太鋼燒結煙氣低溫SCR脫硝中試試驗
一、背景介紹
燒結工序是鋼鐵行業中主要的廢氣排放源之一，其排放的氮氧化物（NOx）占鋼鐵行業排放總量的50%左右。2019年5月，生態環境部等五部委聯合發布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，要求鋼鐵行業燒結機頭煙氣NOx排放濃度小時均值不高于50mg/m3（標態，干基，16%O2），并明確提出燒結煙氣脫硝應采用活性炭（焦）、選擇性催化還原（SCR）等高效脫硝技術。
SCR法是目前工業應用最廣的脫硝技術，其原理是利用NH3等還原劑在催化劑的作用下，有選擇性的與煙氣中的NOx（主要是NO和NO2）發生化學反應，生成N2和 H2O。主要反應方程式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
脫硝催化劑是SCR法的核心，而溫度是影響催化劑脫硝性能的重要因素。根據脫硝催化劑適用溫度的不同，SCR法可分為中溫SCR（280~420℃）和低溫SCR（140~280℃）。中溫SCR在電力行業有廣泛應用，目前技術已經趨于成熟。但是鋼鐵廠燒結煙氣具有溫度低、飛灰堿金屬含量高、含濕量大等特點，不能完全照搬。大部分企業采用的“脫硫除塵+煙氣升溫+中溫SCR脫硝”的工藝路線，存在投資和運行成本高、需要設置加熱爐和GGH換熱器，并消耗大量燃氣來保證脫硝催化劑的運行溫度，系統復雜，投資和運行成本高。采用低溫SCR脫硝技術，由于減少升溫，即可以取消煙氣加熱或GGH換熱器，因而投資和運行成本大幅降低，已成為各當前燒結煙氣脫硝技術發展的主要方向。
二、實驗過程
北京華電光大環境股份有限公司依托于華北電力大學，致力于低溫SCR脫硝催化劑的研發，研究出適合于燒結煙氣脫硝的低溫脫硝催化劑，并于2019年9月在山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠開展中試試驗研究。本試驗旨在驗證該低溫SCR脫硝催化劑在150℃燒結煙氣中的脫硝活性和運行穩定性，為燒結煙氣SCR脫硝技術向低溫、節能、抗中毒的方向發展提供關鍵技術支撐。
太鋼煉鐵廠450m2燒結機目前采用活性炭法對機頭煙氣進行脫硫脫硝處理。本次中試從活性炭脫硫脫硝后120~130℃的煙氣中抽取25000m3/h進行低溫SCR脫硝試驗，低溫脫硝催化劑采用的是華電光大自主研發的低溫平板式抗堿脫硝催化劑，型號為HDGD-DLY-ZL1，其主要化學成分為V2O5-MoO3-TiO2。脫硝催化劑分三層安裝，每層按3×1布置，共9個模塊。反應器進口煙道內設置蒸汽加熱器，用于把活性炭后120~130℃煙氣加熱至脫硝設計溫度150℃。加熱介質為廠區管網1.0Mpa、184℃飽和蒸汽。中試采用液氨作為還原劑，液氨來自廠區活性炭裝置的氨區。液氨在蒸發器內蒸發成氨氣，然后與稀釋空氣混合成氨體積分數小于5%的混合氣，通過噴氨格柵進入反應器進口煙道內與煙氣混合。
三、實驗結果
燒結煙氣低溫SCR脫硝技術中試試驗于2019年9月3日開始。試驗按照煙氣溫度150℃，脫硝反應器NOx入口110~160 mg/m3，出口NOx濃度≤50mg/m3，氨逃逸≤2.5ppm設計。低溫SCR脫硝中試裝置連續運行了60d。在這60d中試過程中，脫硝性能良好、運行穩定，脫硝效率平均可達85%以上，反應器出口NOx濃度穩定在50mg/m3以下，完全滿足設計要求。氨逃逸在大部分時間內低于0.1ppm，最高不超過1.0ppm，整體情況顯著優于設計要求的2.5ppm。由此可知，中試試驗脫硝效果理想，催化劑具有優異的低溫脫硝活性。
試驗結束后，打開脫硝反應器的催化劑安裝門，從反應器的第一層催化劑中抽取樣品進行觀察，催化劑樣品外觀結構完整，表面沒有出現機械損壞；同時，也觀察到催化劑濾灰網上有較為明顯的積灰。正是存在積灰問題，在60d的運行過程中，反應器進出口壓差呈緩慢上升趨勢。試驗開始時，反應器進出口壓差約200Pa；運行至第30d時，反應器進出口壓差上升至250Pa，壓差增加了50Pa。而在同一中試裝置內測試蜂窩催化劑時，在煙氣中運行30d后，反應器進出口壓差由800Pa增加至960Pa，壓差增加了160Pa。可見，在同樣中試裝置、煙氣量以及運行時間的情況下，蜂窩催化劑的壓差增長是板式催化劑的3倍之多，這就表明，在抗堵抗積灰方面，板式催化劑比蜂窩催化劑具有明顯優勢。
圖 試驗后的脫硝催化劑外觀樣貌
四、結論
（1）通過中試裝置連續60d的穩定運行和脫硝催化劑的取樣分析，表明試驗采用的低溫平板式抗堿脫硝催化劑在活性炭脫硫脫硝后的燒結煙氣中具有良好的低溫脫硝性能，150℃時脫硝效率平均達85%以上，脫硝反應器出口NOx濃度穩定在50mg/m3以下，氨逃逸低于1.0ppm，完全滿足設計要求。
（2）對于活性炭脫硫脫硝后燒結煙氣低溫SCR脫硝技術，存在催化劑表面積灰問題，應充分考慮催化劑抗積灰能力，以降低催化劑層積灰堵塞的風險。與蜂窩催化劑相比，板式催化劑在抗堵抗積灰方面具有明顯優勢。
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