燒結(jié)煙氣SCR 脫硝與COA 臭氧協(xié)同脫硝工藝對(duì)比分析

王天廣

（河北天柱鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 唐山064000）

2018 年唐山市制定了《唐山市鋼鐵、焦化超低排放和燃煤電廠深度減排實(shí)施方案》。方案要求燒結(jié)機(jī)頭煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時(shí)均值排放濃度在基準(zhǔn)氧含量16%的條件下分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。天柱鋼鐵于2017年完成了燒結(jié)機(jī)脫硫超低排放改造，其中1#320m2燒結(jié)機(jī)采用了循環(huán)流化床半干法脫硫工藝；2#208m2燒結(jié)機(jī)采用了濕法脫硫+濕電工藝。在此基礎(chǔ)上1#320m2燒結(jié)機(jī)選擇了COA 臭氧脫硝工藝，2#208m2燒結(jié)機(jī)選擇了SCR 脫硝工藝。從這一年的運(yùn)行狀況看兩種脫硝工藝均能達(dá)標(biāo)排放但運(yùn)行成本、環(huán)保效益上還是存在一定的差異，本文主要針對(duì)存在的差異展開論述。

燒結(jié)過程中的NOx 主要來源于燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分為點(diǎn)火燃料和燒結(jié)燃料兩種。天柱鋼鐵1#320m2燒結(jié)機(jī)和2#208m2燒結(jié)機(jī)均采用高爐煤氣作為點(diǎn)火燃料，燒結(jié)燃料采用一定比例的焦粉和燒結(jié)煤粉。兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣中NOx 的濃度均相對(duì)較低， 一般在100～240mg/Nm3。煙氣中NO 占85%左右，NO2占15%左右。兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)的出口NOx的濃度均可控制在50mg/Nm3以下。

1 脫硝工藝原理對(duì)比

1.1 1#320m2 燒結(jié)機(jī)COA 臭氧協(xié)同脫硝工藝

由于1#320m2燒結(jié)機(jī)脫硫采用了循環(huán)流化床半干法脫硫工藝，天柱鋼鐵通過考察論證為其配備了臭氧脫硝工藝。氧化劑采用臭氧，由廠內(nèi)提供純度≥99.5%的氧氣作為臭氧的制備原料。脫硝劑采用熟石灰，由純度（CaO含量）＞80%的生石灰制備。臭氧脫硝工藝的主要設(shè)備為臭氧發(fā)生器5 臺(tái)，規(guī)格型號(hào)NLO-F-90K，臭氧發(fā)生器功率675KW，裝機(jī)功率840KW，額定進(jìn)氧氣量720Nm3/h。

臭氧脫硝技術(shù)的基本機(jī)理是，通過額外添加的脫硝劑的氧化作用，將煙氣中難溶于水的NO 轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)易溶于水的NOx，再以循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)激烈湍動(dòng)的、擁有巨大的表面積的吸附劑顆粒作為載體，將高價(jià)NOx 與鈣基吸收劑快速反應(yīng)脫除，完成脫硝過程。

臭氧是最強(qiáng)氧化劑之一，可高效轉(zhuǎn)化NO 為NOx，在120℃煙氣溫度環(huán)境條件下可在3 秒之內(nèi)完成。NOx 與脫硝劑Ca（OH）2的反應(yīng)效率偏低，根據(jù)2018 年到2019 年的實(shí)際運(yùn)行情況看，此反應(yīng)的難易程度較二氧化硫與氫氧化鈣的反應(yīng)要大。在實(shí)際運(yùn)行過程中增加了Ca（OH）2與二氧化硫、NOx的摩爾比后實(shí)現(xiàn)了較好的脫硝效果。

另外在燒結(jié)煙氣脫硝過程中由于氫氧化鈣用量增大，促進(jìn)了副反應(yīng)的發(fā)生：

圖1 COA 臭氧協(xié)同脫硝工藝流程

1.2 2#208m2 燒結(jié)機(jī)SCR 脫硝工藝

圖2 SCR 脫硝工藝流程

2#208m2燒結(jié)機(jī)在2017 年脫硫改造中使用了濕法脫硫+濕電工藝，綜合考慮技術(shù)可行性、現(xiàn)場(chǎng)布置等因素2#燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝采用選擇性催化還原（SCR）工藝。還原劑使用20%氨水，主要設(shè)備為煙氣換熱器GGH、煙氣加熱爐（使用高爐煤氣做燃料）、中溫催化劑（運(yùn)行溫度300℃）、煙氣冷凝器、煙氣再熱裝置。

主要是在一定溫度下（300℃），向煙氣中通入還原劑NH3，將煙氣中的NOx 還原為無害的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）。它是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為成熟的煙氣脫硝工藝。其主要反應(yīng)如下：

從2#燒結(jié)的運(yùn)行情況看，煙氣量為800000Nm3/h，進(jìn)口NOx濃度在100-200mg/Nm3時(shí)，噴氨量控制在100kg/h 左右，可以達(dá)到穩(wěn)定的脫硝效果。

表2 脫硝經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表

2 脫硝工藝技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

為使結(jié)論更加明朗，現(xiàn)將兩種脫硝工藝進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比如下：

（1）技術(shù)性分析比較。（表1）

（2）脫硝工藝經(jīng)濟(jì)性分析比較。（表2）

3 結(jié)論

通過對(duì)燒結(jié)煙氣脫硝工藝原理的分析、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，可以看出SCR 脫硝工藝具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）燒結(jié)煙氣SCR 脫硝產(chǎn)物為N2、H2O；產(chǎn)物清潔無二次污染，脫硝效率高，符合當(dāng)前環(huán)保形勢(shì)。燒結(jié)煙氣COA 協(xié)同脫硝產(chǎn)物為：硝酸鈣、亞硝酸鈣、氫氧化鈣且混合于硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣中，成分復(fù)雜。

以現(xiàn)在的技術(shù)條件來說綜合利用存在一定難度，會(huì)造成大量的固廢產(chǎn)生。

（2）從運(yùn)行成本看燒結(jié)煙氣SCR 脫硝為6.87 元/噸礦；燒結(jié)煙氣COA 臭氧協(xié)同脫硝為8.24 元/噸礦。兩者相差1.37 元/噸礦。由于鋼鐵企業(yè)燒結(jié)礦年產(chǎn)量動(dòng)輒幾百萬噸起，脫硝成本的提高對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)帶來一定的影響。

從以上對(duì)比可以看出燒結(jié)煙氣SCR 脫硝工藝脫硝效率高，環(huán)保效益好、運(yùn)行成本低與COA 臭氧協(xié)同脫硝比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，更適合燒結(jié)煙氣脫硝。