北極星大氣網訊:摘要：隨著國內環(huán)保要求越來越嚴格，在傳統(tǒng)的電力行業(yè)外，越來越多的行業(yè)工業(yè)裝置開始關注氮氧化物的處理問題。寶山鋼鐵股份有限公司作為中國鋼鐵行業(yè)的領先者，在2016年率先對寶鋼四號燒結機進行了煙氣SCR脫硝及脫二噁英改造，該項目成為中國鋼鐵行業(yè)第一個燒結機脫硝及脫二噁英項目。優(yōu)美科公司作為世界領先的脫硝催化劑供應商，為該項目提供了優(yōu)質的脫硝催化劑及技術支持。優(yōu)美科DNX?催化劑的優(yōu)異表現(xiàn)，確保該項目的SCR脫硝系統(tǒng)近三年的穩(wěn)定高效運行，有力的證明了SCR技術完全適用于燒結煙氣脫硝及脫二噁的治理。
1、NOx及SCR法原理
工業(yè)裝置排放的氮氧化物（NOx）是一個主要的全球污染問題，對人類健康和環(huán)境的危害很大。NOx主要以NO和NO2的形式存在，其來源主要是燃燒過程，在燃料燃燒期間，燃氣中的氮元素以及助燃空氣中的氮氣被高溫氧化為NOx，即燃料型NOx和熱力型NOx。排放到大氣中的NOx可以與水結合，是形成霧霾和酸雨的重要組成部分。此外，NOx與揮發(fā)性有機化合物和陽光結合可形成近地面臭氧。
現(xiàn)有的脫除煙氣中NOx的工藝主要有SCR法、臭氧法和活性炭法。其中SCR法系統(tǒng)最為簡單，運行最為穩(wěn)定，NOx脫除效率也最高，適用于燒結機達標排放以及將來超低排放的應用。
SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）法是當今最主流的脫硝工藝，其基本原理是氨氣與氮氧化物經過催化劑活性表面發(fā)生還原反應生成無害的氮氣和水，不再形成對大氣的二次污染。
4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O
2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O (NO2/NOx>0.50)
NO + NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O (NO2/NOx≤0.50)
SCR系統(tǒng)需要用氨作為還原劑，一般由噴射裝置噴入到反應器中。
2、二噁英及脫除原理
二噁英是多氯代二苯并二噁英（PCDD）與多氯代二苯并呋喃（PCDF）的總稱，它們分別有75種和135種異構體。其中2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英（2,3,7,8-TCDD）對人體的危害最大。
PCDD與PCDF的分子式如下：

二噁英可以在SCR脫硝催化劑表面上被催化分解，其分解率最高可達99.9%。反應式如下：
PCDD/PCDF/2,3,7,8-TCDD+ O2→ CO2+H2O+HCl
二噁英的分解要求SCR的操作溫度＜280℃，大于280℃的反應溫度會促使二噁英的重新生成。在煙氣溫度280~300℃之間，二噁英的分解速率依然大于生成速率，然而其脫除效率已經降低。在溫度＞300℃，且煙氣中存在碳氫化合物和HCl時，SCR出口的二噁英濃度將大于SCR入口的二噁英濃度。
NOx與NH3、O2的反應，二噁英的氧化分解反應是典型的氣、固相催化反應，均發(fā)生在催化劑的表面（包括微孔的內表面），且反應在極短的時間內即~10-3s即可完成。脫硝及脫二噁英反應對煙氣的壓力并不敏感，其反應基于優(yōu)美科公司現(xiàn)有經驗，在煙氣壓力≤0.5Mpa g條件下均可進行。
優(yōu)美科的DNX?催化劑在NOx及二噁英的脫除上有很明顯優(yōu)勢，在同等煙氣條件和性能要求下，相同項目上所需的催化劑體積更少。
NOx及二噁英在SCR脫硝催化劑上的脫除取決于以下因素：
●催化劑比表面積，表面面積越大，越有利于NOx及二噁英的脫除
●二噁英由氣體向催化劑表面的傳質
●二噁英在催化劑微孔中的傳質
●催化劑的活性
優(yōu)美科DNX?催化劑主要活性物質V2O5、WO3的質量百分比保證催化劑有足夠的活性催化分解煙氣中的NOx及二噁英，小節(jié)距、薄壁的特點使DNX?催化劑擁有足夠大的比表面積，其獨特的“三態(tài)微孔”結構有利于NOx、NH3、二噁英由氣體向催化劑表面的傳質及在微孔中的傳質。
3、優(yōu)美科在燒結行業(yè)的經驗
優(yōu)美科公司作為全球優(yōu)秀催化劑供應商，早在21世紀初就開始與一些知名的工程公司合作研究針對燒結煙氣的處理方案。
燒結煙氣成分比較復雜，除了NOx和SOx外，還有HCl、HF以及含F(xiàn)e、Na和K的粉塵。催化劑設計需充分考慮這些對催化劑有毒性的物質以及抑制脫硝反應的因素。優(yōu)美科采用的是具有三態(tài)微孔結構的DNX?催化劑，該催化劑活性高，抗中毒能力強，可以完全適應燒結煙氣，并有良好的表現(xiàn)。
SCR的位置也是很重要的一個方面。一種布置是SCR放置在脫硫除塵后，這段燒結煙氣煙溫較低，低于硫酸氫銨的露點溫度，需要升溫才能滿足長期運行的要求；但這個區(qū)間煙塵較低，可以選擇比表面積更大的催化劑，且煙塵中使催化劑中毒的物質很少，對催化劑來說更適合。另一種布置是SCR放置在電除塵之后。這段煙溫較高，脫硝系統(tǒng)可直接運行；但煙氣中塵含量也較高，需選大孔徑催化劑，催化劑體積會增加，催化劑失活速率也會增加。
這兩種布置方式優(yōu)美科早在2007年就有了運行業(yè)績，且運行效果良好。

