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低溫SCR脫硝在焦爐煙道氣處理中的應用
(時間:2020-4-29 14:24:18)

   摘要:介紹了低溫(170~185℃) SCR脫硝工藝在焦爐煙道氣脫硫脫硝裝置應用的工程案例。該工藝一次投資省,運行費用低,且應用后設備運行穩定,煙氣脫硝效率高,凈化后的氮氧化物污染物含量長期保持在150mg/m3以下。
   近年隨著國家《煉焦化學工業污染物排放標準》的實施,國內焦化行業陸續建設了焦爐煙氣脫硫脫硝裝置。脫硝工藝主要采用中低溫SCR工藝,反應溫度在200~250℃,需要對煙氣進行小幅升溫,存在能源成本高的問題,寧鋼焦化廠結合本單位實際情況采用低溫SCR脫硝工藝,避免了煙氣再升溫,節約了運行成本。
   1 焦爐煙氣脫硫脫硝裝置概述
   寧鋼焦化廠根據本廠焦爐煙氣的實際情況選擇了“半干法脫硫( 鈉基) + 除塵+ 低溫SCR 脫硝”工藝。2座焦爐共用1套焦爐煙氣脫硫脫硝裝置,分別從各自的總煙道將原煙氣引出匯總進入脫硫脫硝裝置,處理后分別返回各自原煙囪,工藝流程圖見圖1。
   本裝置處理煙氣能力為30萬m3 /h,原煙氣溫度為190~210 ℃,脫硝塔入口煙氣溫度為170~190 ℃,處理前二氧化硫濃度< 300mg /m3、氮氧化物濃度<1000mg /m3。處理后煙囪排放口的煙氣顆粒物設計值< 15 mg/m3,二氧化硫設計值<30 mg /m3,氮氧化物設計值< 150mg/m3。經過實際運行證明,均達到了設計指標,滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》中特別限值排放要求,同時裝置運行穩定,脫除效率高,實現了預期目標。

   2 低溫SCR脫硝工藝
   2. 1 SCR脫硝處理原理
   SCR脫硝是在催化劑的作用下,還原劑( 氨氣)與煙氣中的氮氧化物反應生成無害的氮氣和水,從而去除煙氣中的NOx。選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的NOx發生還原反應,其主要反應式如下。
   4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O( 主要反應)
   2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O
   2. 2 催化劑的分類和應用
   催化劑是SCR脫硝工藝的核心,催化劑的反應溫度主要分為高溫、中溫、中低溫、低溫。應用最廣的是高溫催化劑和中溫催化劑,脫硝效率高,應用條件廣泛。表1為國內外催化劑的主要應用情況。

   國內焦化行業目前使用較多的是中低溫催化劑,低溫催化劑使用較少,低溫SCR能最大限度地降低煙氣升溫所需的能源消耗,減少一次投資。
   2. 3 低溫SCR脫硝面臨的困難
   ( 1) 焦爐煙氣中的二氧化硫在SCR催化劑的作用下會轉化為三氧化硫,在180~230℃范圍內三氧化硫極易與氨氣發生反應生成硫酸氫銨,并吸附在催化劑表面,降低脫硝效率。
   ( 2) 煙氣中存在飛灰等雜質,長期運行會導致催化劑堵塞。催化劑堵塞是不可逆的,并且催化劑不可再生,將直接影響催化劑的脫除效率和使用壽命。
   2. 4 低溫SCR脫硝解決措施
   ( 1) 對煙氣先進行脫硫,降低脫硝塔入口的二氧化硫含量。寧鋼選用半干法脫硫,霧化器可將脫硫劑霧化為50μm 的極細小霧滴,增加反應接觸面積,使脫硫反應更充分,具有極高的脫除效率。經脫硫后入脫硝塔前二氧化硫控制在10 mg /m3以下。
   ( 2) 采用鈉基脫硫。在140℃以上鈉基具備脫硫效率更高、溫降更小的優勢,脫硫溫降可以控制在15~20℃,保證脫硝煙氣溫度控制不低于170℃。
   ( 3) 脫硫后采用布袋除塵。布袋除塵具有除塵效率高,運行穩定的優點。未反應的脫硫劑附集在濾袋外表面,可以使煙氣在濾袋表面完成二次脫硫反應,提高脫硫效果。經除塵后,入脫硝塔前顆粒物控制在10mg /m3以下。
   ( 4) 設置再生裝置。長時間運行下,催化劑的反應效率下降是不可避免的,因此必須設置加熱爐。當催化劑效率下降時,開啟加熱爐進行在線再生,恢復催化劑活性,延長催化劑的使用壽命。
   ( 5) 設置吹灰器。為保持催化劑表面的清潔,防止催化劑堵塞,需經常進行吹灰。吹掃的目的是防止灰沉積在催化劑表面,因此裝置運行可每天吹灰1 次,甚至每班1 次。
   ( 6) 選擇優質催化劑。為實現最優催化劑設計方案,需要考慮較多因素,包括: 調整催化劑中氧化釩的成分比例來獲得較高活性的催化劑; 在達到同一性能條件下,催化劑的比表面積越大,需要催化劑的體積量越少; 為降低催化劑的重量,催化劑要設計成優化的壁厚,使通過催化劑的煙氣壓降也減到最低。寧鋼根據此情況選擇了奧地利Ceram 產品,催化劑主要技術數據見表2。

   3 實際應用情況
   系統投入運行至今1 年左右,生產穩定,脫硝效率達到85%以上,脫硝塔運行溫度在180 ℃左右,達到了預期目標,煙囪排放數據如表3所示。

   4 技術特點
   ( 1) 經濟性好。節省了中低溫脫硝工藝中升溫所消耗的煤氣,節約了成本。
   ( 2) 適用性好。所選催化劑在170~185℃的焦爐煙氣工況下具有良好的適用性,脫硝效率仍可達到85%以上,滿足低溫脫硝運行。
   ( 3) 系統能夠滿足焦爐煙氣周期性波動的特點,保證煙囪排放穩定達標。
   5 結語
   低溫( 170~185 ℃) SCR脫硝工藝在寧鋼運行的1年多時間里,設備運行穩定,煙氣脫硝效率高,凈化后的氮氧化物污染物含量長期保持在150 mg /m3 以下。同時其一次投資省、運行費用低的優點,為國內焦化企業脫硝工藝的選擇提供了更多的選擇和借鑒。

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