關于脫硝工程熱風爐排煙溫度設置及材料選擇應用

劉華煊　崔瑞萍　伍雄斌

摘? 要：低溫SCR脫硝，采用熱風爐補燃升溫，提高煙氣溫度，促進SCR脫硝反應進行。研究熱風爐形式選擇、熱風爐排煙溫度的高低，對煙氣輸送管道建設成本及脫硝系統運營成本的影響。了解鋼材和保溫材料性能，根據鋼材的性能和保溫材料性能，合理選擇鋼材和保溫方式，合理選擇熱風爐及設定熱風爐排煙溫度。

關鍵詞：煙氣脫硝;補燃升溫;保溫;不銹鋼

前言

2019年4月生態環保部等五部委聯合發表《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》（環大氣[2019]35號）中指出，推進實施鋼鐵行業超低排放是推動行業高質量發展、促進產業轉型升級、助力打贏藍天保衛戰的重要舉措。為貫徹落實《政府工作報告》《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》《國務院關于印發打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》等有關要求。

鋼鐵行業燒結機、加熱爐、石灰窯等燃燒煙氣產生NOx、SO2、顆粒物等污染物排放超標。研究鋼鐵行業燒結機、加熱爐、石灰窯煙氣脫硝，通常采用SCR脫硝，即煙氣與氨氣接觸，在催化劑的作用下，達到脫除NOx目標。鋼鐵行業煙氣溫度通常為80～150℃，為提高脫硝效果，采用提升煙氣溫度，增設熱風爐補燃升溫，促使脫硝反應煙氣溫度達到催化劑較好的催化反應溫度區間。

焦爐煤氣/高爐煤氣在熱風爐中燃燒，產生的高溫煙氣，溫度1000～1200℃，高溫煙氣輸送與原煙氣混合，降低輸送煙溫，對熱風爐類型選擇、輸送管道材料選型、煙氣溫度設置、運行安全性、運行經濟性進行分析。

1 技術討論分析

熱風爐利用企業富余的燃氣（如高爐煤氣、焦爐煤氣、發生爐煤氣、轉爐煤氣、各種工業尾氣等）提供補燃，燃燒產生的高溫煙氣摻到主煙管中，提升煙氣溫度，達到SCR脫硝催化劑所需要的適宜溫度。熱風爐有2種形式，一種為直燃式，另一種為外置式。

直燃式熱風爐，燃氣在煙道內設置的燃燒筒內直接燃燒，燃燒產生的高溫煙氣溫度在1000～1200℃，助燃風機分一部分冷空氣冷卻燃燒筒，使燃燒筒周圍煙氣溫度控制在燃燒筒設備材料耐受溫度以內運行，但煙氣溫度仍然過高，而煙道材質通常為普通碳鋼材質，其耐溫～350℃，運行中依靠煙道內的低溫煙氣及時將熱風爐高溫煙氣帶走，以確保熱風爐周邊煙道壁板溫度不高于板材的耐溫，保證運行安全。直燃式熱風爐對設計、安裝及運行要求挺高，需要合理的設計熱風爐的布置及監測、嚴格合理的安裝熱風爐，并嚴格執行操作規程運行，方能保證熱風爐安全運行，否則容易燒穿煙道，造成安全事故。熱風爐布置在扁平煙道處，混風均勻性差。

外置式熱風爐，煙氣在爐膛內燃燒，燃燒室采用耐高溫材料砌筑，為燃料在其中充分的燃燒提供足夠的空間，材質上充分考慮燃燒時的耐高溫性能以及煙氣腐蝕。燃燒室前布置補風環，從摻混風機引來的一部分空氣/低溫煙氣進入補風環，沿爐壁平行進入熱風爐，極大保護了熱風爐耐火層的同時維持了燃燒室燃燒溫度，使熱風爐出口能達到所需目標溫度的同時保證了最穩定的燃燒氛圍。外置式熱風爐，產生的高溫煙氣，選用合適的耐溫材料，經主管道輸送至煙道附近，再由多個分支管道輸送進脫硝入口扁平的煙道內，分支管道均勻布置在煙道上，用以保證煙道各處熱煙氣分布均勻。熱風分布管見圖1，煙氣熱量模擬見圖2。