4、寶鋼四號燒結機的工藝流程及技術參數(shù)
寶山鋼鐵股份有限公司寶山基地煉鐵廠四號燒結機為600m2燒結機。四燒結于2013 年11 月投運，同步建設了半干法循環(huán)流化床脫硫裝置及除塵裝置，脫硫除塵后燒結煙氣中SO2含量小于50 mg/Nm3，粉塵濃度小于20 mg/Nm3，當時并未考慮脫硝需求。
SCR煙氣脫硝系統(tǒng)由寶鋼工程公司設計。當時國內沒有類似燒結機脫硝的經驗可供參考，經參照國外已有的成功經驗，根據(jù)已有的設備及現(xiàn)場情況，選擇了SCR反應器放置在脫硫除塵系統(tǒng)之后的技術路線。優(yōu)美科公司反復核算并與寶鋼工程充分討論，確定SCR的反應煙溫為280°C。280°C的煙溫可以有效的避免硫酸氫銨結露，減少催化劑及下游設備堵塞和腐蝕的風險。
該系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、GGH 換熱器、加熱爐、噴氨系統(tǒng)、SCR催化劑、蒸汽吹灰器等組成。燒結煙氣經過靜電除塵器和脫硫后，用GGH將煙溫升至250°C，再由加熱爐將煙溫升至280°C，噴氨系統(tǒng)噴入的氨氣與NOx經導流板和整流格柵充分混合后，在催化劑表面發(fā)生反應。脫硝后的熱煙氣在GGH與低溫煙氣換熱降溫后，經煙囪排入大氣。

寶鋼四燒脫硝系統(tǒng)工藝流程圖
寶鋼四號燒結機共設有兩個反應器，每臺反應器的入口煙氣條件如下：

脫硝系統(tǒng)的性能保證如下：

DNX?系列催化劑是優(yōu)美科公司研發(fā)的高效脫硝催化劑，在不同行業(yè)有著廣泛的應用。
催化劑采用3+1布置，即安裝3層催化劑，預留一層催化劑的位置。催化劑采用模塊設計，每層6x10布置。模塊頂部設有頂部格柵及鋼絲網，既可有效防止大顆粒灰塵及其他雜物損壞堵塞催化劑，還可以方便檢修。
吹灰系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)美科的建議選擇的蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰器對安裝質量要求較高，但其吹掃干凈，無死角等優(yōu)點，比聲波吹灰器更適用于催化劑的清理。
5、催化劑安裝
優(yōu)美科公司提供的DNX?脫硝催化劑于2016年9月在優(yōu)美科技術工程師現(xiàn)場指導下完成安裝。

6、催化劑的運行
寶鋼四號燒結機脫硝系統(tǒng)于2016年10月投運，至今已順利運行近3年。期間經優(yōu)美科技術人員電話回訪及現(xiàn)場檢查，催化劑完全滿足設計的脫硝效率、二噁英脫除率及氨逃逸要求。2019年6月進入反應器檢查，催化劑狀態(tài)良好，表面清潔，孔道暢通。

運行約20000小時的催化劑表面

NOx出入口數(shù)據(jù)
經過約20000小時的運行，在控制出口排放的情況下，NOx入口濃度約270mg/Nm3，出口濃度約75mg/Nm3。增加噴氨量后，在保證氨逃逸的情況下，出口NOx濃度還可以降低。
2018年9月，寶鋼工程公司取出兩塊催化劑測試塊寄至優(yōu)美科丹麥實驗室，進行了活性及化學成分分析。經測試，所得數(shù)據(jù)均在預期范圍內，催化劑失活速率低于預期。

催化劑活性分析，剩余活性優(yōu)于預期

化學元素分析，主要數(shù)值均在預期范圍內
7、結論
經過寶鋼四號燒結機脫硝系統(tǒng)近3年的穩(wěn)定運行，充分證明了SCR脫硝技術完全適用于燒結行業(yè)。SCR法也比其他脫硝工藝更加靈活，可以通過增加催化劑用量達到超低排放的要求，而無需進行其他系統(tǒng)改動。
優(yōu)美科DNX?脫硝催化劑也在該燒結脫硝項目上表現(xiàn)出優(yōu)異性能。催化劑的化學和物理性能使脫硝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，更強的抗中毒能力使催化劑有更長的壽命，這些都確保了鋼鐵企業(yè)的長期穩(wěn)定運行，進一步降低生產成本。作為全球優(yōu)秀催化劑供應商，優(yōu)美科愿與鋼鐵企業(yè)一起為中國的環(huán)保事業(yè)貢獻自己的力量。