华北电力大学陆强：钢铁烧结机烟气脱硝研究既优化设计

各位专家，各位同行下午好，我今天汇报的题目是钢铁工业SCR脱硝技术，我是来自华北电力大学的，同时我也代表我们校外企业北京光大环境股份有限公司跟各位领导做一个交流。

华北电力大学/生物质发电成套设备国家工程实验室 副主任 陆强

首先看一下我们行业的应用背景，今天包括上午下午各位领导做了很多研究，做了很多介绍，钢铁工艺环节非常多，多个环节涉及脱硝，除了炼钢环节基本上每个环节都有脱硝工艺技术的需求，这里面需求最多可能是焦化，包括焦炉出台的国家标准，像轧钢都有标准，具体我不说了。今天我想针对焦化和烧结烟气做一个介绍。

今天下午第一个报告介绍我们焦化烟气的特点，我们焦化烟气第一焦化炉不停炉，烟气非常复杂，里面有焦油，温度比火电温度低一百度左右。对于烧结来说烟气温度更低只有100—185度的低温，更重要的烟气里面还有很多碱金属，对我们常规的SCR脱硝的毒害作用非常大，这两个背景之下我分别介绍一下针对我们焦化如何来做脱硝，针对烧结如何做脱硝。

针对焦化做脱硝目前有很多脱硝工艺，我把主要工艺做一个简单总结，第一工艺做的比较多的是氧化脱硝，这里面用臭氧或者其他的氧化剂，把氮氧化物氧化，通过碱的方式做吸收，实现低成本的脱硝，因为它只是把气相转移到液相，里面同时产生了水污染的问题。

我们第二个脱硝工艺活性炭或者活性焦，这个更多是物理吸附过程，这个成本比较庞大，涉及到活性焦托付再生技术。现在钢铁行业推行比较多的中温的，具体把烟气排到320度以上，用最廉价的最常规的催化剂做这样烟气的脱硝，这个工艺最大特点就是运行成本非常庞大，要把这么大的烟气从原本的200多度提升320度以上能耗需求非常大。

我们第四个工艺现在包括今天各位专家非常推崇的工艺，我们在低温下做脱硝，有两种方法，第一种方法是将我们脱硝布置在脱硫以后，这个工艺国内外有很多应用，最典型在生活当中经常碰到的垃圾焚烧。

所有烟气净化做脱硝，同样也可以做，先脱硫和先除尘做脱硝，这个工具最大特点是烟雾实在非常低，催化剂用量不大，要做脱硝工程成本很高。我们要在脱硫前脱硝，这样尽可能保证焦化烟气本身有200度以上烟温。

相对低温脱硝来说催化剂用量可以节省很多，相对来说投资运行成本也会降低很多。如果我们要在脱硫前布置脱硝，主要技术有哪几个问题，后面简单介绍一下，这是相关的技术对比，刚才介绍过了。

如果我们要做脱硫脱硝，第一个焦炉经常不停炉，我们考虑到脱硝塔长期的运行。第二个考虑到我们焦炉里面有焦油，两百多度不可能发生分解，焦油有黏性，一旦进了脱硝塔里面很快吸附在催化剂表面，造成催化剂表面很快会堵塞失火。

把焦油脱出以后还有烟气进入脱硝催化剂主要会有两个问题，第一个催化剂发生硫酸铵盐中毒作用，右边列了副反应。我们现在常见的低温脱硝催化剂基本上都是在中温催化剂基础上做了改进，在300多度脱硝活性才会好，200多度脱硝活性很低。

如何提高催化剂活性是我们低温脱硝面临重要问题，对我们做低温脱硝两大技术难点，一是脱硝技术的降低，这是我们常见催化活性的分布图，对于钒基催化剂，一旦低于300度会快速下降，脱硝活性是我们做焦化烟气脱硝第一个技术难点，这个难点还不是很大。

我们可以通过调整催化剂用量。烟气里面只要有氨气，有三氧化硫一定会反映成硫酸铵盐，硫酸铵盐生成附着在催化剂表面造成催化剂失火。如果烟气不是特别干净还有飞灰成分在里面，造成永久性的催化剂的失火。

这两个可以说一年多之前，国际上都没有任何克服这个缺点的催化剂，国外很少有这样需求，这样情况下十年前开始做相关研究工作，这是我研究工作思路经过这个实验研究。

首先从量子化学方法建立催化剂表面结构模型，看表面如何来负载活性成分，对催化剂有特定催化作用效果，我们通过量子化学方法阐明了催化剂表面活性，能量信息和反映动力学信息，脱硝反映是很多反映同时进行的。

这样基础上研发了低温范围内有非常高性能催化剂的配方，强化催化剂低温下抗水和耐油性能，这样基础上通过两个方式，第一个通过负载和制备方法改进改善了催化剂表面的结构，尽量做到单层分散，大量降低催化剂对二氧化硫的氧化率，我们脱硝反应首先要把氨气和一氧化碳吸附在催化剂表面才能进行脱硝反应，不吸附这个反应没办法进行。

