燒結煙氣SCR脫硝工藝淺析

（中冶京誠工程技術有限公司,北京 100176）

1 概述

鋼鐵行業作為國家工業的一個重要部分，國家對其環保要求日益嚴格。研究表明，鋼鐵生產過程中產生大量SO2和NOx，其中NOx總量在固定發生源中占第二位，僅次于SO2的排放量。特別是燒結生產過程NOx排放量約占鋼鐵廠NOx排放總量的一半左右。因此，對燒結煙氣NOx排放量的嚴格控制，可有效降低鋼鐵行業的NOx的排放量。

2 燒結煙氣特點

2.1 煙氣量大

燒結機每生產一噸燒結礦，對應產生的燒結煙氣量為4000～6000 m3。例如，對于一臺265 m3燒結機需處理的最大工況煙氣量約為1590000 m3/h。目前鋼鐵行業采用的燒結機一般為360 m3、450 m3、600 m3等大型燒結機，因此，所需處理的煙氣量非常大。

2.2 煙氣中SO2、NOX含量低

因燒結礦粉和燃料產地不同，氮、硫的組分存在著一定的差異，燒結煙氣中SO2的含量一般為800～3500 mg/m3；再有燒結過程中受工藝控制水平的高低及燒結機漏風率等的影響，燒結煙氣中NOx 含量一般為200～350 mg/m3。

2.3 CO含量高

燒結機一般采用點燃高爐煤氣作為熱源，因此，未燃盡的CO 被主抽風機吸入燒結煙氣中，致使燒結煙氣CO含量較高，但CO為還原性氣體，對NOx的去除可起到積極作用。

2.4 燒結煙氣組分復雜

燒結煙氣組分復雜,除含有SO2、NOx、CO 外，還含有金屬及非金屬粉塵、氯化氫、氟化氫、二噁英等。

2.5 含濕量及含氧量高

經檢測，燒結煙氣的含濕量可達到10%～13%，含氧量一般為15%～18%[1]。

3 技術路線的分析

目前，脫硝技術主要有選擇性催化還原技術（SCR）和選擇性非催化還原技術（SNCR），還有臭氧氧化吸收法、高錳酸鉀氧化吸收法、ClO2氧化吸收法等低溫氧化技術。按目前國家的排放要求，從NOx去除率及技術的成熟性分析，SCR 技術是最值得推薦的脫硝技術。考慮到鋼廠燒結煙氣煙氣量大、NOx含量低、含濕量及含氧量高、粉塵成分復雜等特殊情況，需要在場地布置、運行成本等方面進行合理的工藝流程設計，開發適合燒結煙氣NOx 治理的SCR技術路線。

3.1 SCR反應器的布置分析

若參照火電行業，直接將SCR 脫硝裝置應用于燒結煙氣并布置在高塵、高硫段，在低溫下粉塵、二氧化硫與水、氨氣容易形成粘稠的銨鹽，附著在催化劑上，造成催化劑的中毒失活，嚴重影響催化劑性能；因此將SCR 裝置布置在低塵、低硫段較為合適。

3.2 經濟性運營分析

經過大量的研究開發及實際工程的試驗對比，不斷改進低溫催化劑配方，催化劑的性能不斷提高，甄選出適合燒結煙氣脫硝要求催化劑為反應窗口為280～320 ℃的寬溫帶催化劑。但在低塵、低硫段時煙氣溫度較低，一般為110～150 ℃，遠低于280 ℃,因此，需要將燒結煙氣進行升溫。為降低運行成本，采用增設煙氣直燃補熱系統和高效回轉GGH 系統兩款核心設備，用直燃補熱系統對煙氣進行升溫，高效回轉式GGH 對冷熱側煙氣進行換熱，達到脫硝反應溫度的同時提高熱能的綜合利用，且可大大降低運行成本。

3.3 工藝流程分析

經過十余年環保的綜合治理，鋼鐵企業燒結機已配備性能良好、功能完善的靜電除塵設施和濕法或半干法脫硫設施。當燒結機煙氣采用濕法煙氣脫硫工藝，如石灰（石）-石膏法脫硫工藝或氨法脫硫工藝時，煙氣中含有大量的水分及脫硫過程中產生的微小晶體顆粒，采用濕電除塵后增設脫硝裝置，如圖1；當脫硫工藝采用干法或半干法脫硫后不設置濕電，煙氣經脫硫布袋除塵后進入脫硝系統，如圖2。

