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烧结烟气低温SCR脱硝设计及脱硝催化剂的选择

[日期:2020-03-13]   来源: 科学与技术   作者:   [字体: ]

摘要:本文从低温SCR脱硝工艺的流程、设计和运行的要点及脱硝系统的协同治理能力等几个方面进行阐述,为相关从业者提供一些思路。

关键词:烧结烟气;低温SCR;湿法脱硫;冷凝脱水

引言

本文针对湿法脱硫后配置低温SCR脱硝系统的工艺路线,从工艺流程、设计及运行过程中的关键要点和低温SCR脱硝的协同治理能力等几个方面进行阐述,为低温SCR脱硝技术能够进一步推广应用,提供一些措施和建议。

1烧结烟气的排放现状

烧结生产过程中产生的烟气主要含有粉尘、SO2、NOx、CO、二噁英等多种污染物,其中粉尘浓度约10g/Nm3左右,SO2浓度1000~3000mg/Nm3,NOx浓度200~400mg/Nm3,CO浓度5000~10000ppm,二噁英约1~3ng-TEQ/Nm3;烟气的氧含量约15~18%,含湿量约7~13%,烟气温度约120~180℃;且受生产原料和工况的影响,烟气量、烟气温度和污染物浓度波动较大[1]。按静電除尘+石灰-石膏法脱硫+湿式电除尘+低温SCR脱硝的烟气治理工艺路线,经两级除尘和湿法脱硫后的烟气粉尘浓度可控制在10mg/Nm3左右,SO2浓度可控制在35mg/Nm3以下。其烟气温度一般在50~55℃,烟气含湿量将增加到15%~20%,烟气中除含有NOx,还有少量的SO2、SO3和经过湿法脱硫时夹带的可溶性盐雾滴等。该烟气在进入低温SCR脱硝系统前,为减少烟气中SOx和水分等对脱硝系统的影响,需对其进行冷凝脱水和加热升温等预处理。

2湿法脱硫后配置低温SCR脱硝的工艺流程

常规的低温SCR脱硝系统主要包括:脱硝反应所需的反应器、催化剂等;烟气升温所需的回转式烟气换热器和煤气加热炉及混烟加热装置等;还原剂供应所需的氨水储存、输送、稀释汽化及喷氨装置等;克服系统阻力配套的增压引风机和系统运行所必需的分析仪表、控制及电气设备等。针对湿法脱硫后的低温SCR脱硝系统,在上述设备配置的基础上,还增加了烟气冷凝器、野风引入挡板门及烟气切入挡板门等。当脱硫入口的烟气温度在140℃以下时,经湿法脱硫和湿式电除尘后,烟气温度一般在50~55℃,经冷凝脱水后烟温降至45~50℃,后进入回转式GGH由脱硝后的280℃净烟气换热逐步升温至240~245℃,再经煤气热风炉加热升温至280℃,通过SCR脱硝催化剂完成脱硝反应,脱硝后的净烟气由GGH降温至80~85℃后排入大气[2]。

3低温SCR脱硝设计及运行过程中的几点关键

3.1烟气的冷凝脱水

烟气冷凝脱水一般采用间接换热降温冷却的方式。采用气水换热器,冷却水走管程对壳程烟气进行吸热降温。烟气中的饱和水蒸气随着烟温下降而凝结析出,同时会附着少量可溶性硫酸盐及超细粉尘等。冷凝水呈酸性,PH值在3~4,进行简单PH调节后,用于湿法脱硫的除雾器冲洗和石灰制浆。吸热升温后的冷却水进入配套冷却塔进行降温冷却,循环利用[3]。但需对冷却水进行定期补水和加药,以保证其循环水量和水质。脱硫后的低温湿烟气具有极强的腐蚀性,冷凝器的烟气接触侧一般选用氟塑料或2205双相不锈钢等材质。

