一,、前言
在鋼鐵行業(yè)中,，NOx主要產(chǎn)生于燒結(jié)工藝，燒結(jié)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(jié)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(jīng)濟成本等因素對癥下藥,，而不能簡單照搬。
二,、燒結(jié)煙氣的特點
燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點火后隨臺車運行,，在高溫燒結(jié)成型過程中所產(chǎn)生的含塵廢氣。燒結(jié)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(jīng)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(jié)機飛灰與燃煤鍋爐飛灰主要成分對比
三,、燒結(jié)煙氣SCR脫硝現(xiàn)狀
目前,，燒結(jié)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(jīng)過GGH 換熱器加熱,，再經(jīng)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(jié)煙氣流量大,、溫度低,，煙氣再熱系統(tǒng)的初始投資和運行能耗都很高，目前一般是將燒結(jié)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(jié)機飛灰中堿金屬非常高，催化劑中毒風險高,。煙氣未經(jīng)脫硫,，在低溫SCR脫硝過程中，易產(chǎn)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(xiàn)在已經(jīng)投運的燒結(jié)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(jié)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(jié)果運行僅幾個月后催化劑就嚴重失活,。
另外,，已經(jīng)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)到一起，共同糊堵催化劑,。
某燒結(jié)脫硝項目中的飛灰和催化劑孔道內(nèi)的堵塞物
越來越多的案例證明,，燒結(jié)煙氣脫硝不能簡單照搬現(xiàn)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(jié)煙氣的適用性,，已經(jīng)引起了越來越多的重視。
四,、燒結(jié)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(chǎn)團隊，脫硝催化劑具有完全自主知識產(chǎn)權,。在對燒結(jié)煙氣脫硝技術充分論證,、廣泛調(diào)研的基礎上，結(jié)合自身技術優(yōu)勢,，華電光大研發(fā)出適用于燒結(jié)煙氣的脫硝催化劑,，并且已經(jīng)在唐山港陸鋼鐵2×200m2+4×100m2燒結(jié)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(jié)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(jié)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(wǎng)板為基材,，具有柔性結(jié)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(jié)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(nèi)都具有良好的催化活性：(a)通過調(diào)整加工方式優(yōu)化了催化劑孔結(jié)構,，合適的孔結(jié)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(jié)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(shù)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(diào)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(nèi)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(jié)論
總之,，基于燒結(jié)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(jié)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(jīng)過GGH 換熱器加熱,，再經(jīng)熱風爐補熱后,，進入SCR 脫硝裝置。燒結(jié)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。
