低温SCR脱硝在焦炉烟道气处理中的应用
摘要：介绍了低温(170～185℃) SCR脱硝工艺在焦炉烟道气脱硫脱硝装置应用的工程案例。该工艺一次投资省,运行费用低,且应用后设备运行稳定,烟气脱硝效率高,净化后的氮氧化物污染物含量长期保持在150mg/m3以下。
近年随着国家《炼焦化学工业污染物排放标准》的实施，国内焦化行业陆续建设了焦炉烟气脱硫脱硝装置。脱硝工艺主要采用中低温SCR工艺，反应温度在200～250℃，需要对烟气进行小幅升温，存在能源成本高的问题，宁钢焦化厂结合本单位实际情况采用低温SCR脱硝工艺，避免了烟气再升温，节约了运行成本。
1 焦炉烟气脱硫脱硝装置概述
宁钢焦化厂根据本厂焦炉烟气的实际情况选择了“半干法脱硫( 钠基) + 除尘+ 低温SCR 脱硝”工艺。2座焦炉共用1套焦炉烟气脱硫脱硝装置，分别从各自的总烟道将原烟气引出汇总进入脱硫脱硝装置，处理后分别返回各自原烟囱，工艺流程图见图1。
本装置处理烟气能力为30万m3 /h，原烟气温度为190～210 ℃，脱硝塔入口烟气温度为170～190 ℃，处理前二氧化硫浓度< 300mg /m3、氮氧化物浓度<1000mg /m3。处理后烟囱排放口的烟气颗粒物设计值< 15 mg/m3，二氧化硫设计值<30 mg /m3，氮氧化物设计值< 150mg/m3。经过实际运行证明，均达到了设计指标，满足《炼焦化学工业污染物排放标准》中特别限值排放要求，同时装置运行稳定，脱除效率高，实现了预期目标。
2 低温SCR脱硝工艺
2. 1 SCR脱硝处理原理
SCR脱硝是在催化剂的作用下，还原剂( 氨气)与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮气和水，从而去除烟气中的NOx。选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，其主要反应式如下。
4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O( 主要反应)
2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O
2. 2 催化剂的分类和应用
催化剂是SCR脱硝工艺的核心，催化剂的反应温度主要分为高温、中温、中低温、低温。应用最广的是高温催化剂和中温催化剂，脱硝效率高，应用条件广泛。表1为国内外催化剂的主要应用情况。
国内焦化行业目前使用较多的是中低温催化剂，低温催化剂使用较少，低温SCR能最大限度地降低烟气升温所需的能源消耗，减少一次投资。
2. 3 低温SCR脱硝面临的困难
( 1) 焦炉烟气中的二氧化硫在SCR催化剂的作用下会转化为三氧化硫，在180～230℃范围内三氧化硫极易与氨气发生反应生成硫酸氢铵，并吸附在催化剂表面，降低脱硝效率。
( 2) 烟气中存在飞灰等杂质，长期运行会导致催化剂堵塞。催化剂堵塞是不可逆的，并且催化剂不可再生，将直接影响催化剂的脱除效率和使用寿命。
2. 4 低温SCR脱硝解决措施
( 1) 对烟气先进行脱硫，降低脱硝塔入口的二氧化硫含量。宁钢选用半干法脱硫，雾化器可将脱硫剂雾化为50μm 的极细小雾滴，增加反应接触面积，使脱硫反应更充分，具有极高的脱除效率。经脱硫后入脱硝塔前二氧化硫控制在10 mg /m3以下。
( 2) 采用钠基脱硫。在140℃以上钠基具备脱硫效率更高、温降更小的优势，脱硫温降可以控制在15～20℃，保证脱硝烟气温度控制不低于170℃。
( 3) 脱硫后采用布袋除尘。布袋除尘具有除尘效率高，运行稳定的优点。未反应的脱硫剂附集在滤袋外表面，可以使烟气在滤袋表面完成二次脱硫反应，提高脱硫效果。经除尘后，入脱硝塔前颗粒物控制在10mg /m3以下。
( 4) 设置再生装置。长时间运行下，催化剂的反应效率下降是不可避免的，因此必须设置加热炉。当催化剂效率下降时，开启加热炉进行在线再生，恢复催化剂活性，延长催化剂的使用寿命。
( 5) 设置吹灰器。为保持催化剂表面的清洁，防止催化剂堵塞，需经常进行吹灰。吹扫的目的是防止灰沉积在催化剂表面，因此装置运行可每天吹灰1 次，甚至每班1 次。
( 6) 选择优质催化剂。为实现最优催化剂设计方案，需要考虑较多因素，包括: 调整催化剂中氧化钒的成分比例来获得较高活性的催化剂; 在达到同一性能条件下，催化剂的比表面积越大，需要催化剂的体积量越少; 为降低催化剂的重量，催化剂要设计成优化的壁厚，使通过催化剂的烟气压降也减到最低。宁钢根据此情况选择了奥地利Ceram 产品，催化剂主要技术数据见表2。
3 实际应用情况
系统投入运行至今1 年左右，生产稳定，脱硝效率达到85%以上，脱硝塔运行温度在180 ℃左右，达到了预期目标，烟囱排放数据如表3所示。
4 技术特点
( 1) 经济性好。节省了中低温脱硝工艺中升温所消耗的煤气，节约了成本。
( 2) 适用性好。所选催化剂在170～185℃的焦炉烟气工况下具有良好的适用性，脱硝效率仍可达到85%以上，满足低温脱硝运行。
( 3) 系统能够满足焦炉烟气周期性波动的特点，保证烟囱排放稳定达标。
5 结语
低温( 170～185 ℃) SCR脱硝工艺在宁钢运行的1年多时间里，设备运行稳定，烟气脱硝效率高，净化后的氮氧化物污染物含量长期保持在150 mg /m3 以下。同时其一次投资省、运行费用低的优点，为国内焦化企业脱硝工艺的选择提供了更多的选择和借鉴。
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