根據以上各材料的用途和耐溫條件，用于熱風爐煙氣輸送，可將熱風爐出口煙氣溫度調節為3個溫度等級，分別為350℃、600℃、800℃。350℃采用Q235B或Q355B材料管道，600℃采用304或316L不銹鋼材料管道，800℃采用310S不銹鋼材料管道。

以上三種設想，結合滄州雙膛窯脫硝工程熱風爐管道布置，分析管道選型，建設成本。

一定量的煙氣，補燃升溫40℃，所需要吸收的熱量是一定的。控制熱風爐出口管道煙氣溫度，是由熱風爐摻混的空氣量多少決定，進而影響熱風爐出口煙氣量、管道大小、焦爐煤氣耗量、催化劑耗量、反應器截面大小等。故高溫煙氣溫度越高，混合的空氣量越少，反應器選型小，燃燒的煤氣量越少，熱風爐越節能。

高溫煙氣，采用310S不銹鋼管道+硅酸鋁巖棉輸送煙氣，亦可以采用耐高溫內保溫材料+普通碳鋼材料制作。

根據以上材料性能，均能滿足熱風爐出口煙氣溫度要求，控制煙氣溫度800℃，材質耐溫安全，材料使用壽命能夠延長，且留有一定的安全裕量，故控制煙溫800℃以內為宜。

2 經濟分析

熱風爐出口高溫煙氣，設定溫度不同，對設備選型均有影響，根據溫度不同，探討各種設定條件的建設成本，如下：

由以上對比看出，煙氣溫度變化，影響反應器選型、催化劑量大小、管道建設成本、保溫成本等，其中最主要影響催化劑量變化， 造成建設成本變化，溫度越高，建設成本偏低， 每3年需更換一次催化劑，應盡可能提高煙氣溫度，可降低建設成本。

設定800℃排煙溫度，選用310S不銹鋼+硅酸鋁巖棉、碳鋼+陶瓷纖維板+澆注料兩種設定條件建設成本對比，如下：

由以上對比看出，310S不銹鋼+硅酸鋁巖棉、碳鋼+陶瓷纖維板+澆注料兩種方式，建設成本有略微差異，相差較小。

根據熱風爐出口煙氣溫度變化，研究溫度變化與煤氣耗量、電耗量、運行成本的關系曲線：

由煙溫變化引起煤氣耗量、風機功率、年運行成本變化曲線可知，最主要是煤氣耗量造成的成本變化最大，熱風爐出口煙氣溫度越高，消耗的煤氣耗量急劇下降，煤氣運行成本越低。

綜合考慮建設成本和運營成本分析，煙氣溫度越高，建設成本和運行成本均降低，運營成本顯著下降，提高溫度越高，節能效果越明顯。

3 工程應用

我司滄州2個項目，煙氣輸送管道煙氣溫度均控制在800℃以內，分別采用兩種方案實施，碳鋼+陶瓷纖維板+澆注料，310S不銹鋼管道+硅酸鋁巖棉保溫。

軋鋼廠熱風輸送管道采用碳鋼管內襯陶瓷纖維板和澆注料。施工過程，管道內布置Z型304錨鉤錯列方陣布置，隔熱層鋪設陶瓷纖維板并錨固，工作層焊接龜甲網，再涂抹陶粒輕質保溫澆注料，最后將工作層涂抹莫來石質耐火保溫澆注料。雙膛窯熱風輸送管道采用310S不銹鋼鋼管，外裹硅酸鋁巖棉保溫。

熱風爐出口煙氣溫度均控制在800℃以內，軋鋼廠脫硝工程熱風管道過1年多運行，項目運行良好，現場檢修觀察，澆注料完整無裂痕。雙膛窯輸送管道輕盈，支架設置較方便，經過半年運行，一切正常。

結語

綜合技術、安全運行、經濟性能、工程應用效果，熱風爐采用外置式，布置地面或空場地，采用高溫煙氣輸送，煙氣溫度越高越好，受材料耐溫限制，煙氣溫度控制800℃為宜，管道采用碳鋼管道+陶瓷纖維板+澆注料或310S不銹鋼管+硅酸鋁巖棉保溫均可，工程建設成本低，長期運行成本低，且運行成本遠小于建設成本，使用效果較好，能夠保證機組正常運行。

參考文獻：

[1]李世柳 《石油化工常用鋼材性能》 1997-03-014.

[2]生態環保部等五部委 《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》 2019年4月.

第一作者簡介：劉華煊，男，江西九江人，工程師，從事節能環保工程的設計工作.