3.2烟气的加热升温

脱硝系统运行一段时间以后,催化剂表面微孔内会存有少量NH4HSO4等硫氨盐,占据催化剂表面的活性位。NH4HSO4的熔点为147℃,沸点为350℃,在低温脱硝180~300℃的运行条件下,以熔融态存在的NH4HSO4对催化剂活性的危害不可避免。为此,可在烧结减产期间,阶段性提高脱硝催化剂运行温度至350℃以上;或在烧结停产期间,引入野风空气并加热至350℃以上,促使催化剂表面的NH4HSO4汽化,恢复催化剂的表面活性,延长催化剂化学寿命。催化剂热解析风量按脱硝系统全负荷运行时烟气量的50%进行设计,热解析过程一般维持12~24h,热解析周期一般为半年[4]。

3.3低温SCR脱硝催化剂运行温度的选择

在以NH3作为还原剂时,与中高温SCR脱硝相比,低温SCR脱硝催化剂运行过程中更容易产生硫氨盐。因此,低温SCR催化剂的运行温度主要取决于烟气中的SOx浓度。目前国内已投入商用的低温脱硝催化剂运行温度一般选择在180~300℃。比如垃圾焚烧锅炉烟气经SDA半干法脱硫及除尘后,SO2浓度在5~10mg/Nm3,其低温脱硝催化剂运行温度选择在180~230℃;焦炉烟气经SDS干法脱硫及除尘后,SO2浓度在5~30mg/Nm3,其低温催化剂运行温度选择在250~270℃;宝钢4#烧结机和常州中天550m2烧结机等机头烟气经CFB/SDA半干法脱硫系统后,SO2浓度在30~50mg/Nm3左右,其低温催化剂运行温度选择为280℃。

3.4还原剂NH3的逃逸率控制

(1)采用矩阵式喷氨格栅和配套静态涡流混合器使氨气与烟气充分混合,保证烟气进催化剂前的绝对氨氮混合浓度偏差<±5%;

(2)设计导流板和均流格栅等,进行全烟气流程的流场模拟,保证进催化剂前的绝对烟气速度差<±10%;

(3)采用喷射型高温烟气混合加热装置,确保热风炉的高温烟气与待脱硝的原烟气进行充分对流混合,保证进催化剂前的绝对烟气温度差<±5℃;

(4)实时监控催化剂运行温度,调节热风炉煤气量,保证催化剂的运行温度在280±5℃;

(5)根据脱硝入口烟气量和NOx初始浓度,结合脱硝出口的NOx排放浓度和NH3逃逸量,采取程控或手操的方式,实时调节控制NH3的用量[5]。

3.5催化剂及换热器的防堵措施

造成催化剂和回转式GGH堵塞的主要原因是逃逸的NH3与烟气中的SOx反应生成硫氨盐,以熔融状态粘结在催化剂和换热片表面,并粘附烟气中的粉尘,最终在催化剂和换热片表面形成搭桥,从而堵塞催化剂和换热器的通道。除上文所述的降低烟气中SOx含量、保证运行温度、控制氨逃逸率等措施,从源头控制硫铵盐的生成外,在催化剂上部和在回转式GGH的上部加装清灰装置,定期对催化剂和换热片表面进行清理保护也很重要。催化剂的吹灰器一般选用半伸缩式耙式吹灰器,吹灰介质为加热后的N2或压缩空气;回转式GGH的吹灰器一般选用伸缩集成式吹灰器,同时携带气体喷嘴和高压水喷嘴[6]。

4结论与建议

低温SCR脱硝技术完全可应用于湿法脱硫后的烟气脱硝。通过采取烟气冷凝脱水、对脱硝系统进烟气前的热备和烟气逐步置换空气进行烟气预热等措施,可有效提高脱硝系统运行的稳定性;通过定期对催化剂进行热解析,可有效缓解硫氨盐对催化剂的影响,延长催化剂的使用寿命。低温催化剂选择280℃的运行温度,能够同时保证较高的脱硝和脱二噁英效率。通过控制脱硝后净烟气的排烟温度,还可协同实现烟气“脱白”。





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