劑安裝

優(yōu)美科公司提供的DNX®脫硝催化劑于2016年9月在優(yōu)美科技術(shù)工程師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下完成安裝。

6、催化劑的運(yùn)行

寶鋼四號(hào)燒結(jié)機(jī)脫硝系統(tǒng)于2016年10月投運(yùn)，至今已順利運(yùn)行近3年。期間經(jīng)優(yōu)美科技術(shù)人員電話回訪及現(xiàn)場(chǎng)檢查，催化劑完全滿足設(shè)計(jì)的脫硝效率、二噁英脫除率及氨逃逸要求。2019年6月進(jìn)入反應(yīng)器檢查，催化劑狀態(tài)良好，表面清潔，孔道暢通。

運(yùn)行約20000小時(shí)的催化劑表面

NOx出入口數(shù)據(jù)

經(jīng)過約20000小時(shí)的運(yùn)行，在控制出口排放的情況下，NOx入口濃度約270mg/Nm3，出口濃度約75mg/Nm3。增加噴氨量后，在保證氨逃逸的情況下，出口NOx濃度還可以降低。

2018年9月，寶鋼工程公司取出兩塊催化劑測(cè)試塊寄至優(yōu)美科丹麥實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行了活性及化學(xué)成分分析。經(jīng)測(cè)試，所得數(shù)據(jù)均在預(yù)期范圍內(nèi)，催化劑失活速率低于預(yù)期。

催化劑活性分析，剩余活性優(yōu)于預(yù)期

化學(xué)元素分析，主要數(shù)值均在預(yù)期范圍內(nèi)

7、結(jié)論

經(jīng)過寶鋼四號(hào)燒結(jié)機(jī)脫硝系統(tǒng)近3年的穩(wěn)定運(yùn)行，充分證明了SCR脫硝技術(shù)完全適用于燒結(jié)行業(yè)。SCR法也比其他脫硝工藝更加靈活，可以通過增加催化劑用量達(dá)到超低排放的要求，而無需進(jìn)行其他系統(tǒng)改動(dòng)。

優(yōu)美科DNX®脫硝催化劑也在該燒結(jié)脫硝項(xiàng)目上表現(xiàn)出優(yōu)異性能。催化劑的化學(xué)和物理性能使脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，更強(qiáng)的抗中毒能力使催化劑有更長(zhǎng)的壽命，這些都確保了鋼鐵企業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。作為全球優(yōu)秀催化劑供應(yīng)商，優(yōu)美科愿與鋼鐵企業(yè)一起為中國(guó)的環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

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