摘要:介紹了低溫(170~185℃) SCR脫硝工藝在焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝裝置應(yīng)用的工程案例。該工藝一次投資省,運(yùn)行費(fèi)用低,且應(yīng)用后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,煙氣脫硝效率高,凈化后的氮氧化物污染物含量長(zhǎng)期保持在150mg/m3以下。
近年隨著國(guó)家《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施,國(guó)內(nèi)焦化行業(yè)陸續(xù)建設(shè)了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置。脫硝工藝主要采用中低溫SCR工藝,反應(yīng)溫度在200~250℃,需要對(duì)煙氣進(jìn)行小幅升溫,存在能源成本高的問(wèn)題,寧鋼焦化廠結(jié)合本單位實(shí)際情況采用低溫SCR脫硝工藝,避免了煙氣再升溫,節(jié)約了運(yùn)行成本。
1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置概述
寧鋼焦化廠根據(jù)本廠焦?fàn)t煙氣的實(shí)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?fàn)t共用1套焦?fàn)t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(jìn)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(jiàn)圖1。
本裝置處理煙氣能力為30萬(wàn)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(shè)計(jì)值< 15 mg/m3,二氧化硫設(shè)計(jì)值<30 mg /m3,氮氧化物設(shè)計(jì)值< 150mg/m3。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行證明,均達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo),滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中特別限值排放要求,同時(shí)裝置運(yùn)行穩(wěn)定,脫除效率高,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。
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(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)夂退?,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(fā)生還原反應(yīng),其主要反應(yīng)式如下。
4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O( 主要反應(yīng))
2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O
2. 2 催化劑的分類(lèi)和應(yīng)用
催化劑是SCR脫硝工藝的核心,催化劑的反應(yīng)溫度主要分為高溫、中溫、中低溫、低溫。應(yīng)用最廣的是高溫催化劑和中溫催化劑,脫硝效率高,應(yīng)用條件廣泛。表1為國(guó)內(nèi)外催化劑的主要應(yīng)用情況。
國(guó)內(nèi)焦化行業(yè)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?fàn)t煙氣中的二氧化硫在SCR催化劑的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化為三氧化硫,在180~230℃范圍內(nèi)三氧化硫極易與氨氣發(fā)生反應(yīng)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(zhì),長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)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(duì)煙氣先進(jìn)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(xì)小霧滴,增加反應(yīng)接觸面積,使脫硫反應(yīng)更充分,具有極高的脫除效率。經(jīng)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(yōu)勢(shì),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(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。未反應(yīng)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(yīng),提高脫硫效果。經(jīng)除塵后,入脫硝塔前顆粒物控制在10mg /m3以下。
( 4) 設(shè)置再生裝置。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下,催化劑的反應(yīng)效率下降是不可避免的,因此必須設(shè)置加熱爐。當(dāng)催化劑效率下降時(shí),開(kāi)啟加熱爐進(jìn)行在線再生,恢復(fù)催化劑活性,延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。
( 5) 設(shè)置吹灰器。為保持催化劑表面的清潔,防止催化劑堵塞,需經(jīng)常進(jìn)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(yùn)行可每天吹灰1 次,甚至每班1 次。
( 6) 選擇優(yōu)質(zhì)催化劑。為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)催化劑設(shè)計(jì)方案,需要考慮較多因素,包括: 調(diào)整催化劑中氧化釩的成分比例來(lái)獲得較高活性的催化劑; 在達(dá)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(shè)計(jì)成優(yōu)化的壁厚,使通過(guò)催化劑的煙氣壓降也減到最低。寧鋼根據(jù)此情況選擇了奧地利Ceram 產(chǎn)品,催化劑主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
3 實(shí)際應(yīng)用情況
系統(tǒng)投入運(yùn)行至今1 年左右,生產(chǎn)穩(wěn)定,脫硝效率達(dá)到85%以上,脫硝塔運(yùn)行溫度在180 ℃左右,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),煙囪排放數(shù)據(jù)如表3所示。
4 技術(shù)特點(diǎn)
( 1) 經(jīng)濟(jì)性好。節(jié)省了中低溫脫硝工藝中升溫所消耗的煤氣,節(jié)約了成本。
( 2) 適用性好。所選催化劑在170~185℃的焦?fàn)t煙氣工況下具有良好的適用性,脫硝效率仍可達(dá)到85%以上,滿足低溫脫硝運(yùn)行。
( 3) 系統(tǒng)能夠滿足焦?fàn)t煙氣周期性波動(dòng)的特點(diǎn),保證煙囪排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
5 結(jié)語(yǔ)
低溫( 170~185 ℃) SCR脫硝工藝在寧鋼運(yùn)行的1年多時(shí)間里,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,煙氣脫硝效率高,凈化后的氮氧化物污染物含量長(zhǎng)期保持在150 mg /m3 以下。同時(shí)其一次投資省、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),為國(guó)內(nèi)焦化企業(yè)脫硝工藝的選擇提供了更多的選擇和借鑒。