烧结烟气SCR脱硝工艺浅析

（中冶京诚工程技术有限公司,北京 100176）

1 概述

钢铁行业作为国家工业的一个重要部分，国家对其环保要求日益严格。研究表明，钢铁生产过程中产生大量SO2和NOx，其中NOx总量在固定发生源中占第二位，仅次于SO2的排放量。特别是烧结生产过程NOx排放量约占钢铁厂NOx排放总量的一半左右。因此，对烧结烟气NOx排放量的严格控制，可有效降低钢铁行业的NOx的排放量。

2 烧结烟气特点

2.1 烟气量大

烧结机每生产一吨烧结矿，对应产生的烧结烟气量为4000～6000 m3。例如，对于一台265 m3烧结机需处理的最大工况烟气量约为1590000 m3/h。目前钢铁行业采用的烧结机一般为360 m3、450 m3、600 m3等大型烧结机，因此，所需处理的烟气量非常大。

2.2 烟气中SO2、NOX含量低

因烧结矿粉和燃料产地不同，氮、硫的组分存在着一定的差异，烧结烟气中SO2的含量一般为800～3500 mg/m3；再有烧结过程中受工艺控制水平的高低及烧结机漏风率等的影响，烧结烟气中NOx 含量一般为200～350 mg/m3。

2.3 CO含量高

烧结机一般采用点燃高炉煤气作为热源，因此，未燃尽的CO 被主抽风机吸入烧结烟气中，致使烧结烟气CO含量较高，但CO为还原性气体，对NOx的去除可起到积极作用。

2.4 烧结烟气组分复杂

烧结烟气组分复杂,除含有SO2、NOx、CO 外，还含有金属及非金属粉尘、氯化氢、氟化氢、二噁英等。

2.5 含湿量及含氧量高

经检测，烧结烟气的含湿量可达到10%～13%，含氧量一般为15%～18%[1]。

3 技术路线的分析

目前，脱硝技术主要有选择性催化还原技术（SCR）和选择性非催化还原技术（SNCR），还有臭氧氧化吸收法、高锰酸钾氧化吸收法、ClO2氧化吸收法等低温氧化技术。按目前国家的排放要求，从NOx去除率及技术的成熟性分析，SCR 技术是最值得推荐的脱硝技术。考虑到钢厂烧结烟气烟气量大、NOx含量低、含湿量及含氧量高、粉尘成分复杂等特殊情况，需要在场地布置、运行成本等方面进行合理的工艺流程设计，开发适合烧结烟气NOx 治理的SCR技术路线。

3.1 SCR反应器的布置分析

若参照火电行业，直接将SCR 脱硝装置应用于烧结烟气并布置在高尘、高硫段，在低温下粉尘、二氧化硫与水、氨气容易形成粘稠的铵盐，附着在催化剂上，造成催化剂的中毒失活，严重影响催化剂性能；因此将SCR 装置布置在低尘、低硫段较为合适。

3.2 经济性运营分析

经过大量的研究开发及实际工程的试验对比，不断改进低温催化剂配方，催化剂的性能不断提高，甄选出适合烧结烟气脱硝要求催化剂为反应窗口为280～320 ℃的宽温带催化剂。但在低尘、低硫段时烟气温度较低，一般为110～150 ℃，远低于280 ℃,因此，需要将烧结烟气进行升温。为降低运行成本，采用增设烟气直燃补热系统和高效回转GGH 系统两款核心设备，用直燃补热系统对烟气进行升温，高效回转式GGH 对冷热侧烟气进行换热，达到脱硝反应温度的同时提高热能的综合利用，且可大大降低运行成本。

3.3 工艺流程分析

经过十余年环保的综合治理，钢铁企业烧结机已配备性能良好、功能完善的静电除尘设施和湿法或半干法脱硫设施。当烧结机烟气采用湿法烟气脱硫工艺，如石灰（石）-石膏法脱硫工艺或氨法脱硫工艺时，烟气中含有大量的水分及脱硫过程中产生的微小晶体颗粒，采用湿电除尘后增设脱硝装置，如图1；当脱硫工艺采用干法或半干法脱硫后不设置湿电，烟气经脱硫布袋除尘后进入脱硝系统，如图2。

