SCR煙氣脫硝催化劑再生過程中的環(huán)境問題及處理措施

王鵬

摘要：本文從低溫SCR脫硝工藝的流程、設(shè)計(jì)和運(yùn)行的要點(diǎn)及脫硝系統(tǒng)的協(xié)同治理能力等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述，為相關(guān)從業(yè)者提供一些思路。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣；低溫SCR；濕法脫硫；冷凝脫水

引言

本文針對(duì)濕法脫硫后配置低溫SCR脫硝系統(tǒng)的工藝路線，從工藝流程、設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中的關(guān)鍵要點(diǎn)和低溫SCR脫硝的協(xié)同治理能力等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述，為低溫SCR脫硝技術(shù)能夠進(jìn)一步推廣應(yīng)用，提供一些措施和建議。

1燒結(jié)煙氣的排放現(xiàn)狀

燒結(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣主要含有粉塵、SO2、NOx、CO、二噁英等多種污染物，其中粉塵濃度約10g/Nm3左右，SO2濃度1000～3000mg/Nm3，NOx濃度200～400mg/Nm3，CO濃度5000～10000ppm，二噁英約1～3ng-TEQ/Nm3；煙氣的氧含量約15～18%，含濕量約7～13%，煙氣溫度約120～180℃；且受生產(chǎn)原料和工況的影響，煙氣量、煙氣溫度和污染物濃度波動(dòng)較大[1]。按靜電除塵+石灰-石膏法脫硫+濕式電除塵+低溫SCR脫硝的煙氣治理工藝路線，經(jīng)兩級(jí)除塵和濕法脫硫后的煙氣粉塵濃度可控制在10mg/Nm3左右，SO2濃度可控制在35mg/Nm3以下。其煙氣溫度一般在50～55℃，煙氣含濕量將增加到15%～20%，煙氣中除含有NOx，還有少量的SO2、SO3和經(jīng)過濕法脫硫時(shí)夾帶的可溶性鹽霧滴等。該煙氣在進(jìn)入低溫SCR脫硝系統(tǒng)前，為減少煙氣中SOx和水分等對(duì)脫硝系統(tǒng)的影響，需對(duì)其進(jìn)行冷凝脫水和加熱升溫等預(yù)處理。

2濕法脫硫后配置低溫SCR脫硝的工藝流程

常規(guī)的低溫SCR脫硝系統(tǒng)主要包括：脫硝反應(yīng)所需的反應(yīng)器、催化劑等；煙氣升溫所需的回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器和煤氣加熱爐及混煙加熱裝置等；還原劑供應(yīng)所需的氨水儲(chǔ)存、輸送、稀釋汽化及噴氨裝置等；克服系統(tǒng)阻力配套的增壓引風(fēng)機(jī)和系統(tǒng)運(yùn)行所必需的分析儀表、控制及電氣設(shè)備等。針對(duì)濕法脫硫后的低溫SCR脫硝系統(tǒng)，在上述設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，還增加了煙氣冷凝器、野風(fēng)引入擋板門及煙氣切入擋板門等。當(dāng)脫硫入口的煙氣溫度在140℃以下時(shí)，經(jīng)濕法脫硫和濕式電除塵后，煙氣溫度一般在50～55℃，經(jīng)冷凝脫水后煙溫降至45～50℃，后進(jìn)入回轉(zhuǎn)式GGH由脫硝后的280℃凈煙氣換熱逐步升溫至240～245℃，再經(jīng)煤氣熱風(fēng)爐加熱升溫至280℃，通過SCR催化劑完成脫硝反應(yīng)，脫硝后的凈煙氣由GGH降溫至80～85℃后排入大氣[2]。

3低溫SCR脫硝設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中的幾點(diǎn)關(guān)鍵

3.1煙氣的冷凝脫水

煙氣冷凝脫水一般采用間接換熱降溫冷卻的方式。采用氣水換熱器，冷卻水走管程對(duì)殼程煙氣進(jìn)行吸熱降溫。煙氣中的飽和水蒸氣隨著煙溫下降而凝結(jié)析出，同時(shí)會(huì)附著少量可溶性硫酸鹽及超細(xì)粉塵等。冷凝水呈酸性，PH值在3～4，進(jìn)行簡(jiǎn)單PH調(diào)節(jié)后，用于濕法脫硫的除霧器沖洗和石灰制漿。吸熱升溫后的冷卻水進(jìn)入配套冷卻塔進(jìn)行降溫冷卻，循環(huán)利用[3]。但需對(duì)冷卻水進(jìn)行定期補(bǔ)水和加藥，以保證其循環(huán)水量和水質(zhì)。脫硫后的低溫濕煙氣具有極強(qiáng)的腐蝕性，冷凝器的煙氣接觸側(cè)一般選用氟塑料或2205雙相不銹鋼等材質(zhì)。

3.2煙氣的加熱升溫

脫硝系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，催化劑表面微孔內(nèi)會(huì)存有少量NH4HSO4等硫氨鹽，占據(jù)催化劑表面的活性位。NH4HSO4的熔點(diǎn)為147℃，沸點(diǎn)為350℃，在低溫脫硝180～300℃的運(yùn)行條件下，以熔融態(tài)存在的NH4HSO4對(duì)催化劑活性的危害不可避免。為此，可在燒結(jié)減產(chǎn)期間，階段性提高脫硝催化劑運(yùn)行溫度至350℃以上；或在燒結(jié)停產(chǎn)期間，引入野風(fēng)空氣并加熱至350℃以上，促使催化劑表面的NH4HSO4汽化，恢復(fù)催化劑的表面活性，延長催化劑化學(xué)壽命。催化劑熱解析風(fēng)量按脫硝系統(tǒng)全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煙氣量的50%進(jìn)行設(shè)計(jì)，熱解析過程一般維持12～24h，熱解析周期一般為半年[4]。

