鋼廠燒結(jié)機(jī)煙氣SCR脫硝技術(shù)特性研究

大氣網(wǎng)訊:一前言

在鋼鐵行業(yè)中，NOx主要產(chǎn)生于燒結(jié)工藝，燒結(jié)煙氣脫硝正在成為環(huán)保行業(yè)的新熱點(diǎn)。選擇性催化還原法（SCR）是目前最為成熟、高效、可以滿足超低排放的要求脫硝技術(shù)，在電力行業(yè)的超低排放中有廣泛應(yīng)用。然而，隨著正式投運(yùn)的燒結(jié)煙氣脫硝項(xiàng)目越來(lái)越多，脫硝催化劑的堵塞、失活等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。越來(lái)越多的案例證明，脫硝催化劑的選擇和工藝路線的制定是相輔相成的，應(yīng)充分考慮煙氣特點(diǎn)、技術(shù)路線、經(jīng)濟(jì)成本等因素對(duì)癥下藥，而不能簡(jiǎn)單照搬。

二燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點(diǎn)火后隨臺(tái)車運(yùn)行，在高溫?zé)Y(jié)成型過(guò)程中所產(chǎn)生的含塵廢氣。燒結(jié)煙氣的主要特點(diǎn)：

（1）煙氣溫度較低且變化大，溫度范圍為100-185℃。

（2）含濕量大，一般10-12%左右；露點(diǎn)溫度高，露點(diǎn)溫度在65-80℃。

（3）煙氣含氧量較高，含氧量一般可達(dá)12-18%，大大高于燃煤鍋爐煙氣含氧量。

（4）煙氣含有一定量的氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)等腐蝕性氣體。

（5）NOx和SO2濃度隨鐵礦原料和燃料的波動(dòng)較大，NOx濃度一般200~400mg/ Nm3，高的可達(dá)600mg/Nm3（燃料型NOx占80%以上）；SO2濃度一般在800~3000mg/ Nm3，高的可達(dá)4000mg/Nm3。

（6）煙氣中含有二噁英。

（7）煙氣含塵約為5-30g/Nm3，經(jīng)電除塵后一般可控制在100mg/Nm3左右；煙塵中揮發(fā)性堿金屬含量高。

三燒結(jié)煙氣SCR脫硝現(xiàn)狀

目前，燒結(jié)煙氣的SCR脫硝工藝主要分為脫硫前脫硝和脫硫后脫硝兩種。為了滿足SCR脫硝溫度要求，脫硫前后的煙氣均需要先經(jīng)過(guò)GGH換熱器加熱，再經(jīng)熱風(fēng)爐補(bǔ)熱后，才能被送入SCR脫硝裝置中。燃煤鍋爐的SCR脫硝通常在310~420℃進(jìn)行，選用中溫催化劑。但是燒結(jié)煙氣流量大、溫度低，煙氣再熱系統(tǒng)的初始投資和運(yùn)行能耗都很高，目前一般是將燒結(jié)煙氣加熱至230-300℃，選用低溫SCR脫硝技術(shù)。

（1）脫硫前脫硝工藝：電除塵出口煙溫通?？蛇_(dá)130℃左右，煙氣加熱成本相對(duì)較低。燒結(jié)機(jī)飛灰中堿金屬非常高，催化劑中毒風(fēng)險(xiǎn)高。煙氣未經(jīng)脫硫，在低溫SCR脫硝過(guò)程中，易產(chǎn)生硫酸氫銨/硫酸銨。

（2）脫硫后脫硝工藝：脫硫后煙氣溫度較低，尤其濕法脫硫后的煙氣溫度一般50-60℃，煙氣加熱能耗高，運(yùn)行成本高。脫硫除塵后煙塵和SO2濃度均大幅降低，催化劑中毒和硫酸氫銨/硫酸銨生成的可能性隨之減小，但無(wú)法完全避免。

現(xiàn)在已經(jīng)投運(yùn)的燒結(jié)煙氣脫硝項(xiàng)目中，SCR催化劑的失活、堵塞問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。分析其中原因，催化劑失活主要是由堿金屬（K、Na）中毒引起的。目前，某些脫硝項(xiàng)目沒(méi)有充分考慮燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)，選用的催化劑沒(méi)有抗堿中毒能力，催化劑的使用壽命無(wú)法得到保障。例如，某個(gè)項(xiàng)目照搬使用電力行業(yè)SCR脫硝技術(shù)，脫硝溫度≥300℃，催化劑選用的電廠用的中溫催化劑，結(jié)果運(yùn)行僅幾個(gè)月后催化劑就嚴(yán)重失活。

另外，已經(jīng)有多個(gè)項(xiàng)目中的催化劑發(fā)生了嚴(yán)重堵塞，而且堵塞和失活往往是同時(shí)發(fā)生的。雖然電除塵后燒結(jié)煙氣中飛灰濃度可控制在100mg/Nm3左右，比燃煤鍋爐脫硝入口的煙塵濃度（30-50g/Nm3）低得多，但是兩者的飛灰特性截然不同。催化劑堵塞一般是由以下幾方面共同導(dǎo)致的：（a）燒結(jié)機(jī)飛灰中堿金屬含量高，飛灰粘度大，容易在催化劑表面粘附和沉積。（b）飛灰的主要成分KCl、NaCl、Fe2(SO4)3、CaSO4等有很強(qiáng)的吸濕性，低溫脫硝工況下，KCl、NaCl、Fe2(SO4)3、CaSO4等易吸潮而粘結(jié)成塊。（c）低溫SCR脫硝過(guò)程常有硫酸氫銨/硫酸銨生成，硫酸氫銨/硫酸銨易潮解、粘度大，會(huì)與飛灰粘結(jié)到一起，共同糊堵催化劑。

