一、前言
在鋼鐵行業(yè)中，NOx主要產生于燒結工藝，燒結煙氣脫硝正在成為環(huán)保行業(yè)的新熱點。選擇性催化還原法(SCR)是目前最為成熟、高效、可以滿足超低排放的要求脫硝技術，在電力行業(yè)的超低排放中有廣泛應用。然而，隨著正式投運的燒結煙氣脫硝項目越來越多，脫硝催化劑的堵塞、失活等問題時有發(fā)生。越來越多的案例證明，脫硝催化劑的選擇和工藝路線的制定是相輔相成的，應充分考慮煙氣特點、技術路線、經濟成本等因素對癥下藥，而不能簡單照搬。
二、燒結煙氣的特點
燒結煙氣是燒結混合料點火后隨臺車運行，在高溫燒結成型過程中所產生的含塵廢氣。燒結煙氣的主要特點：
(1)煙氣溫度較低且變化大，溫度范圍為100-185℃。
(2)含濕量大，一般10-12%左右;露點溫度高，露點溫度在65-80℃。
(3)煙氣含氧量較高，含氧量一般可達12-18%，大大高于燃煤鍋爐煙氣含氧量。
(4)煙氣含有一定量的氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)等腐蝕性氣體。
(5)NOx和SO2濃度隨鐵礦原料和燃料的波動較大，NOx濃度一般200~400mg/ Nm3，高的可達600 mg/Nm3(燃料型NOx占80%以上);SO2濃度一般在800~3000mg/ Nm3，高的可達4000mg/Nm3。
(6)煙氣中含有二噁英。
(7)煙氣含塵約為5-30g/Nm3，經電除塵后一般可控制在100mg/Nm3左右;煙塵中揮發(fā)性堿金屬含量高。
某燒結機飛灰與燃煤鍋爐飛灰主要成分對比
三、燒結煙氣SCR脫硝現狀
目前，燒結煙氣的SCR脫硝工藝主要分為脫硫前脫硝和脫硫后脫硝兩種。為了滿足SCR 脫硝溫度要求，脫硫前后的煙氣均需要先經過GGH 換熱器加熱，再經熱風爐補熱后，才能被送入SCR 脫硝裝置中。燃煤鍋爐的SCR脫硝通常在310~420℃進行，選用中溫催化劑。但是燒結煙氣流量大、溫度低，煙氣再熱系統的初始投資和運行能耗都很高，目前一般是將燒結煙氣加熱至230-300℃，選用低溫SCR脫硝技術。
(1)脫硫前脫硝工藝：電除塵出口煙溫通常可達130℃左右，煙氣加熱成本相對較低。燒結機飛灰中堿金屬非常高，催化劑中毒風險高。煙氣未經脫硫，在低溫SCR脫硝過程中，易產生硫酸氫銨/硫酸銨。
(2)脫硫后脫硝工藝：脫硫后煙氣溫度較低，尤其濕法脫硫后的煙氣溫度一般50-60℃，煙氣加熱能耗高，運行成本高。脫硫除塵后煙塵和SO2濃度均大幅降低，催化劑中毒和硫酸氫銨/硫酸銨生成的可能性隨之減小，但無法完全避免。
濕法脫硫之后的低溫SCR脫硝工藝
現在已經投運的燒結煙氣脫硝項目中，SCR催化劑的失活、堵塞問題屢見不鮮。分析其中原因，催化劑失活主要是由堿金屬(K、Na)中毒引起的。目前，某些脫硝項目沒有充分考慮燒結煙氣的特點，選用的催化劑沒有抗堿中毒能力，催化劑的使用壽命無法得到保障。例如，某個項目照搬使用電力行業(yè)SCR脫硝技術，脫硝溫度≥300℃，催化劑選用的電廠用的中溫催化劑，結果運行僅幾個月后催化劑就嚴重失活。
另外，已經有多個項目中的催化劑發(fā)生了嚴重堵塞，而且堵塞和失活往往是同時發(fā)生的。雖然電除塵后燒結煙氣中飛灰濃度可控制在100mg/Nm3左右，比燃煤鍋爐脫硝入口的煙塵濃度(30-50g/Nm3)低得多，但是兩者的飛灰特性截然不同。催化劑堵塞一般是由以下幾方面共同導致的：(a)燒結機飛灰中堿金屬含量高，飛灰粘度大，容易在催化劑表面粘附和沉積。(b)飛灰的主要成分KCl、NaCl、Fe2(SO4)3、CaSO4等有很強的吸濕性，低溫脫硝工況下，KCl、NaCl、Fe2(SO4)3、CaSO4等易吸潮而粘結成塊。(c)低溫SCR脫硝過程常有硫酸氫銨/硫酸銨生成，硫酸氫銨/硫酸銨易潮解、粘度大，會與飛灰粘結到一起，共同糊堵催化劑。
