焦炉烟气脱硫脱硝工艺脱硝系统高效运行研究与应用

焦炉烟气脱硫脱硝工艺脱硝系统高效运行研究与应用

 杨国、刘源鑫、向荣、张小梅、郑敏、刘杰、陈嘉、贺鹏鹏

重庆钢铁炼铁厂，重庆 401220

摘要：为实现焦炉烟气超低排放要求，焦炉烟气必须经过处理后达标排放，我厂采用余热回收+SDA脱硫+SCR中低温选择性催化还原技术，其中脱硝系统在运行过程中存在一系列问题影响高效运行，通过催化剂床层的吹灰和清理、脱硫系统运行优化、催化剂取样化验制定再生措施、喷氨系统定期检查疏通、加热炉稳定性提升等研究应用，提高脱硝效率，降低浓氨水消耗，降低氨逃逸率，确保整套脱硫脱硝系统的稳定、高效安全运行。

关键词：焦炉烟气 超低排  脱硝 催化剂

前言

我厂焦炉采用脱硫后的焦炉煤气或高炉煤气加热，燃烧后的烟气经烟囱高空排放，烟气中的大气污染物主要有颗粒物、SO2、NOX等[1]，为满足钢铁企业超低排放要求，我厂采用余热回收+SDA+SCR中低温选择性催化还原技术脱硝工艺，经过系统调试运行实现达标排放。

1、焦炉烟气脱硝工艺介绍

焦炉原烟气由地下烟道引出，经余热锅炉后的烟气，进入旋转喷雾干燥（SDA）脱硫塔进行脱硫，脱硫后的含尘烟气经布袋除尘系统后进入脱硝系统，首先经 GGH 原烟气侧换热至约 190℃，再经加热炉补热至约 225℃，烟气与氨气充分混合，在催化剂的作用下脱除 NOx。氨气由氨水气化制得，由管道输送到SCR区，与稀释空气混合均匀后喷入脱硝系统烟道内。烟气最后经 GGH 净烟气侧换热后的烟气在引风机驱动下，送至焦炉地下烟道，经原烟囱排放至大气。

SCR脱硝技术是在催化剂作用下，氨气与烟气中的NOx 反应生成氮气和水，从而去除烟气中的 NOx[2]。完成的主要化学反应为：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

2、运行过程中存在问题

SCR脱硝工艺是行业内使用较为广泛的工艺，但是随着系统使用时间的延长，脱硝系统出现飞灰引起的催化剂堵塞、催化剂效率降低、喷氨系统分配不均、加热炉稳定性差等一系列问题，影响系统稳定和高效运行。

2.1经除尘后的烟气带有小颗粒的飞灰，随着时间推移，部分覆盖在催化剂微孔上，随着运行时间的延长飞灰的富集可能形成局部积灰，造成脱硝塔阻力增大、脱硝效率降低。

2.2金属框架或者脱硝塔体钢结构随着时间运行会出现铁锈、积灰吸潮等情况，运行过程中随机性的脱落，部分覆盖在催化剂微孔上，随着烟气中灰分的富集，造成局部积灰。

2.3脱硫系统运行不稳定，进入脱硝装置的烟气中高浓度的SO2，SO2在催化剂的作用下被氧化成SO3。SO3可以与烟气中的水以及NH3反应，生成硫酸氨和硫酸氢氨，这些硫酸盐会遮蔽反应活性位，堵塞催化剂表面，影响反应物在催化剂表面的扩散，造成脱硝效率下降[3]。

2.4在氨空气混合器、喷氨格栅等部位存在堵塞，导致氨气分配不均造成局部氨氮比异常，在进入催化剂模块的氨气局部呈过剩、局部不足情况，若局部NH3进入量偏低，则该区域反应不完全脱硝效率降低；若局部NH3进入量超过需要量，NH3的氧化等副反应的反应速率将增大，导致脱硝效率降低、氨逃逸率增大。

稀释风机风量不足，导致氨混合器后氨浓度升高，频繁出现浓度超标联锁停机情况，影响系统稳定运行。

2.5 反应温度对脱硝率有较大的影响，在一定范围内，随着反应温度的逐步升高，脱硝反应速率增加；当温度高于一定范围时，温度的升高导致NH3氧化反应开始发生，脱硝率随温度的升高而下降；我厂加热炉稳定性不足，偶发性熄火导致脱硝温度波动，进而影响脱硝效率。

