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元琛科技钢铁行业脱硝催化剂发展方向

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当前钢铁企业脱硫、除尘工艺技术已经十分成熟,也能够实现超低排放的指标要求,在技术路线上也有很多的选择,但脱硝技术仍需开发和完善。据统计,在钢铁工业的生产过程中,烧结烟气过程中NOx排放约占钢铁厂NOx排放总量的一半左右,使得烧结烟气中NOx的控制成为继粉尘和脱硫之后钢铁企业环保治理的重点。

根据超低排放的要求,钢厂烧结机氮氧化物浓度要达到50mg/Nm³以下。钢厂烧结机脱硝目前主要的工艺路线有脱硫前脱硝和脱硫后脱硝,脱硫后脱硝又有半干法脱硫后脱硝和湿法脱硫后脱硝。

选择性催化还原(SCR)脱硝技术是目前应用最为成熟的一项脱硝技术,该法灵活性强,可根据已建/未建脱硫装置进行灵活组合,具有很强的适应工况变化的能力;脱硝效率可达90%以上或者更高,可实现超净排放;可同时促进二噁英分解,无二次污染物的生成;无废气、废水二次污染排放问题;系统简单,操作便利,安全性高,无尘暴风险。脱硝催化剂是SCR脱硝技术的关键,而适应钢铁行业的低温条件的、抗中毒、防堵塞的低能耗脱硝催化剂是发展方向。

目前根据烧结机配置形式的不同,脱硫后脱硝工艺有:湿法脱硫+静电除湿+GGH+热风炉+SCR、半干法脱硫+布袋除尘+GGH+热风炉+SCR、活性炭脱硫除尘+SCR脱硝。脱硫前脱硝工艺主要为静电除尘+GGH+热风炉+SCR+脱硫。

1 湿法脱硫+静电除湿+GGH+热风炉+SCR

烟气经湿法脱硫及静电除湿后,温度约为50-60℃,低温烟气经GGH与SCR出口的高温烟气换热升温后,与热风炉的高温烟气混合升温至220-280℃,进入SCR反应器,脱硝后的烟气经GGH降温后排放。该工艺路线需要将湿法脱硫后的烟气从50-60℃升高到220-280℃,使用的是偏贵一点的低温催化剂。对于烧结机,常常动辄上百万方的烟气量,需要设计较大的GGH换热器以及30-40℃助燃燃气的升温耗能,因此投资成本和运行成本都是较高的。然而,这种工艺路线可以满足超净排放,运行稳定,因此即使该工艺投资和运行成本较高,仍然是值得推荐的。

2 半干法脱硫+布袋除尘+GGH+热风炉+SCR

烟气经半干法脱硫及布袋除尘后,温度约为120℃,低温烟气经GGH与SCR出口的高温烟气换热升温后,与热风炉的高温烟气混合升温至180-250℃,进入SCR反应器,脱硝后的烟气至GGH降温后排放。该工艺路线采用的也是偏贵的低温催化剂,适用于半干法脱硫的烧结机。半干法脱硫除尘后烟气已经相对洁净,经过升温再脱硝,可以满足超净排放,运行稳定,也是推荐的工艺路线。但是由于半干法采用碱性物质吸收二氧化硫,而碱性物质一般具有吸潮性而导致粘滞和板结,因此可能存在布袋除尘器滤袋或者灰斗板结的风险,影响系统稳定运行。

3 活性炭脱硫除尘+SCR脱硝

由于活性炭法对NOx和颗粒物的脱除不能满足超低排放要求,现在很多企业参考湿法和半干法脱硫除尘+SCR脱硝工艺,选择在活性炭装置后增设SCR脱硝,脱硝温度可设计在150-200℃,但烧结烟气经活性炭除尘,飞灰浓度只能控制在15-20mg/Nm³左右。活性炭法属于全干法,对碱金属的捕集效率不如湿法和半干法,活性炭除尘后飞灰中碱金属含量高达30-50wt%。同时,烟气经过活性炭装置时,会将碳粉和硫酸氢铵/硫酸铵带入到后续脱硝装置中。在碱金属、碳粉、硫酸氢铵/硫酸铵的协同作用下,即使烟尘浓度低至15-20mg/Nm3,经过长期积累,催化剂发生碱金属中毒失活和堵塞的风险依然很高,这就对催化剂的设计提出了更高要求,如果搭配适合的催化剂,这种工艺也能稳定运行。

4 静电除尘+GGH+热风炉+SCR+脱硫

这种工艺路线是在脱硫前进行,采用相对抗碱的中温催化剂。烧结机出来的烟气经静电除尘后,温度约为130℃,再经GGH和热风炉升温至300℃以上,进入SCR反应器,脱硝后的烟气经GGH降温至160℃后送至脱硫塔,脱硫后的烟气经烟囱排放。该法由于采用中温段催化剂,催化剂用量较少,价格相对便宜,但是因为烧结机灰中含有30-50wt%的碱金属,要求催化剂有很强的抗碱金属中毒性能。尤其是烧结机所配备的静电除尘器,捕集尘的效果并不理想,往往除尘后的灰含量仍然高达100mg/Nm³,这种高碱、高粘灰对SCR运行存在一定的堵塞和中毒风险。

随着世界科技经济一体化发展,企业拥有自主知识产权在市场竞争中的重要性与日俱增。我国烟气脱硝技术的研究开展得相对较晚,早期脱硝催化剂配方与生产线均为购买国外技术,生产成本居高不下,脱硝催化剂价格昂贵。技术创新很多都是采用“引进-吸收-再引进”的模式。然而不同行业烟气性质差异巨大,引进的脱硝催化剂配方及技术仅能用于特定工况的烟气。核心技术和知识产权处处受制于人,严重阻碍了企业的创新和发展。



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