3.3低溫SCR催化劑運(yùn)行溫度的選擇

在以NH3作為還原劑時(shí)，與中高溫SCR脫硝相比，低溫SCR催化劑運(yùn)行過程中更容易產(chǎn)生硫氨鹽。因此，低溫SCR催化劑的運(yùn)行溫度主要取決于煙氣中的SOx濃度。目前國內(nèi)已投入商用的低溫催化劑運(yùn)行溫度一般選擇在180～300℃。比如垃圾焚燒鍋爐煙氣經(jīng)SDA半干法脫硫及除塵后，SO2濃度在5～10mg/Nm3，其低溫催化劑運(yùn)行溫度選擇在180～230℃；焦?fàn)t煙氣經(jīng)SDS干法脫硫及除塵后，SO2濃度在5～30mg/Nm3，其低溫催化劑運(yùn)行溫度選擇在250～270℃；寶鋼4#燒結(jié)機(jī)和常州中天550m2燒結(jié)機(jī)等機(jī)頭煙氣經(jīng)CFB/SDA半干法脫硫系統(tǒng)后，SO2濃度在30～50mg/Nm3左右，其低溫催化劑運(yùn)行溫度選擇為280℃。

3.4還原劑NH3的逃逸率控制

（1）采用矩陣式噴氨格柵和配套靜態(tài)渦流混合器使氨氣與煙氣充分混合，保證煙氣進(jìn)催化劑前的絕對(duì)氨氮混合濃度偏差<±5%；

（2）設(shè)計(jì)導(dǎo)流板和均流格柵等，進(jìn)行全煙氣流程的流場(chǎng)模擬，保證進(jìn)催化劑前的絕對(duì)煙氣速度差<±10%；

（3）采用噴射型高溫?zé)煔饣旌霞訜嵫b置，確保熱風(fēng)爐的高溫?zé)煔馀c待脫硝的原煙氣進(jìn)行充分對(duì)流混合，保證進(jìn)催化劑前的絕對(duì)煙氣溫度差<±5℃；

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)控催化劑運(yùn)行溫度，調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐煤氣量，保證催化劑的運(yùn)行溫度在280±5℃；

（5）根據(jù)脫硝入口煙氣量和NOx初始濃度，結(jié)合脫硝出口的NOx排放濃度和NH3逃逸量，采取程控或手操的方式，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制NH3的用量[5]。

3.5催化劑及換熱器的防堵措施

造成催化劑和回轉(zhuǎn)式GGH堵塞的主要原因是逃逸的NH3與煙氣中的SOx反應(yīng)生成硫氨鹽，以熔融狀態(tài)粘結(jié)在催化劑和換熱片表面，并粘附煙氣中的粉塵，最終在催化劑和換熱片表面形成搭橋，從而堵塞催化劑和換熱器的通道。除上文所述的降低煙氣中SOx含量、保證運(yùn)行溫度、控制氨逃逸率等措施，從源頭控制硫銨鹽的生成外，在催化劑上部和在回轉(zhuǎn)式GGH的上部加裝清灰裝置，定期對(duì)催化劑和換熱片表面進(jìn)行清理保護(hù)也很重要。催化劑的吹灰器一般選用半伸縮式耙式吹灰器，吹灰介質(zhì)為加熱后的N2或壓縮空氣；回轉(zhuǎn)式GGH的吹灰器一般選用伸縮集成式吹灰器，同時(shí)攜帶氣體噴嘴和高壓水噴嘴[6]。

4結(jié)論與建議

低溫SCR脫硝技術(shù)完全可應(yīng)用于濕法脫硫后的煙氣脫硝。通過采取煙氣冷凝脫水、對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)煙氣前的熱備和煙氣逐步置換空氣進(jìn)行煙氣預(yù)熱等措施，可有效提高脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；通過定期對(duì)催化劑進(jìn)行熱解析，可有效緩解硫氨鹽對(duì)催化劑的影響，延長催化劑的使用壽命。低溫催化劑選擇280℃的運(yùn)行溫度，能夠同時(shí)保證較高的脫硝和脫二噁英效率。通過控制脫硝后凈煙氣的排煙溫度，還可協(xié)同實(shí)現(xiàn)煙氣“脫白”。

參考文獻(xiàn)

[1]陳智.SCR煙氣脫硝催化劑再生過程中的環(huán)境問題及處理措施[J].化工時(shí)刊，2016，30（6）：39-41.

[2]佚名.失活SCR煙氣脫硝催化劑再生工藝工業(yè)試驗(yàn)研究[J].中國電力，2018，51（9）：179-184.

[3]佚名.一種廢棄SCR煙氣脫硝催化劑再生回收綜合處理方法：，CN104907106A[P].2015.

[4]朱林，吳碧君，段玖祥，等.SCR煙氣脫硝催化劑生產(chǎn)與應(yīng)用現(xiàn)狀[C]//火電廠環(huán)境保護(hù)綜合治理技術(shù)研討會(huì).2009.

[5]郝永利，黃銳，胡華龍.淺析廢煙氣脫硝催化劑再生環(huán)境污染防治[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（3）：48-50.

[6]黃顯兵，殷世佳.火電廠SCR煙氣脫硝催化劑再生方法進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古石油化工，2015（2）：76-78.

（作者單位：山東國舜建設(shè)集團(tuán)有限公司）