某燒結脫硝項目中的飛灰和催化劑孔道內的堵塞物
越來越多的案例證明，燒結煙氣脫硝不能簡單照搬現有技術，而應充分考慮自身特點對癥下藥。作為SCR工藝的核心，脫硝催化劑對燒結煙氣的適用性，已經引起了越來越多的重視。
四、燒結煙氣SCR脫硝催化劑研究
北京華電光大環(huán)境股份有限公司依托華北電力大學，組建了自己的研發(fā)生產團隊，脫硝催化劑具有完全自主知識產權。在對燒結煙氣脫硝技術充分論證、廣泛調研的基礎上，結合自身技術優(yōu)勢，華電光大研發(fā)出適用于燒結煙氣的脫硝催化劑，并且已經在唐山港陸鋼鐵2×200m2+4×100m2燒結機超低排放項目中成功使用一年以上。該催化劑有以下特點：
(1)催化劑為板式催化劑
燒結機飛灰中堿金屬含量高，粘度大，低溫運行時又易吸濕而粘結成塊，非常容易粘附于催化劑上。蜂窩催化劑的雖然比表面積比板式大，用量相對較少，但是易堵灰。板式催化劑則以金屬網板為基材，具有柔性結構，并且?guī)缀涡螤顝澖禽^少。煙氣流過板式催化劑時，催化劑單板在煙氣中不停振動，使飛灰難以附著于催化劑表面，可以有效避免飛灰在催化劑表面的沉積，因而板式催化劑更適合用于燒結煙氣脫硝。
板式脫硝催化劑加工流程
(2)低溫下脫硝活性高
華電光大通過以下方式保證脫硝催化劑在140-280℃溫度區(qū)間內都具有良好的催化活性：(a)通過調整加工方式優(yōu)化了催化劑孔結構，合適的孔結構提高了氧氣的擴散，增加了氧分子的吸附。(b)配方優(yōu)化，增加了晶格缺陷，增加了晶格氧(O2-)，提高了反應氧的量。(c)通過催化劑的酸化，增加酸性位，尤其是增加B酸的酸位，有利于進一步增加化學吸附氧。
低溫催化劑與常規(guī)催化劑脫硝效率比較
(3)抗堿金屬中毒能力強
燒結機飛灰的堿金屬(K、Na)的含量非常高， K、Na易與催化劑表面V、W或Mo的活性酸位點形成V(W、Mo)-O-K鍵，導致活性酸位點數量減少，從而影響還原劑NH3的吸附活化，造成催化劑活性大幅下降。華電光大通過以下方式提高催化劑的抗堿金屬中毒能力：(a)添加抗堿金屬助劑，降低堿金屬與活性組分的反應。(b)增加催化劑表面酸性，增強催化劑堿金屬容量。(c)調整催化劑配方，提高催化劑活性與抗中毒性能。
抗堿金屬中毒能力研究
(4)抗低溫硫中毒能力強
煙氣含水量較高且溫度較低時，煙氣中SO3與H2O和NH3很易生成硫酸氫銨。露點溫度以下硫酸氫銨粘性很大，容易粘附在催化劑表面造成催化劑表面覆蓋及堵孔，影響催化劑的活性。硫酸氫銨與含有堿金屬的飛灰一起粘附于催化劑上，會造成催化劑中毒，直至無法再生恢復。華電光大從降低二氧化硫氧化率和減少硫酸氫銨生成兩方面入手，提高催化劑的抗SO2、H2O中毒能力，減少使用壽命周期內的催化劑的再生頻率，降低硫銨的生成。
抗低溫硫中毒能力研究
六、結論
總之，基于燒結機的煙氣特點，以及綜合考慮運行穩(wěn)定性，投資和運行成本、滿足超低排放等影響因素，鋼廠燒結機脫硝的SCR脫硝技術是不二的選擇。SCR工藝可以選擇脫硫前脫硝或者脫硫后脫硝。但是為了滿足脫硝溫度要求，煙氣均需要預先經過GGH 換熱器加熱，再經熱風爐補熱后，進入SCR 脫硝裝置。燒結脫硝溫度宜選擇230-300℃，且催化劑必須具有抗堿中毒，抗硫中毒，以及具有有效避免積灰堵塞的板式催化劑。
