HSR干粉脫硝劑在焦?fàn)t煙氣脫硝上的應(yīng)用

劉家林 李炳偉 張?chǎng)?呂彥強(qiáng) 李明玉（. 廣州綠華環(huán)保科技有限公司，廣東 廣州5066；. 山西太鋼焦化廠，山西 太原00000；. 廣州暨南大學(xué)，廣東 廣州546）

0 引言

太原鋼鐵集團(tuán)有限公司焦化廠現(xiàn)有三座70 孔7.63m 特大型焦?fàn)t，已分別建設(shè)投運(yùn)了一整套煙氣脫硫脫硝裝置，其工藝為：190～210℃的焦?fàn)t原煙氣→SDS 脫硫裝置→布袋除塵器→SCR 脫硝→增壓風(fēng)機(jī)→煙囪。其中SCR 脫硝目前采用的還原劑為液氨，每套SCR脫硝的氣氨用量約為40kg/h。為嘗試解決液氨存在的燃燒、爆炸和中毒等重大安全隱患，于2019 年6 月在9#焦?fàn)t蓄熱室及配套的煙氣脫硫脫硝裝置上，開(kāi)展了安全環(huán)保型HSR 干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應(yīng)用試驗(yàn)。HSR 干粉脫硝劑為新開(kāi)發(fā)的一種固體的高效選擇性脫硝還原劑（Hi-effecent Selective Reduction，簡(jiǎn)寫HSR）。通過(guò)HSR 干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證了在SCR 脫硝停止噴氨的情況下，SCR 反應(yīng)器出口的煙氣NOx 濃度降低至100mg/m3以下，達(dá)到原氨氣脫硝的效率。

1 HSR干粉脫硝劑替代液氨的工藝原理

HSR干粉脫硝劑的主要成份為有機(jī)多胺化合物，為白色略顯紅色的固體粉劑，粒徑為20～150目，具有不燃不爆、無(wú)腐蝕性、無(wú)刺激性、脫硝活性高、流動(dòng)性好、不易受潮等特點(diǎn)。

通過(guò)料倉(cāng)的給料機(jī)、氣力輸送系統(tǒng)和噴槍，將HSR 干粉脫硝劑定量地噴入焦?fàn)t下降氣流的空氣蓄熱室頂部（該處下降廢氣溫度約600℃），利用煙氣高溫將HSR干粉脫硝劑完全熱解氣化，熱解出氣氨，再隨大煙道廢氣流經(jīng)SDS 脫硫塔、布袋除塵器、SCR反應(yīng)器整流格柵等處，使氣氨與煙氣充分混合均勻后，最終進(jìn)入SCR 反應(yīng)器，在停止原有噴氨的條件下，即可發(fā)生高效的SCR還原脫硝反應(yīng)，使煙氣NOx濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2 脫硝應(yīng)用試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)的設(shè)備與材料

HSR干粉脫硝應(yīng)用試驗(yàn)裝置包括羅茨風(fēng)機(jī)、帶攪拌器的料倉(cāng)、旋轉(zhuǎn)下料器、電控柜、分配器、噴槍、管道等。具體如表1所示：

表1 試驗(yàn)用設(shè)備

2.2 試驗(yàn)方案

（1）在9#爐焦側(cè)3 個(gè)相鄰的空氣蓄熱室頂部封墻上開(kāi)3 個(gè)插噴槍的孔洞，因現(xiàn)場(chǎng)施工不便等原因，另外1個(gè)洞孔開(kāi)在相隔一個(gè)爐號(hào)的空氣蓄熱室頂部封墻上，共裝設(shè)4支干粉脫硝劑噴槍，并將輸送管道安裝到位；

（2）在9#焦?fàn)t煙氣脫硝塔處的空地上安裝好氣力輸送試驗(yàn)裝置；

（3）空試和投料試運(yùn)行正常后，開(kāi)始正式往焦?fàn)t蓄熱室內(nèi)噴射HSR干粉脫硝劑，然后在保證SCR出口煙氣NOx濃度不超標(biāo)的前提下，根據(jù)SCR反應(yīng)器出口NOx變化曲線逐漸加大噴射量，再逐漸關(guān)小SCR 噴氨調(diào)節(jié)閥直至全關(guān)。試驗(yàn)時(shí)密切關(guān)注SCR反應(yīng)器出口NOx變化曲線，并作好相應(yīng)的記錄。