更重要是我们在催化剂里面通过改善催化剂助剂，添加新的助剂形成二氧化硫结构，这是三年前做出来，当时焦化还没有这么大脱硝需求，我们找不到单位做应用，当时在电力系统做一个验证，挑选了贵州来做中试，中试的时候为了模仿，这个可以看一下，这是电力行业里面烟气工矿最恶劣的电厂。

做实验的时候为了模仿钢铁行业需求，我们通过拆冷风方式控制到200—300度之间，不是用了常规的温度来做脱硝经过2420小时，各项检测数据非常完善，我们在这么高的情况下催化剂没有发生任何失火问题。

总结一下我们催化剂的优势，主要解决低温有油环境下的高效脱硝问题，目前我们有很多业绩可以看一下烟气温度有270，250—430的，各个烟气温度都有应用，所有的应用在脱硫之前做的脱硝，烟气里面本身还有硫的，我们并没有在脱硝塔里面设计系统，不是说时时刻刻对催化系统做热再生，没有设计过催化剂热再生系统。

第三部分我想介绍针对我们烧结机烟气脱硝，对于现在我们烧结行业来说的话烟气混合在一起最后一块排烟，针对这种脱硝的话工艺什么样，也可以分为脱硫工艺以后脱硝，或者脱硫之前做脱硝。

脱硫之前做脱硝有两个，针对半干法或者针对湿法脱硫，我们烧结机烟箱温度不一样，可以混合一块做脱硝，也可以针对不同烟气温度分别做脱硝，这是具体方法可以看一下，脱硫以后做脱硝半干法在120度左右，把烟温升到180然后升到220，如果湿法脱硫位置比较大，湿法脱硫温度有几十度。

这是简单的总结，可以看一下，估算一下对于260平米的烧结机烟气量120万标方，相比火电行业用这种方式做脱硝的话，钢铁行业脱硝投入远远高于火电行业，尤其司法脱硫以后要把这么低的温度升到220度这个代价非常庞大。

我们提出脱硫以后做脱硝，脱硫以后做脱硝更多对于催化剂有需求，第一种工艺烧结烟气混在一块，假设我们按130度计算，第一股烟气到180再到220，第二个我们通过利用烧结行业本身已有的能量来把烟温直接到300度以上，一分为二，同样的话我们可以对烧结机烟温三种烟气分别做脱硝处理。

对于60度烟气温度更适合用化学方法做脱硝，对于140度烟雾温可以加热到300度以上，做中温的脱硝，对于220度可以用低温催化剂脱硝，这是对几种方法做的总结，我们一方面要充分利用烧结机本身现在有关设备能量，尽量把一股烟气升到300度做脱硝，成本非常低。

如果我们把烟气分开处理的话，对于非常低的低温，可以做氧化脱硝，相对来说投入成本最低，无论用中低温脱硝都有这个特点，虽然灰含量不高，按期里面有大量的碱金属，会让催化剂发生严重的中毒作用，引出了我们需要碱金属中毒的脱硝催化剂。

针对我们火电行业，针对我们生物质行业秸秆里面都是钾盐，这种早期都有很多研究，碱金属进入脱硝催化剂发生反应，影响催化剂的活化，可以降低吸附能力和氧化性能，这样的话催化剂没有办法完成脱硝。在此基础上化学吸附氧的比例也是降低，如果不能把氨气等吸附在表面，这个脱硝反应没有办法进行。

五年前针对碱金属来做如何提高催化剂对碱金属抗中毒能力，我们也是通过量子化学分子研究催化剂表面如何吸附上去，如何发生化学反应，如何影响催化剂表面的活性位和不同价态的比例，在此基础上针对这个碱技术化学反应设计催化剂，来简化催化剂对碱金属的抗中毒能力。

我们抗碱金属催化剂，我们催化剂只要接触烟气碱金属一定会进入微孔，不要发生反应就可以保护催化剂活性位，添加酸性更强的助剂进去，就可以发生反应，可以降低碱金属发生反应，同样增强催化剂表面的酸性，这就是增强催化剂的容量，哪怕催化剂吸附1%，甚至更多碱金属在上面。

可能我们催化剂依旧不会让脱硝性能受到影响，最后调整催化剂配方，创造各种各样结构，让碱金属容纳在孔里面，尽量让碱金属减少表面吸附，虽然这个过程很难，通过做了以后我们成功研制出来，尤其针对我们现在碱金属非常高的地方，重点是我们生物质行业。

烧结机行业起步时间比较短，我们还没有投运，已经下了订单，目前在生产，有机会也请各位领导对我们相关情况多多考察，多了解我们情况，这是我们烧结机简单应用业绩。这个我们现在可以看一下我们设计方案，都在40毫克以下，这是我们技术方面优势，脱硝我们可以保证超低排放，以后钢铁行业也会步入火电行业的要求，不仅要做改造更要做超低排放改造，今天这是我汇报的主要内容，请各位专家通航多多批评指正，谢谢。

(发言为环保头条APP根据速记整理，未经本人审核)

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直播｜2018钢铁、焦化烟气治理技术与应用研讨会