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太钢烧结烟气氮氧化物超低排放技术研究

北极星环保网来源:烧结球团2019/3/5 10:53:06我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝技术 脱硝工艺 SCR脱硝

北极星环保网讯:比较分析了当前工业化应用烧结烟气脱硝技术的原理和特点,针对脱硝工艺存在的问题,采用低温SCR脱硝中试设备在太钢450m2烧结机开展了连续8周的脱硝试验研究。结果表明,低温SCR催化剂空速高、催化活性稳定,在150℃条件下脱硝效率大于85%,NOx平均排放浓度32.27mg/Nm3,试验过程中未发现明显铵盐沉积和催化活性衰减。

低温SCR脱硝系统运行成本估算为4.68元/t-s,但不包括脱硫后烟气加热到150℃的成本。下一步研究的重点是降低催化剂活性温度窗口至110℃、提高催化剂抗硫能力和二噁英降解能力。

1前言

随着人们环保意识日益地提高,钢铁工业带来的环境污染问题已引起了广泛地关注。我国政府对钢铁行业均已经或正在制定相关法规来严格控制污染物的排放。大气污染物的治理问题已成为我国钢铁工业急需解决的关键技术问题。

烧结烟气量大(2000~4000m3/t-s)、成分复杂(通常含有PCDD/Fs、SO2、NOx、CO2、CO、HF和重/碱金属粉尘)、且水分含量高(8%~15%),其中,烧结工序外排SO2、NOx分别占钢铁生产总排放量的60%和50%以上,是钢铁工业污染物的最大排放源之一。

烧结机头烟气除尘、脱硫工艺相对比较成熟,形成了一些完整的技术路线,但NOx的减排技术在我国烧结行业尚未大规模推广应用,已成为当前钢铁行业污染物治理的重点和热点。

2017年8月环境保护部《关于征求<钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准>等20项国家污染物排放标准修改单(征求意见稿)意见的函》中提出烧结机头烟气特别排放限值,即在基准氧含量16%条件下,颗粒物<20mg/m3、SO2<50mg/m3、NOx<100mg/m3,未来钢铁行业需全面实施超低排放,烟气污染物排放标准将进一步提高,钢铁行业减排压力将持续加剧。

目前已经投入工业应用的烧结烟气脱硝方法主要有活性炭脱硝、中高温SCR脱硝和氧化法脱硝三种。目前,活性炭脱硝一般采用两段式设计,在前端脱硫反应结束后,再喷氨进行脱硝。

该工艺氮氧化物的排放能控制在100mg/Nm3以下,可满足国家新的排放标准,但需要独立脱硝塔,投资及运行成本高。

氧化法脱硝原理是利用臭氧、双氧水等氧化剂将烟气中的NO氧化为NO2等物质后,再进入脱硫塔用碱性吸收剂进行吸收,脱硫、脱硝在同一系统中进行吸收,副产物为含有重/碱金属元素的亚硝酸盐、硝酸盐和硫酸盐的混合物,其综合利用难度极大,这也是该工艺未来需要重点解决的问题之一。

选择性催化还原技术(SCR)能够达到80%~90%的NOx脱除率,可以满足NOx更高要求的排放标准,被认为是目前最经济和可靠的脱硝技术。SCR主要反应方程式为4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。SCR技术的核心是SCR催化剂体系,SCR催化剂不同,其还原NOx的最佳温度区间不同。

高温(280~320℃)SCR脱硝技术在日本、欧洲和美国等烟气排放标准严格的国家和地区已得到广泛应用,也是我国燃煤发电厂烟气脱硝的主要技术。但将该技术移植应用于烧结工艺中时,需要将100~130℃通过脱硫尾气换热至230~260℃,再额外补充30~50℃升温热量,必须增设烟气加热系统和烟气换热系统,系统相对复杂且热量消耗较大,大大提高了该技术应用的投资和运行成本。

低温SCR脱硝技术采用催化活性温度窗口100~150℃催化剂,应用于烧结烟气脱硝时可以大幅降低烟气加热成本,甚至取消烟气加热,成为当前烧结烟气脱硝技术发展的一个重要方向。

国内外学者通过研究催化剂主要活性组分、载体、掺杂元素、制备方法等,开发出了以V-Ti、Ce-Ti、Ce-Mn、Ce-W氧化物为主要活性组分、以Nb、Fe、Cu、V、Co、Sn和La为掺杂元素的系列低温催化剂,实验室研究均显示出良好的低温催化活性、抗H2O、SO2、重金属和碱金属中毒能力以及优异的耐高空速能力。

但是,高效、稳定、催化活性窗口温度低的SCR脱硝催化剂目前仍处于研发阶段,从实验室走向工业应用还有大量工作需要完成。

郑州登电昊南热陶瓷有限公司引进德国技术及生产装备,研发、制备了适合烧结烟气脱硝的低温催化剂,利用自主研制的可移动式脱硝现场中型试验装置,部分引入太钢450m2烧结机活性炭法脱硫脱硝后尾气进行二次催化脱硝,将烧结烟气SCR低温脱硝技术朝工业化应用方向推进了重要一步。

2试验设备与方法

2.1催化剂的制备流程、技术参数及使用条件

郑州登电昊南热陶瓷有限公司的催化剂生产线的基本生产流程如图1所示,主要包括原料混合、压制、挤出成型、烘干、煅烧、切割和模块集成共七个步骤。

QQ截图20190305094911.jpg

图1低温SCR催化剂生产流程

本试验所用催化剂的技术参数指标如表1所示。该催化剂为以WO3、V2O5和TiO2为主要成分的蜂窝式催化剂,脱硝效率>90%,化学寿命24000h,空速7265h-1,机械强度良好。

延伸阅读:

低温脱硝技术在烧结的应用初探

烧结烟气氮氧化物减排技术路径探讨

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