燒結煙氣SCR脫硝技術的實踐

錢林強 付繼帥

摘要：本文介紹了SCR脫硝技術在石橫特鋼新3#燒結煙氣中NOx減排的應用以及工藝控制方法，運行中存在的問題及對策，運行指標等，實現燒結煙氣NOx排放濃度≤50 mg/m3，達到國家超低排放標準，取得了較好的環境和社會效益。

關鍵詞：燒結 ?脫硝

1 ?前言

燒結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燃料中氮元素高溫燃燒發生反應生成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%。根據山東省《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》中規定“燒結煙道廢氣中氮氧化物排放量要求在50 mg/m3以下”，通過工藝調整優化，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展的主要瓶頸。在此背景下，石橫特鋼開展燒結煙氣NOx減排技術研究，新3#燒結SCR脫硝技術于2018年12月15日投入應用，該技術使用20%濃度的氨水作為脫硝還原劑，將燒結煙氣NOx降低至50 mg/m3以內，實現NOx超低排放，成為山東省第一家燒結脫硝技術示范單位，同時被山東省評為超低排放示范企業。

2 ?SCR脫硝原理

2.1 化學反應原理

在SCR脫硝工藝中，將氨水霧化噴入燒結煙氣中，在催化劑作用下和300-400℃溫度范圍內氨與NOx反應，生成氮氣和水。

2.2 化學反應機理

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的亞硝基中間產物。隨著還原態的催化劑被煙氣中的氧氣所氧化，催化劑得到復原，實現了催化循環。

3 ?SCR脫硝技術工藝流程

SCR脫硝技術有以下系統：熱風爐加熱系統、GGH系統、SCR反應器（含三層催化劑及吹灰系統）、煙氣降溫系統、氨水儲存及輸送系統、電氣控制系統等。

工藝流程：主抽風機將130℃的原煙氣送入脫硝原煙道，煙氣流經GGH換熱器，將原煙氣加熱到310℃，氨水經噴槍霧化在脫硝原煙道與加熱后原煙氣混合，進入SCR反應器，在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的NOx加速反應實現脫硝。脫硝后的煙氣經GGH換熱器降溫至160℃，再進入煙氣降溫器降溫至120℃，經增壓風機去往吸收塔進行脫硫除塵，最終達標排放。

4 ?脫硝技術參數的控制

4.1 催化劑活性

催化劑是SCR系統中關鍵設備之一，其類型、結構和表面積對脫除NOx效果有很大影響，該工藝選擇金屬氧化物為催化劑，主要材質為V2O5-WO3（MoO3）/TiO2。影響催化降解效果的因素：

（1）反應溫度

反應溫度決定著反應速度和反應活性。如果溫度過低，反應速率慢，甚至出現了一些不利于NOx降解的副反應，如銨鹽的生成反應加快。SCR系統反應溫度控制在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。空間速率通常是根據SCR反應器的布置位置、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

燒結廢氣中入口NOx濃度一般在280-360 mg/m3，通過時時控制氨水流量、噴氨周期，保證SCR系統出口NOx小于50 mg/m3，脫硝率達90%以上。

4.3 催化劑壓差

催化劑運行壓差反映了煙氣經過SCR反應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重程度。正常情況下，該壓差<0.6kPa。

5 ?運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到達催化劑活性表面，引起催化劑鈍化。

新3#燒結脫硝系統于2018年12月15日投入運行，運行后由于對反應溫度、吹掃周期及吹掃壓力等工藝參數的控制缺乏經驗，運行后不到一個月，催化劑總壓差由0.48 kPa逐步升高至1.5 kPa，系統阻力增加，導致燒結負壓降低，影響燒結礦產量降低。于2019年2月15日對脫硝系統工藝停機檢查，經檢查發現催化劑堵塞嚴重。

為徹底解決催化劑堵塞對生產的影響，脫硝攻關小組不斷創新，擬在吹風管道中兌入調質劑，5月11日停機12小時通過對相關設備的改造和對接，實現往吹風管道中兌入調質劑。調質量劑的主要作用是改善煙氣的品質，降低煙氣的粘度，調質劑使用后催化劑堵塞現象得以消除，實現了SCR系統的長期平穩運行。

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，磨蝕強度與氣流速度、飛灰特性、撞擊角度及催化劑本身特性有關。

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擴散進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發生反應堆積，引起催化劑活性降低。

5.4 催化劑的更換與保養

當催化劑磨損或堵塞嚴重時，催化劑反應面積減少，會引起煙氣流不均勻和催化劑反應不充分，影響脫硝效率降低，氨逃逸率增加，需要對催化劑進行更換或清理。

6 ?運行指標

燒結煙氣中NOx排放濃度由350 mg/m3降至50 mg/m3以下，實現環保超低排放要求，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、調質劑消耗0.38 kg/t、氮氣消耗5.78 m3/t、水消耗0.06 m3/t，綜合人工、維修合計運行成本7～8元/t。

7 ?結論

7.1 石橫特鋼燒結SCR脫硝技術用于燒結煙氣治理實現NOx超低排放，NOx排放濃度降至50 mg/m3以內，環境效益和社會效益顯著。

7.2噴吹壓力、頻次，噴吹管與催化劑垂直距離、調質劑的使用、堿金屬含量控制是實現催化劑穩定運行的關鍵。