摘要：介紹了低溫(170～185℃) SCR脫硝工藝在焦爐煙道氣脫硫脫硝裝置應用的工程案例。該工藝一次投資省,運行費用低,且應用后設備運行穩(wěn)定,煙氣脫硝效率高,凈化后的氮氧化物污染物含量長期保持在150mg/m3以下。
近年隨著國家《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》的實施，國內(nèi)焦化行業(yè)陸續(xù)建設了焦爐煙氣脫硫脫硝裝置。脫硝工藝主要采用中低溫SCR工藝，反應溫度在200～250℃，需要對煙氣進行小幅升溫，存在能源成本高的問題，寧鋼焦化廠結(jié)合本單位實際情況采用低溫SCR脫硝工藝，避免了煙氣再升溫，節(jié)約了運行成本。
1 焦爐煙氣脫硫脫硝裝置概述
寧鋼焦化廠根據(jù)本廠焦爐煙氣的實際情況選擇了“半干法脫硫( 鈉基) + 除塵+ 低溫SCR 脫硝”工藝。2座焦爐共用1套焦爐煙氣脫硫脫硝裝置，分別從各自的總煙道將原煙氣引出匯總進入脫硫脫硝裝置，處理后分別返回各自原煙囪，工藝流程圖見圖1。
本裝置處理煙氣能力為30萬m3 /h，原煙氣溫度為190～210 ℃，脫硝塔入口煙氣溫度為170～190 ℃，處理前二氧化硫濃度< 300mg /m3、氮氧化物濃度<1000mg /m3。處理后煙囪排放口的煙氣顆粒物設計值< 15 mg/m3，二氧化硫設計值<30 mg /m3，氮氧化物設計值< 150mg/m3。經(jīng)過實際運行證明，均達到了設計指標，滿足《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》中特別限值排放要求，同時裝置運行穩(wěn)定，脫除效率高，實現(xiàn)了預期目標。
2 低溫SCR脫硝工藝
2. 1 SCR脫硝處理原理
SCR脫硝是在催化劑的作用下，還原劑( 氨氣)與煙氣中的氮氧化物反應生成無害的氮氣和水，從而去除煙氣中的NOx。選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的NOx發(fā)生還原反應，其主要反應式如下。
4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O( 主要反應)
2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O
2. 2 催化劑的分類和應用
催化劑是SCR脫硝工藝的核心，催化劑的反應溫度主要分為高溫、中溫、中低溫、低溫。應用最廣的是高溫催化劑和中溫催化劑，脫硝效率高，應用條件廣泛。表1為國內(nèi)外催化劑的主要應用情況。
國內(nèi)焦化行業(yè)目前使用較多的是中低溫催化劑，低溫催化劑使用較少，低溫SCR能最大限度地降低煙氣升溫所需的能源消耗，減少一次投資。
2. 3 低溫SCR脫硝面臨的困難
( 1) 焦爐煙氣中的二氧化硫在SCR催化劑的作用下會轉(zhuǎn)化為三氧化硫，在180～230℃范圍內(nèi)三氧化硫極易與氨氣發(fā)生反應生成硫酸氫銨，并吸附在催化劑表面，降低脫硝效率。
( 2) 煙氣中存在飛灰等雜質(zhì)，長期運行會導致催化劑堵塞。催化劑堵塞是不可逆的，并且催化劑不可再生，將直接影響催化劑的脫除效率和使用壽命。
2. 4 低溫SCR脫硝解決措施
( 1) 對煙氣先進行脫硫，降低脫硝塔入口的二氧化硫含量。寧鋼選用半干法脫硫，霧化器可將脫硫劑霧化為50μm 的極細小霧滴，增加反應接觸面積，使脫硫反應更充分，具有極高的脫除效率。經(jīng)脫硫后入脫硝塔前二氧化硫控制在10 mg /m3以下。
( 2) 采用鈉基脫硫。在140℃以上鈉基具備脫硫效率更高、溫降更小的優(yōu)勢，脫硫溫降可以控制在15～20℃，保證脫硝煙氣溫度控制不低于170℃。
( 3) 脫硫后采用布袋除塵。布袋除塵具有除塵效率高，運行穩(wěn)定的優(yōu)點。未反應的脫硫劑附集在濾袋外表面，可以使煙氣在濾袋表面完成二次脫硫反應，提高脫硫效果。經(jīng)除塵后，入脫硝塔前顆粒物控制在10mg /m3以下。
( 4) 設置再生裝置。長時間運行下，催化劑的反應效率下降是不可避免的，因此必須設置加熱爐。當催化劑效率下降時，開啟加熱爐進行在線再生，恢復催化劑活性，延長催化劑的使用壽命。
( 5) 設置吹灰器。為保持催化劑表面的清潔，防止催化劑堵塞，需經(jīng)常進行吹灰。吹掃的目的是防止灰沉積在催化劑表面，因此裝置運行可每天吹灰1 次，甚至每班1 次。
( 6) 選擇優(yōu)質(zhì)催化劑。為實現(xiàn)最優(yōu)催化劑設計方案，需要考慮較多因素，包括: 調(diào)整催化劑中氧化釩的成分比例來獲得較高活性的催化劑; 在達到同一性能條件下，催化劑的比表面積越大，需要催化劑的體積量越少; 為降低催化劑的重量，催化劑要設計成優(yōu)化的壁厚，使通過催化劑的煙氣壓降也減到最低。寧鋼根據(jù)此情況選擇了奧地利Ceram 產(chǎn)品，催化劑主要技術數(shù)據(jù)見表2。
3 實際應用情況
系統(tǒng)投入運行至今1 年左右，生產(chǎn)穩(wěn)定，脫硝效率達到85%以上，脫硝塔運行溫度在180 ℃左右，達到了預期目標，煙囪排放數(shù)據(jù)如表3所示。
4 技術特點
( 1) 經(jīng)濟性好。節(jié)省了中低溫脫硝工藝中升溫所消耗的煤氣，節(jié)約了成本。
( 2) 適用性好。所選催化劑在170～185℃的焦爐煙氣工況下具有良好的適用性，脫硝效率仍可達到85%以上，滿足低溫脫硝運行。
( 3) 系統(tǒng)能夠滿足焦爐煙氣周期性波動的特點，保證煙囪排放穩(wěn)定達標。
5 結(jié)語
低溫( 170～185 ℃) SCR脫硝工藝在寧鋼運行的1年多時間里，設備運行穩(wěn)定，煙氣脫硝效率高，凈化后的氮氧化物污染物含量長期保持在150 mg /m3 以下。同時其一次投資省、運行費用低的優(yōu)點，為國內(nèi)焦化企業(yè)脫硝工藝的選擇提供了更多的選擇和借鑒。
