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低温SCR脱硝在焦炉烟道气处理中的应用

北极星大气网  来源:燃料与化工  作者:王玉刚 孙明等  2020/4/29 10:09:46  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:介绍了低温(170~185℃) SCR脱硝工艺在焦炉烟道气脱硫脱硝装置应用的工程案例。该工艺一次投资省,运行费用低,且应用后设备运行稳定,烟气脱硝效率高,净化后的氮氧化物污染物含量长期保持在150mg/m3以下。

近年随着国家《炼焦化学工业污染物排放标准》的实施,国内焦化行业陆续建设了焦炉烟气脱硫脱硝装置。脱硝工艺主要采用中低温SCR工艺,反应温度在200~250℃,需要对烟气进行小幅升温,存在能源成本高的问题,宁钢焦化厂结合本单位实际情况采用低温SCR脱硝工艺,避免了烟气再升温,节约了运行成本。

1 焦炉烟气脱硫脱硝装置概述

宁钢焦化厂根据本厂焦炉烟气的实际情况选择了“半干法脱硫( 钠基) + 除尘+ 低温SCR 脱硝”工艺。2座焦炉共用1套焦炉烟气脱硫脱硝装置,分别从各自的总烟道将原烟气引出汇总进入脱硫脱硝装置,处理后分别返回各自原烟囱,工艺流程图见图1。

本装置处理烟气能力为30万m3 /h,原烟气温度为190~210 ℃,脱硝塔入口烟气温度为170~190 ℃,处理前二氧化硫浓度< 300mg /m3、氮氧化物浓度<1000mg /m3。处理后烟囱排放口的烟气颗粒物设计值< 15 mg/m3,二氧化硫设计值<30 mg /m3,氮氧化物设计值< 150mg/m3。经过实际运行证明,均达到了设计指标,满足《炼焦化学工业污染物排放标准》中特别限值排放要求,同时装置运行稳定,脱除效率高,实现了预期目标。

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2 低温SCR脱硝工艺

2. 1 SCR脱硝处理原理

SCR脱硝是在催化剂的作用下,还原剂( 氨气)与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮气和水,从而去除烟气中的NOx。选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应,其主要反应式如下。

4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O( 主要反应)

2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O

2. 2 催化剂的分类和应用

催化剂是SCR脱硝工艺的核心,催化剂的反应温度主要分为高温、中温、中低温、低温。应用最广的是高温催化剂和中温催化剂,脱硝效率高,应用条件广泛。表1为国内外催化剂的主要应用情况。

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国内焦化行业目前使用较多的是中低温催化剂,低温催化剂使用较少,低温SCR能最大限度地降低烟气升温所需的能源消耗,减少一次投资。

2. 3 低温SCR脱硝面临的困难

( 1) 焦炉烟气中的二氧化硫在SCR催化剂的作用下会转化为三氧化硫,在180~230℃范围内三氧化硫极易与氨气发生反应生成硫酸氢铵,并吸附在催化剂表面,降低脱硝效率。

( 2) 烟气中存在飞灰等杂质,长期运行会导致催化剂堵塞。催化剂堵塞是不可逆的,并且催化剂不可再生,将直接影响催化剂的脱除效率和使用寿命。

2. 4 低温SCR脱硝解决措施

( 1) 对烟气先进行脱硫,降低脱硝塔入口的二氧化硫含量。宁钢选用半干法脱硫,雾化器可将脱硫剂雾化为50μm 的极细小雾滴,增加反应接触面积,使脱硫反应更充分,具有极高的脱除效率。经脱硫后入脱硝塔前二氧化硫控制在10 mg /m3以下。

( 2) 采用钠基脱硫。在140℃以上钠基具备脱硫效率更高、温降更小的优势,脱硫温降可以控制在15~20℃,保证脱硝烟气温度控制不低于170℃。

( 3) 脱硫后采用布袋除尘。布袋除尘具有除尘效率高,运行稳定的优点。未反应的脱硫剂附集在滤袋外表面,可以使烟气在滤袋表面完成二次脱硫反应,提高脱硫效果。经除尘后,入脱硝塔前颗粒物控制在10mg /m3以下。

( 4) 设置再生装置。长时间运行下,催化剂的反应效率下降是不可避免的,因此必须设置加热炉。当催化剂效率下降时,开启加热炉进行在线再生,恢复催化剂活性,延长催化剂的使用寿命。

( 5) 设置吹灰器。为保持催化剂表面的清洁,防止催化剂堵塞,需经常进行吹灰。吹扫的目的是防止灰沉积在催化剂表面,因此装置运行可每天吹灰1 次,甚至每班1 次。

( 6) 选择优质催化剂。为实现最优催化剂设计方案,需要考虑较多因素,包括: 调整催化剂中氧化钒的成分比例来获得较高活性的催化剂; 在达到同一性能条件下,催化剂的比表面积越大,需要催化剂的体积量越少; 为降低催化剂的重量,催化剂要设计成优化的壁厚,使通过催化剂的烟气压降也减到最低。宁钢根据此情况选择了奥地利Ceram 产品,催化剂主要技术数据见表2。

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3 实际应用情况

系统投入运行至今1 年左右,生产稳定,脱硝效率达到85%以上,脱硝塔运行温度在180 ℃左右,达到了预期目标,烟囱排放数据如表3所示。

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4 技术特点

( 1) 经济性好。节省了中低温脱硝工艺中升温所消耗的煤气,节约了成本。

( 2) 适用性好。所选催化剂在170~185℃的焦炉烟气工况下具有良好的适用性,脱硝效率仍可达到85%以上,满足低温脱硝运行。

( 3) 系统能够满足焦炉烟气周期性波动的特点,保证烟囱排放稳定达标。

5 结语

低温( 170~185 ℃) SCR脱硝工艺在宁钢运行的1年多时间里,设备运行稳定,烟气脱硝效率高,净化后的氮氧化物污染物含量长期保持在150 mg /m3 以下。同时其一次投资省、运行费用低的优点,为国内焦化企业脱硝工艺的选择提供了更多的选择和借鉴。

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