3 HSR干粉脫硝劑的應(yīng)用試驗(yàn)分析

待試驗(yàn)裝置安裝調(diào)試好后，分別于6月23日、24日、25日、26日，按擬定的試驗(yàn)方案進(jìn)行了HSR干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應(yīng)用試驗(yàn)，試驗(yàn)前和試驗(yàn)結(jié)束后，用氨氣為SCR 脫硝的還原劑時(shí)，SCR出口的煙氣NOx濃度為100mg/m3左右。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 HSR干粉脫硝應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，用干粉脫硝劑完全替代氨氣作為SCR脫硝還原劑后，SCR 出口氮氧化物濃度能夠達(dá)到100mg/m3以下，與氨氣脫硝的效率一致。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，3 支噴槍噴入下降氣流空氣蓄熱室時(shí)，則脫硝效率高更穩(wěn)定更低，焦?fàn)t交換機(jī)每20分鐘換向后，3支噴槍噴入上升氣流空氣蓄熱室時(shí)，脫硝情況則相反。因?yàn)楦煞勖撓鮿﹪娙肷仙龤饬骺諝庑顭崾遥龠M(jìn)入立火道中1100℃以上的燃燒區(qū)后，則會(huì)部分被高溫氧化為氮氧化物，不僅增加脫硝劑的消耗量，同時(shí)也影響SCR的脫硝效率。

試驗(yàn)過(guò)程中，脫硝劑用量波動(dòng)較大，主要有如下原因：

（1）因現(xiàn)場(chǎng)條件限制和安裝原因，4支噴槍未能插入同一煙氣流向的空氣蓄熱室頂部，使得進(jìn)行下降氣流脫硝測(cè)試時(shí)，仍有1 支噴槍將干粉脫硝劑噴入了上升氣流空氣蓄熱室和立火道，使脫硝效率和脫硝劑消耗量的測(cè)試受到不良影響；

（2）干粉脫硝試驗(yàn)裝置不夠精良，沒(méi)有稱重裝置等精密測(cè)量?jī)x器，不能根據(jù)SCR出口NOx濃度來(lái)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)干粉脫硝劑給料量；

（3）因?yàn)樵?.63 超大型焦?fàn)t蓄熱室結(jié)構(gòu)為分格式的，插噴槍所在的一格蓄熱室空間狹小，干粉脫硝劑（以球形粒料為主，夾有少量粉料）噴入分格蓄熱室頂部后的高溫?zé)峤鈺r(shí)間不充足，熱解的充分性則受到影響，進(jìn)而使干粉脫硝劑的利用率和消耗量也受到影響；

（4）干粉脫硝劑的粒徑偏大，在分格蓄熱室內(nèi)停留時(shí)間較短的不利條件下，影響傳熱效率和脫硝劑的熱解速率，從而影響脫硝效率和消耗量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在太原鋼鐵集團(tuán)有限公司焦化廠9#焦?fàn)tSCR 煙氣脫硝裝置和焦?fàn)t蓄熱室上，開(kāi)展的HSR干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應(yīng)用試驗(yàn)，取得下述重要成果：

（1）HSR 干粉脫硝不僅可以完全替代液氨進(jìn)行煙氣脫硝，達(dá)到液氨脫硝同樣的脫硝效率，而且安全環(huán)保，可從源頭上避免液氨脫硝存在的重大危險(xiǎn)源問(wèn)題。

（2）HSR 干粉脫硝劑屬安全環(huán)保和節(jié)能型材料，只需建設(shè)一套干粉脫硝劑料倉(cāng)和氣力輸送裝置，將該脫硝劑定量地噴入部分的焦?fàn)t蓄熱室頂部即可替代液氨進(jìn)行SCR脫硝，工藝和設(shè)備簡(jiǎn)潔，投資省、占地小、選址容易。

（3）HSR 干粉脫硝劑噴入焦?fàn)t蓄熱室頂部進(jìn)行脫硝過(guò)程中，因輸送的氣量少，對(duì)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒(méi)有影響。

（4）HSR 干粉脫硝劑噴入蓄熱室頂部時(shí)，噴入下降煙氣中比噴入上升氣流中的脫硝效率高，并且更加穩(wěn)定。因此，工業(yè)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，須設(shè)計(jì)為只在下降氣流蓄熱室頂部噴入干粉脫硝劑，則可進(jìn)一步提高脫硝效率和降低脫硝劑的消耗量。

（5）對(duì)于高溫?zé)煔馔Ａ魰r(shí)間短的分格蓄熱室焦?fàn)t，如用干粉脫硝劑代替液氨或氨水，則干粉脫硝劑的粒徑應(yīng)盡量小或全部加工為流動(dòng)性好的粉劑，另外，選擇更多的空氣蓄熱室安裝噴槍，以加快干粉脫硝劑的熱解速率和利用效率，降低干粉脫硝劑的消耗量。