圖1 濕法脫硫后增設SCR裝置工藝流程圖

圖2 半干法脫硫后增設SCR裝置工藝流程圖

4 燒結煙氣SCR系統的核心設備

4.1 補燃加熱系統

煙氣補燃加熱系統包括直燃爐本體、燃燒器、等離子點火器、助燃空氣系統、高爐煤氣系統、氮氣吹掃系統、煤氣放散系統以及自動控制系統等。

直燃爐一般采用高爐煤氣燃燒，產生的高溫煙氣在煙道內部直接混合換熱，熱效率高、安全可靠。正常運行時補燃加熱裝置將燒結煙氣溫度從250 ℃升溫至280 ℃。將煙氣溫度提升至催化劑的最佳反應窗口，為燒結煙氣脫硝系統提供了可靠的溫度條件，保證脫硝系統的正常穩定運行，達到設計的排放要求。

4.2 GGH換熱系統

燒結脫硝一般采用回轉式換熱器，稱之為“GGH”；此類型換熱器具有換熱效率高，系統阻力小的特點。工作原理為蓄熱元件在煙氣高溫的吸熱，轉到煙氣低溫側后放熱，實現熱量的交換。

脫硫后的燒結煙氣，經過GGH 換熱器換熱后溫度提高到250 ℃左右，其熱源來自脫硝反應后280 ℃的凈煙氣。經過GGH 換熱器換熱至250 ℃左右的煙氣，再次經過補燃加熱系統的二次加熱升溫30 ℃后，其溫度提高到280 ℃進入到SCR 反應器中進行脫硝反應。脫硝反應器出來的凈煙氣通過GGH 換熱后，溫度由280 ℃降低至90 ℃左右，然后經煙囪排放。經過GGH 換熱系統的循環工作，可提升熱能的綜合利用，大大降低脫硝系統的運行成本。

4.3 SCR反應器

燒結煙氣經除塵脫硫后，再經GGH 和補燃加熱系統后進入SCR 反應器，通過反應器的煙氣具有低硫、低塵和合適的溫度條件，可保證催化劑較高的活性。SCR 系統由氨儲罐、氨蒸發器、氨緩沖罐、稀釋風機、氨/空氣混合器、噴氨格柵、混合單元和催化劑組成。氨水或液氨經蒸發器轉化為NH3氣，經氨緩沖罐，在氨/空氣混合器內稀釋，再經噴氨格柵噴入煙道，與煙氣均勻混合，并在低溫SCR 反應器內在催化劑的作用下發生還原反應將NOx去除。

脫硝SCR 反應器前面煙道上設置有噴氨格柵。經稀釋后氨氣經管道送至噴氨格柵，SCR 裝置進口設有整流罩，保證氨氣與燒結煙氣充分混合。

SCR 反應器布置3 層催化劑托層，2 層裝填，一層備用；燒結煙氣經每一層催化劑流出后有一個再混合過程，強化了燒結煙氣中NOx和NH3混合的效果，預留一層，在國家政策發生調整后，環保要求提高時，可增加催化劑的層數。

催化劑是以TiO2（含量約80%～90%）作為載體，以V2O5（含量約1%～2%）作為活性材料，以WO3或MoO3（含量約占3%～7%）作為輔助活性材料制成[2]。燒結煙氣催化劑煙氣流速一般為3.5 m/s～6.5 m/s。根據外觀形狀可分為蜂窩式、平板式與波紋式三種形態，燒結煙氣的治理一般選用蜂窩式或板式催化劑。

5 結語

面對日益嚴峻的環保要求，對NOx污染的控制與排放標準將會日趨嚴格，如何選擇與之相適的工藝技術，將決定我們的投資及環保效果。通過實際工程監測，燒結煙氣SCR 系統運行穩定可靠，脫硝效率較高，運行成本適中，被廣大企業接受。特別是新建燒結機，采用循環流化床等半干法脫硫工藝后面配置GGH、補燃系統和SCR 裝置的脫硫脫硝系統已經被廣泛應用于大型燒結機煙氣處理系統。隨著新型催化劑研制，核心設備性能的不斷提高，燒結煙氣SCR 脫硝工藝不僅會有良好的環境效益，同時也會有良好的經濟效益和更廣闊的應用前景。