越來(lái)越多的案例證明，燒結(jié)煙氣脫硝不能簡(jiǎn)單照搬現(xiàn)有技術(shù)，而應(yīng)充分考慮自身特點(diǎn)對(duì)癥下藥。作為SCR工藝的核心，脫硝催化劑對(duì)燒結(jié)煙氣的適用性，已經(jīng)引起了越來(lái)越多的重視。

四燒結(jié)煙氣SCR脫硝催化劑研究

北京華電光大環(huán)境股份有限公司依托華北電力大學(xué)，組建了自己的研發(fā)生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，脫硝催化劑具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在對(duì)燒結(jié)煙氣脫硝技術(shù)充分論證、廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，華電光大研發(fā)出適用于燒結(jié)煙氣的脫硝催化劑，并且已經(jīng)在唐山港陸鋼鐵2×200m2+4×100m2燒結(jié)機(jī)超低排放項(xiàng)目中成功使用一年以上。該催化劑有以下特點(diǎn)：

（1）催化劑為板式催化劑

燒結(jié)機(jī)飛灰中堿金屬含量高，粘度大，低溫運(yùn)行時(shí)又易吸濕而粘結(jié)成塊，非常容易粘附于催化劑上。蜂窩催化劑的雖然比表面積比板式大，用量相對(duì)較少，但是易堵灰。板式催化劑則以金屬網(wǎng)板為基材，具有柔性結(jié)構(gòu)，并且?guī)缀涡螤顝澖禽^少。煙氣流過(guò)板式催化劑時(shí)，催化劑單板在煙氣中不停振動(dòng)，使飛灰難以附著于催化劑表面，可以有效避免飛灰在催化劑表面的沉積，因而板式催化劑更適合用于燒結(jié)煙氣脫硝。

（2）低溫下脫硝活性高

華電光大通過(guò)以下方式保證脫硝催化劑在140-280℃溫度區(qū)間內(nèi)都具有良好的催化活性：（a）通過(guò)調(diào)整加工方式優(yōu)化了催化劑孔結(jié)構(gòu)，合適的孔結(jié)構(gòu)提高了氧氣的擴(kuò)散，增加了氧分子的吸附。（b）配方優(yōu)化，增加了晶格缺陷，增加了晶格氧（O2-），提高了反應(yīng)氧的量。（c）通過(guò)催化劑的酸化，增加酸性位，尤其是增加B酸的酸位，有利于進(jìn)一步增加化學(xué)吸附氧。

（3）抗堿金屬中毒能力強(qiáng)

燒結(jié)機(jī)飛灰的堿金屬（K、Na）的含量非常高， K、Na易與催化劑表面V、W或Mo的活性酸位點(diǎn)形成V（W、Mo）-O-K鍵，導(dǎo)致活性酸位點(diǎn)數(shù)量減少，從而影響還原劑NH3的吸附活化，造成催化劑活性大幅下降。華電光大通過(guò)以下方式提高催化劑的抗堿金屬中毒能力：（a）添加抗堿金屬助劑，降低堿金屬與活性組分的反應(yīng)。（b）增加催化劑表面酸性，增強(qiáng)催化劑堿金屬容量。（c）調(diào)整催化劑配方，提高催化劑活性與抗中毒性能。

（4）抗低溫硫中毒能力強(qiáng)

煙氣含水量較高且溫度較低時(shí)，煙氣中SO3與H2O和NH3很易生成硫酸氫銨。露點(diǎn)溫度以下硫酸氫銨粘性很大，容易粘附在催化劑表面造成催化劑表面覆蓋及堵孔，影響催化劑的活性。硫酸氫銨與含有堿金屬的飛灰一起粘附于催化劑上，會(huì)造成催化劑中毒，直至無(wú)法再生恢復(fù)。華電光大從降低二氧化硫氧化率和減少硫酸氫銨生成兩方面入手，提高催化劑的抗SO2、H2O中毒能力，減少使用壽命周期內(nèi)的催化劑的再生頻率，降低硫銨的生成。

五結(jié)論

總之，基于燒結(jié)機(jī)的煙氣特點(diǎn)，以及綜合考慮運(yùn)行穩(wěn)定性，投資和運(yùn)行成本、滿足超低排放等影響因素，鋼廠燒結(jié)機(jī)脫硝的SCR脫硝技術(shù)是不二的選擇。SCR工藝可以選擇脫硫前脫硝或者脫硫后脫硝。但是為了滿足脫硝溫度要求，煙氣均需要預(yù)先經(jīng)過(guò)GGH換熱器加熱，再經(jīng)熱風(fēng)爐補(bǔ)熱后，進(jìn)入SCR脫硝裝置。燒結(jié)脫硝溫度宜選擇230-300℃，且催化劑必須具有抗堿中毒，抗硫中毒，以及具有有效避免積灰堵塞的板式催化劑。

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