3、影响高效运行解决措施

3.1运行过程中对催化剂床层间压差进行管控，根据压差情况调节声波吹灰频率，减少表面积灰情况，同时利用机组检修机会，组织对催化剂层表面积料、积灰进行清理，确保催化剂床层表面干净，降低脱硝塔阻力、提升脱硝效率。

3.2 优化脱硫系统运行效果，通过制浆系统改进优化、脱硫塔操作控制优化，严格控制脱硝塔入口SO2浓度≤30mm/m3,并制定脱硫超标情况下脱硝系统的应对措施和停机条件，减少脱硝塔催化剂床层硫酸氨和硫酸氢氨的生产，维持催化剂脱硝效率，延长催化剂使用寿命。

3.3 利用SCR蜂窝催化剂评价装置，在220～320℃, NO浓度为1000mg/m3 ，氨氮比为0.912 ，氧含量为11%，水分为12%， SO2 浓度为30mg/m3 ，体积空速为4115h-1的条件下，经过项目样品、热处理后的项目样品催化处理的氮氧化物活性图如下(见图1)：

图1:活性检测结果

经过活性评价，测试样品活性存在衰减：在T=220℃, NO转化率X%=71.61%；热处理后，催化剂的NO转化率X%=91. 1%，催化剂催化NO活性有一定的提高，因此在生产过程中，可对催化剂进行在线热处理，以恢复催化剂部分性能。

3.4 利用X射线荧光光谱仪（XRF）对催化剂成分进行检测，检测结果见下表（表1）：

表1：催化剂成分检测结果

样品元素成分检测显示，催化剂中 SO3 含量为 4.692% ，表明催化剂表面存在硫酸盐积累，导致催化剂活性降低；热处理后，催化剂 SO3含量降至3.237% ，催化剂表面的硫酸盐明显减少；因此在生产过程中，可对催化剂进行在线热处理，以恢复催化剂部分性能。

3.5 利用定修时间对氨混合器、氨分配器及分配管进行清理；对喷氨格栅逐根切割，清理主管结垢和喷射孔堵塞，确保管线畅通性，进而保证喷氨均匀性，避免局部不足、局部过量问题，保证合理的氨氮摩尔比分布，避免片面追求脱硝效率引起的氨逃逸率偏高的现象，提高脱硝效率，降低氨逃逸几率。

对稀释风机进行检查，从进出口阀门密封性、叶轮完整性等方面进行优化，提升稀释风量降低氨混合器后氨浓度，确保系统稳定、安全运行。

3.6 根据催化剂设计的运行温度参数，控制脱硝入口温度在230℃左右波动，确保脱硝系统反应效率最佳，当温度过高或者过低时及时对加热煤气量和空气量进行调整。

3.7 针对加热炉偶发性熄火情况进行摸索总结，利用检修机会再加热炉烧嘴前加装氮气清扫装置，定期对加热炉烧嘴进行吹扫，确保焦炉煤气正常供给，提升加热炉运行稳定性。

4、系统高效运行总结

通过催化剂床层的吹灰和清理、脱硫系统运行优化、催化剂取样化验制定再生措施、喷氨系统定期检查疏通、加热炉稳定性提升等，实现脱硝系统高效运行，降低浓氨水消耗，降低氨逃逸率，确保整套脱硫脱硝系统的稳定、高效安全运行。。

参考文献

[1]杨国，张小梅．大气污染治理下对焦炉烟气排放处理研究[J]．区域治理，2021，08：174-175.

[2] 孙科. 脱硝效率的影响因素及预防措施[J]．工程技术,2016，07：211-212.

[3] 魏斌，刘德林.影响燃煤电站选择性催化还原脱硝效率的运行因素分析[J].化工技术，2013,06:27-28

作者简介：杨  国（1986—），男，陕西榆林人，高级工程师，大学本科，毕业于西安建筑科技大学，化学工程与工艺专业，主要研究方向：焦炉热工管理、焦炉烟气治理、焦化行业环保治理的研究与应用、焦化煤气净化工艺。