图1 湿法脱硫后增设SCR装置工艺流程图

图2 半干法脱硫后增设SCR装置工艺流程图

4 烧结烟气SCR系统的核心设备

4.1 补燃加热系统

烟气补燃加热系统包括直燃炉本体、燃烧器、等离子点火器、助燃空气系统、高炉煤气系统、氮气吹扫系统、煤气放散系统以及自动控制系统等。

直燃炉一般采用高炉煤气燃烧，产生的高温烟气在烟道内部直接混合换热，热效率高、安全可靠。正常运行时补燃加热装置将烧结烟气温度从250 ℃升温至280 ℃。将烟气温度提升至催化剂的最佳反应窗口，为烧结烟气脱硝系统提供了可靠的温度条件，保证脱硝系统的正常稳定运行，达到设计的排放要求。

4.2 GGH换热系统

烧结脱硝一般采用回转式换热器，称之为“GGH”；此类型换热器具有换热效率高，系统阻力小的特点。工作原理为蓄热元件在烟气高温的吸热，转到烟气低温侧后放热，实现热量的交换。

脱硫后的烧结烟气，经过GGH 换热器换热后温度提高到250 ℃左右，其热源来自脱硝反应后280 ℃的净烟气。经过GGH 换热器换热至250 ℃左右的烟气，再次经过补燃加热系统的二次加热升温30 ℃后，其温度提高到280 ℃进入到SCR 反应器中进行脱硝反应。脱硝反应器出来的净烟气通过GGH 换热后，温度由280 ℃降低至90 ℃左右，然后经烟囱排放。经过GGH 换热系统的循环工作，可提升热能的综合利用，大大降低脱硝系统的运行成本。

4.3 SCR反应器

烧结烟气经除尘脱硫后，再经GGH 和补燃加热系统后进入SCR 反应器，通过反应器的烟气具有低硫、低尘和合适的温度条件，可保证催化剂较高的活性。SCR 系统由氨储罐、氨蒸发器、氨缓冲罐、稀释风机、氨/空气混合器、喷氨格栅、混合单元和催化剂组成。氨水或液氨经蒸发器转化为NH3气，经氨缓冲罐，在氨/空气混合器内稀释，再经喷氨格栅喷入烟道，与烟气均匀混合，并在低温SCR 反应器内在催化剂的作用下发生还原反应将NOx去除。

脱硝SCR 反应器前面烟道上设置有喷氨格栅。经稀释后氨气经管道送至喷氨格栅，SCR 装置进口设有整流罩，保证氨气与烧结烟气充分混合。

SCR 反应器布置3 层催化剂托层，2 层装填，一层备用；烧结烟气经每一层催化剂流出后有一个再混合过程，强化了烧结烟气中NOx和NH3混合的效果，预留一层，在国家政策发生调整后，环保要求提高时，可增加催化剂的层数。

催化剂是以TiO2（含量约80%～90%）作为载体，以V2O5（含量约1%～2%）作为活性材料，以WO3或MoO3（含量约占3%～7%）作为辅助活性材料制成[2]。烧结烟气催化剂烟气流速一般为3.5 m/s～6.5 m/s。根据外观形状可分为蜂窝式、平板式与波纹式三种形态，烧结烟气的治理一般选用蜂窝式或板式催化剂。

5 结语

面对日益严峻的环保要求，对NOx污染的控制与排放标准将会日趋严格，如何选择与之相适的工艺技术，将决定我们的投资及环保效果。通过实际工程监测，烧结烟气SCR 系统运行稳定可靠，脱硝效率较高，运行成本适中，被广大企业接受。特别是新建烧结机，采用循环流化床等半干法脱硫工艺后面配置GGH、补燃系统和SCR 装置的脱硫脱硝系统已经被广泛应用于大型烧结机烟气处理系统。随着新型催化剂研制，核心设备性能的不断提高，烧结烟气SCR 脱硝工艺不仅会有良好的环境效益，同时也会有良好的经济效益和更广阔的应用前景。