HSR干粉脫硝劑在焦爐煙氣脫硝上的應用

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

0 引言

太原鋼鐵集團有限公司焦化廠現有三座70 孔7.63m 特大型焦爐，已分別建設投運了一整套煙氣脫硫脫硝裝置，其工藝為：190～210℃的焦爐原煙氣→SDS 脫硫裝置→布袋除塵器→SCR 脫硝→增壓風機→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#焦爐蓄熱室及配套的煙氣脫硫脫硝裝置上，開展了安全環保型HSR 干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應用試驗。HSR 干粉脫硝劑為新開發的一種固體的高效選擇性脫硝還原劑（Hi-effecent Selective Reduction，簡寫HSR）。通過HSR 干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應用試驗，驗證了在SCR 脫硝停止噴氨的情況下，SCR 反應器出口的煙氣NOx 濃度降低至100mg/m3以下，達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、無腐蝕性、無刺激性、脫硝活性高、流動性好、不易受潮等特點。

通過料倉的給料機、氣力輸送系統和噴槍，將HSR 干粉脫硝劑定量地噴入焦爐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SDS 脫硫塔、布袋除塵器、SCR反應器整流格柵等處，使氣氨與煙氣充分混合均勻后，最終進入SCR 反應器，在停止原有噴氨的條件下，即可發生高效的SCR還原脫硝反應，使煙氣NOx濃度達到排放標準。化學反應方程式如下：

2 脫硝應用試驗部分

2.1 試驗的設備與材料

HSR干粉脫硝應用試驗裝置包括羅茨風機、帶攪拌器的料倉、旋轉下料器、電控柜、分配器、噴槍、管道等。具體如表1所示：

表1 試驗用設備

2.2 試驗方案

（1）在9#爐焦側3 個相鄰的空氣蓄熱室頂部封墻上開3 個插噴槍的孔洞，因現場施工不便等原因，另外1個洞孔開在相隔一個爐號的空氣蓄熱室頂部封墻上，共裝設4支干粉脫硝劑噴槍，并將輸送管道安裝到位；

（2）在9#焦爐煙氣脫硝塔處的空地上安裝好氣力輸送試驗裝置；

（3）空試和投料試運行正常后，開始正式往焦爐蓄熱室內噴射HSR干粉脫硝劑，然后在保證SCR出口煙氣NOx濃度不超標的前提下，根據SCR反應器出口NOx變化曲線逐漸加大噴射量，再逐漸關小SCR 噴氨調節閥直至全關。試驗時密切關注SCR反應器出口NOx變化曲線，并作好相應的記錄。

3 HSR干粉脫硝劑的應用試驗分析

待試驗裝置安裝調試好后，分別于6月23日、24日、25日、26日，按擬定的試驗方案進行了HSR干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應用試驗，試驗前和試驗結束后，用氨氣為SCR 脫硝的還原劑時，SCR出口的煙氣NOx濃度為100mg/m3左右。試驗數據如表2所示：

表2 HSR干粉脫硝應用試驗數據

從試驗數據分析，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到100mg/m3以下，與氨氣脫硝的效率一致。從試驗數據看，3 支噴槍噴入下降氣流空氣蓄熱室時，則脫硝效率高更穩定更低，焦爐交換機每20分鐘換向后，3支噴槍噴入上升氣流空氣蓄熱室時，脫硝情況則相反。因為干粉脫硝劑噴入上升氣流空氣蓄熱室，再進入立火道中1100℃以上的燃燒區后，則會部分被高溫氧化為氮氧化物，不僅增加脫硝劑的消耗量，同時也影響SCR的脫硝效率。

試驗過程中，脫硝劑用量波動較大，主要有如下原因：

（1）因現場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，使得進行下降氣流脫硝測試時，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試受到不良影響；

（2）干粉脫硝試驗裝置不夠精良，沒有稱重裝置等精密測量儀器，不能根據SCR出口NOx濃度來精準調節干粉脫硝劑給料量；

（3）因為該7.63 超大型焦爐蓄熱室結構為分格式的，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熱解時間不充足，熱解的充分性則受到影響，進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，在分格蓄熱室內停留時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 結語

通過在太原鋼鐵集團有限公司焦化廠9#焦爐SCR 煙氣脫硝裝置和焦爐蓄熱室上，開展的HSR干粉脫硝劑替代液氨的脫硝應用試驗，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行煙氣脫硝，達到液氨脫硝同樣的脫硝效率，而且安全環保，可從源頭上避免液氨脫硝存在的重大危險源問題。

（2）HSR 干粉脫硝劑屬安全環保和節能型材料，只需建設一套干粉脫硝劑料倉和氣力輸送裝置，將該脫硝劑定量地噴入部分的焦爐蓄熱室頂部即可替代液氨進行SCR脫硝，工藝和設備簡潔，投資省、占地小、選址容易。

（3）HSR 干粉脫硝劑噴入焦爐蓄熱室頂部進行脫硝過程中，因輸送的氣量少，對焦爐加熱系統的正常運行沒有影響。

（4）HSR 干粉脫硝劑噴入蓄熱室頂部時，噴入下降煙氣中比噴入上升氣流中的脫硝效率高，并且更加穩定。因此，工業裝置設計時，須設計為只在下降氣流蓄熱室頂部噴入干粉脫硝劑，則可進一步提高脫硝效率和降低脫硝劑的消耗量。

（5）對于高溫煙氣停留時間短的分格蓄熱室焦爐，如用干粉脫硝劑代替液氨或氨水，則干粉脫硝劑的粒徑應盡量小或全部加工為流動性好的粉劑，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。