燒結煙氣SCR 脫硝與COA 臭氧協同脫硝工藝對比分析

王天廣

（河北天柱鋼鐵集團有限公司，河北 唐山064000）

2018 年唐山市制定了《唐山市鋼鐵、焦化超低排放和燃煤電廠深度減排實施方案》。方案要求燒結機頭煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度在基準氧含量16%的條件下分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。天柱鋼鐵于2017年完成了燒結機脫硫超低排放改造，其中1#320m2燒結機采用了循環流化床半干法脫硫工藝；2#208m2燒結機采用了濕法脫硫+濕電工藝。在此基礎上1#320m2燒結機選擇了COA 臭氧脫硝工藝，2#208m2燒結機選擇了SCR 脫硝工藝。從這一年的運行狀況看兩種脫硝工藝均能達標排放但運行成本、環保效益上還是存在一定的差異，本文主要針對存在的差異展開論述。

燒結過程中的NOx 主要來源于燃料的燃燒。燒結生產中的燃料分為點火燃料和燒結燃料兩種。天柱鋼鐵1#320m2燒結機和2#208m2燒結機均采用高爐煤氣作為點火燃料，燒結燃料采用一定比例的焦粉和燒結煤粉。兩臺燒結機煙氣中NOx 的濃度均相對較低， 一般在100～240mg/Nm3。煙氣中NO 占85%左右，NO2占15%左右。兩臺燒結機的出口NOx的濃度均可控制在50mg/Nm3以下。

1 脫硝工藝原理對比

1.1 1#320m2 燒結機COA 臭氧協同脫硝工藝

由于1#320m2燒結機脫硫采用了循環流化床半干法脫硫工藝，天柱鋼鐵通過考察論證為其配備了臭氧脫硝工藝。氧化劑采用臭氧，由廠內提供純度≥99.5%的氧氣作為臭氧的制備原料。脫硝劑采用熟石灰，由純度（CaO含量）＞80%的生石灰制備。臭氧脫硝工藝的主要設備為臭氧發生器5 臺，規格型號NLO-F-90K，臭氧發生器功率675KW，裝機功率840KW，額定進氧氣量720Nm3/h。

臭氧脫硝技術的基本機理是，通過額外添加的脫硝劑的氧化作用，將煙氣中難溶于水的NO 轉化為高價態易溶于水的NOx，再以循環流化床反應器內激烈湍動的、擁有巨大的表面積的吸附劑顆粒作為載體，將高價NOx 與鈣基吸收劑快速反應脫除，完成脫硝過程。

臭氧是最強氧化劑之一，可高效轉化NO 為NOx，在120℃煙氣溫度環境條件下可在3 秒之內完成。NOx 與脫硝劑Ca（OH）2的反應效率偏低，根據2018 年到2019 年的實際運行情況看，此反應的難易程度較二氧化硫與氫氧化鈣的反應要大。在實際運行過程中增加了Ca（OH）2與二氧化硫、NOx的摩爾比后實現了較好的脫硝效果。

另外在燒結煙氣脫硝過程中由于氫氧化鈣用量增大，促進了副反應的發生：

圖1 COA 臭氧協同脫硝工藝流程

1.2 2#208m2 燒結機SCR 脫硝工藝

圖2 SCR 脫硝工藝流程

2#208m2燒結機在2017 年脫硫改造中使用了濕法脫硫+濕電工藝，綜合考慮技術可行性、現場布置等因素2#燒結機煙氣脫硝采用選擇性催化還原（SCR）工藝。還原劑使用20%氨水，主要設備為煙氣換熱器GGH、煙氣加熱爐（使用高爐煤氣做燃料）、中溫催化劑（運行溫度300℃）、煙氣冷凝器、煙氣再熱裝置。

主要是在一定溫度下（300℃），向煙氣中通入還原劑NH3，將煙氣中的NOx 還原為無害的氮氣（N2）和水（H2O）。它是目前國內外應用最為成熟的煙氣脫硝工藝。其主要反應如下：

從2#燒結的運行情況看，煙氣量為800000Nm3/h，進口NOx濃度在100-200mg/Nm3時，噴氨量控制在100kg/h 左右，可以達到穩定的脫硝效果。

表2 脫硝經濟性對比表

2 脫硝工藝技術性與經濟性對比

為使結論更加明朗，現將兩種脫硝工藝進行技術、經濟對比如下：

（1）技術性分析比較。（表1）

（2）脫硝工藝經濟性分析比較。（表2）

3 結論

通過對燒結煙氣脫硝工藝原理的分析、技術性和經濟性對比，可以看出SCR 脫硝工藝具有以下優勢：

（1）燒結煙氣SCR 脫硝產物為N2、H2O；產物清潔無二次污染，脫硝效率高，符合當前環保形勢。燒結煙氣COA 協同脫硝產物為：硝酸鈣、亞硝酸鈣、氫氧化鈣且混合于硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣中，成分復雜。

以現在的技術條件來說綜合利用存在一定難度，會造成大量的固廢產生。

（2）從運行成本看燒結煙氣SCR 脫硝為6.87 元/噸礦；燒結煙氣COA 臭氧協同脫硝為8.24 元/噸礦。兩者相差1.37 元/噸礦。由于鋼鐵企業燒結礦年產量動輒幾百萬噸起，脫硝成本的提高對企業的經濟效益也會帶來一定的影響。

從以上對比可以看出燒結煙氣SCR 脫硝工藝脫硝效率高，環保效益好、運行成本低與COA 臭氧協同脫硝比具有明顯的優勢，更適合燒結煙氣脫硝。