一、背景介紹

燒結(jié)工序是鋼鐵行業(yè)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(yè)排放總量的50%左右。2019年5月，生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》，要求鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)頭煙氣NOx排放濃度小時(shí)均值不高于50mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，16%O2），并明確提出燒結(jié)煙氣脫硝應(yīng)采用活性炭（焦）、選擇性催化還原（SCR）等高效脫硝技術(shù)。

SCR法是目前工業(yè)應(yīng)用最廣的脫硝技術(shù)，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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成N2和 H2O。主要反應(yīng)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(jù)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(yè)有廣泛應(yīng)用，目前技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。但是鋼鐵廠燒結(jié)煙氣具有溫度低、飛灰堿金屬含量高、含濕量大等特點(diǎn)，不能完全照搬。大部分企業(yè)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(yùn)行成本高、需要設(shè)置加熱爐和GGH換熱器，并消耗大量燃?xì)鈦?lái)保證脫硝催化劑的運(yùn)行溫度，系統(tǒng)復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本高。采用低溫SCR脫硝技術(shù)，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(yùn)行成本大幅降低，已成為各當(dāng)前燒結(jié)煙氣脫硝技術(shù)發(fā)展的主要方向。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

北京華電光大環(huán)境股份有限公司依托于華北電力大學(xué)，致力于低溫SCR脫硝催化劑的研發(fā)，研究出適合于燒結(jié)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(kāi)展中試試驗(yàn)研究。本試驗(yàn)旨在驗(yàn)證該低溫SCR脫硝催化劑在150℃燒結(jié)煙氣中的脫硝活性和運(yùn)行穩(wěn)定性，為燒結(jié)煙氣SCR脫硝技術(shù)向低溫、節(jié)能、抗中毒的方向發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

太鋼煉鐵廠450m2燒結(jié)機(jī)目前采用活性炭法對(duì)機(jī)頭煙氣進(jìn)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(jìn)行低溫SCR脫硝試驗(yàn)，低溫脫硝催化劑采用的是華電光大自主研發(fā)的低溫平板式抗堿脫硝催化劑，型號(hào)為HDGD-DLY-ZL1，其主要化學(xué)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(gè)模塊。反應(yīng)器進(jìn)口煙道內(nèi)設(shè)置蒸汽加熱器，用于把活性炭后120~130℃煙氣加熱至脫硝設(shè)計(jì)溫度150℃。加熱介質(zhì)為廠區(qū)管網(wǎng)1.0Mpa、184℃飽和蒸汽。中試采用液氨作為還原劑，液氨來(lái)自廠區(qū)活性炭裝置的氨區(qū)。液氨在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)成氨氣，然后與稀釋空氣混合成氨體積分?jǐn)?shù)小于5%的混合氣，通過(guò)噴氨格柵進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)口煙道內(nèi)與煙氣混合。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

燒結(jié)煙氣低溫SCR脫硝技術(shù)中試試驗(yàn)于2019年9月3日開(kāi)始。試驗(yàn)按照煙氣溫度150℃，脫硝反應(yīng)器NOx入口110~160 mg/m3，出口NOx濃度≤50mg/m3，氨逃逸≤2.5ppm設(shè)計(jì)。低溫SCR脫硝中試裝置連續(xù)運(yùn)行了60d。在這60d中試過(guò)程中，脫硝性能良好、運(yùn)行穩(wěn)定，脫硝效率平均可達(dá)85%以上，反應(yīng)器出口NOx濃度穩(wěn)定在50mg/m3以下，完全滿足設(shè)計(jì)要求。氨逃逸在大部分時(shí)間內(nèi)低于0.1ppm，最高不超過(guò)1.0ppm，整體情況顯著優(yōu)于設(shè)計(jì)要求的2.5ppm。由此可知，中試試驗(yàn)脫硝效果理想，催化劑具有優(yōu)異的低溫脫硝活性。

試驗(yàn)結(jié)束后，打開(kāi)脫硝反應(yīng)器的催化劑安裝門(mén)，從反應(yīng)器的第一層催化劑中抽取樣品進(jìn)行觀察，催化劑樣品外觀結(jié)構(gòu)完整，表面沒(méi)有出現(xiàn)機(jī)械損壞；同時(shí)，也觀察到催化劑濾灰網(wǎng)上有較為明顯的積灰。正是存在積灰問(wèn)題，在60d的運(yùn)行過(guò)程中，反應(yīng)器進(jìn)出口壓差呈緩慢上升趨勢(shì)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)出口壓差約200Pa；運(yùn)行至第30d時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)出口壓差上升至250Pa，壓差增加了50Pa。而在同一中試裝置內(nèi)測(cè)試蜂窩催化劑時(shí)，在煙氣中運(yùn)行30d后，反應(yīng)器進(jìn)出口壓差由800Pa增加至960Pa，壓差增加了160Pa?？梢?jiàn)，在同樣中試裝置、煙氣量以及運(yùn)行時(shí)間的情況下，蜂窩催化劑的壓差增長(zhǎng)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(yōu)勢(shì)。

圖 試驗(yàn)后的脫硝催化劑外觀樣貌

四、結(jié)論

（1）通過(guò)中試裝置連續(xù)60d的穩(wěn)定運(yùn)行和脫硝催化劑的取樣分析，表明試驗(yàn)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(jié)煙氣中具有良好的低溫脫硝性能，150℃時(shí)脫硝效率平均達(dá)85%以上，脫硝反應(yīng)器出口NOx濃度穩(wěn)定在50mg/m3以下，氨逃逸低于1.0ppm，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）對(duì)于活性炭脫硫脫硝后燒結(jié)煙氣低溫SCR脫硝技術(shù)，存在催化劑表面積灰問(wèn)題，應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)。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(yōu)勢(shì)。 

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