SCR法在不銹鋼退火酸洗線NOx廢氣處理中的應(yīng)用

王亦健，金旭芳

(北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120)

0 引言

混酸（氫氟酸和硝酸）酸洗是不銹鋼退火酸洗生產(chǎn)線的重要工序之一，但混酸酸洗產(chǎn)生大量的NOx廢氣，既對人體有害，又嚴(yán)重污染環(huán)境，必須經(jīng)過治理才能排放。目前國內(nèi)外使用比較廣泛的處理方法有干法和濕法兩大類，干法有選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）和吸附法，濕法有吸收法、吸收還原法和絡(luò)合吸收法等[1]。在綜合比較各種方法的優(yōu)缺點后，我們選擇了SCR法來處理混酸的NOx廢氣。

1 SCR法基本原理

在SCR脫硝過程中，在催化劑的作用和氧氣存在的條件下，NH3優(yōu)先與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，而不和煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，把NOx轉(zhuǎn)化為無毒無污染的氮氣(N2)和水(H2O)。SCR系統(tǒng)多采用高溫催化劑，反應(yīng)溫度在325～430℃。主要化學(xué)反應(yīng)如下：

SCR法的NOx脫除效率高，可維持在70%-90%，而且整個工藝產(chǎn)生的二次污染物質(zhì)很少。

2 SCR法處理工藝

進(jìn)入燃燒室，通過燃燒室的燒嘴加熱至反應(yīng)溫度，

經(jīng)過噴淋塔處理過的NOx廢氣進(jìn)入熱交換器預(yù)熱，預(yù)熱后的NOx廢氣加熱后的廢氣進(jìn)入內(nèi)部裝有氨氣噴頭及混合裝置的管路。與氨氣充分混合后的廢氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)后經(jīng)SCR出口NOx分析儀對NOx含量進(jìn)行分析,低于NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的廢氣經(jīng)換熱器換熱后由煙囪排出。

廢氣處理系統(tǒng)采用使用焦?fàn)t煤氣的燒嘴，燃燒反應(yīng)溫度為：325～430℃。

3 SCR法的主要設(shè)備

SCR法廢氣處理的主要設(shè)備有廢氣排放風(fēng)機及管路、氣液分離器、換熱器、燃燒室、混合管道、SCR反應(yīng)器/催化模塊保護(hù)系統(tǒng)、液氨汽化及減壓裝置、排放檢測系統(tǒng)和排放煙囪等。

SCR系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 SCR系統(tǒng)圖

4 設(shè)備及工藝特點

在SCR工藝中，影響脫除效率的主要因素有反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、催化劑性能和NH3/NOx摩爾比等。如何使SCR系統(tǒng)處于最大脫除效率，實現(xiàn)各影響因素的最佳工作狀態(tài)是SCR技術(shù)的難度所在。

4.1 反應(yīng)溫度控制

SCR法的反應(yīng)溫度取決于所選用催化劑的種類，每種催化劑都存在催化的最佳溫度，因此催化反應(yīng)只能在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，溫度也直接影響反應(yīng)的進(jìn)程。

本系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為: 325～430℃。SCR系統(tǒng)一共配有4個溫度檢測點，分別在燃燒室（測量范圍300-800℃）、SCR反應(yīng)器前后各1點（測量范圍100-600℃）和廢氣熱交換器出口（測量范圍0-600℃）。溫度檢測均采用耐酸型熱電偶。

為及時準(zhǔn)確地控制各檢測點溫度，燒嘴控制與SCR反應(yīng)器后熱電偶實行閉環(huán)控制，反應(yīng)器前熱電偶與摻冷風(fēng)機和氣動切斷閥實行連鎖控制。同時在生產(chǎn)中密切監(jiān)視SCR反應(yīng)器前的熱電偶溫度,確保其在催化模塊的溫度范圍內(nèi)。

4.2 催化模塊保護(hù)系統(tǒng)

催化劑在高于400℃的環(huán)境里，會發(fā)生相變。為防止催化劑相變，在反應(yīng)器前加冷卻風(fēng)機。利用SCR反應(yīng)器前溫度檢測，自動控制冷卻風(fēng)機。當(dāng)反應(yīng)器溫度高于設(shè)定溫度時，自動打開冷卻管路閥門，啟動冷卻風(fēng)機。

4.3 NH3/NOx摩爾比的控制

為準(zhǔn)確控制NH3/NOx摩爾比，在SCR的出口配備NOx分析儀，檢測排氣系統(tǒng)煙囪中NOx含量（≤150mg/Nm3,該數(shù)值為用戶當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)）。根據(jù)檢測到的數(shù)值，自動控制氨氣管路電動流量調(diào)節(jié)閥，即檢測到的NOx含量與氨氣的給定量形成閉環(huán)控制。

4.4 NaOH預(yù)凈化技術(shù)

由于NOx廢氣中含有氫氟酸會毒化催化劑，使SCR法最終失效。所以必須先采用NaOH吸收凈化技術(shù)，將廢氣中的氫氟酸吸收去除[2]。

4.5 控制洗滌塔循環(huán)水的pH值

NOx廢氣有一定的混酸濃度，對換熱器有較大的腐蝕。由于換熱器的溫度較高，不能采用耐混酸的非金屬材料，而金屬材料耐混酸的較少，所以只能限制進(jìn)入換熱器的NOx廢氣的酸濃度。通過檢測洗滌后的水的pH值來控制進(jìn)入換熱器的NOx氣體的酸濃度，同時洗滌塔的第二級水不采用循環(huán)水，以控制洗滌后的水的pH值在4!5之間。這樣大大提高了換熱器的使用壽命。

5 結(jié)束語

經(jīng)過調(diào)試運行，SCR系統(tǒng)處理效果較好：處理前NOx含量為1000～5000mg/Nm3，經(jīng)過處理后NOx排放濃度不高于150mg/Nm3，大大低于國家240mg/ Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)。實踐證明，SCR法用于不銹鋼退火酸洗線NOx廢氣處理是成功的。

[1]易紅宏, 等.氮氧化物廢氣的治理技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)動態(tài), 1998, 14(4): 17-20.

[2]王海林.冷軋不銹鋼帶鋼酸洗的工藝與廢氣、廢酸處理[J].中國冶金, 2009, 19(6): 40-43.