焦炉烟气低温SCR脱硝工艺催化剂选型探讨.docx

焦炉烟气低温SCR脱硝工艺催化剂选型探讨1前言焦炉烟气中含有大量的氮氧化物（NOx）未经过处理排放到大气中不仅会对环境造成污染还会严重危害人体健康。近年随着国家《炼焦化学工业污染物排放标准》的实施对焦炉烟气进行脱硫脱硝除尘处理已成为各大企业的当务之急。我国约有焦化厂500家其中25%左右为钢铁企业内部焦化厂75%左右为独立焦化厂。钢铁焦化厂大多采用以高炉煤气为主的低热值混合煤气作燃料；独立焦化厂大多采用焦炉煤气作燃料。因焦炉燃料不同焦炉烟气的特性也有所不同。焦炉烟气具备以下特点：（1）烟气温度低。用高炉煤气加热的焦炉排烟温度一般在230~300℃；用焦炉煤气加热的焦炉排烟温度一般在170~210℃。对于多数焦化厂而言烟气温度在180~250℃之间。（2）烟气水含量差异大。高炉煤气的可燃成分以CO为主而焦炉煤气的可燃成分以H2和CH4为主。用高炉煤气或混合煤气加热的焦炉烟气含水量一般在5%~8%；而用焦炉煤气加热的焦炉烟气中的水含量可达20%左右。由于燃料含氢量的差异两种烟气含水量相差10%以上。（3）NOx含量高。焦炉燃烧过程当中生成的NOx以热力型为主。燃烧温度对热力型NOx生成有决定性的作用当温度大于1600℃后热力型NOx量按指数规律快速增加。大型焦炉在用混合煤气加热时火焰温度通常为1750~1800℃烟气中的NOx含量一般在300~500mg/Nm3；用焦炉煤气加热时火焰温度通常为1850~1900℃烟气中的NOx可达2022-0500mg/Nm3。（4）SO2含量较低。焦炉使用的高炉煤气或焦炉煤气燃烧之前已经过净化所以含硫量较低。焦炉烟气中SO2浓度一般在60~800mg/Nm3多数在100~300mg/Nm3之间。（5）烟尘含量低。焦炉燃烧的高炉煤气或焦炉煤气基本上没有携带粉尘焦炉烟气粉尘含量一般在10~50mg/Nm3在之间。（6）焦炉串漏问题普遍存在。由于焦炉炭化室墙面有不同程度的裂纹或缝隙存在且炭化室内荒煤气为正压墙面另一侧燃烧室立火道为负压当炭化室墙面上的裂纹或缝隙未被沉积碳完全堵死时荒煤气就会从炭化室漏入燃烧室立火道。随着焦炉炉龄增长裂缝数量越来越多裂缝宽度越来越大焦炉串漏问题难以完全避免。焦炉串漏导致烟气中含有焦油、碳粉、煤粉等复杂成分同时会引起NOx和SO2含量的变化。（7）烟气量和烟气成分均周期性发生变化。由于焦炉换向的需要焦炉烟气排放量及烟气中NOx含量均呈周期性波动波动的极值差别较大。（8）由于焦炉连续生产的特性焦炉烟囱需长期处于热备状态烟气排出温度要需保持在130℃以上且不能低于烟气的露点温度。2焦炉烟气低温SCR脱硝工艺简介目前烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法（SCR法）、活性碳（焦）法、氧化吸收法等。其中SCR法和活性碳（焦）法是《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中明确推荐的脱硝方法。但是活性碳（焦）法很难稳定实现NOx的超低排放现在部分企业已选择在活性炭装置后增设SCR脱硝。SCR法已经成为焦炉烟气脱硝的主流工艺。根据布置位置的不同SCR法可以分为脱硫前脱硝和脱硫后脱硝。如果烟气从焦炉排出后直接进入SCR脱硝系统催化剂极易被串漏至烟气中的焦油、碳粉、煤粉等杂质堵塞。因此将脱硝系统布置于脱硫除尘装置之后渐渐成为业内共识。目前脱硝催化剂在低温条件下的抗H2O和SO2中毒能力普遍较差焦炉烟气脱硝系统的运转温度一般设计在200℃以上。但是烟气经过脱硫除尘后温度不可避免的会有所下降。为了满足脱硝系统的温度要求并保证烟囱的热备状态应尽量减小脱硫过程的烟气温降。相比于湿法脱硫半干法/干法脱硫技术具备烟气温降低、SO3脱除率高、设备腐蚀程度低、无废水排放等优点更适合于焦炉烟气净化。2022年中冶焦耐（大连）工程XXXX有限公司在宝钢湛江钢铁炼焦工序建立了世界首例“SDA旋转喷雾脱硫除尘+低温SCR脱硝”工程。经过几年的探索与实践焦炉烟气脱硝渐渐形成了“SDA半干法脱硫+低温SCR脱硝”和“SDS干法脱硫+低温SCR脱硝”两种代表性工艺。两种工艺路线的对比见表1。表1焦炉烟气两种低温SCR脱硝工艺对比SDA法反应温度在100-150℃SDA后脱硝脱硝需要再加热升温因此运转成本会明显增加。而与SDA法相比SDS法的脱硫剂以干粉形式直接喷入烟道中不需要设置制浆系统和脱硫塔；并且烟气温降小脱硫后烟气一般不需要再热升温即可满足脱硝要求。SDS法具备工艺系统简单、投资成本低、占地面积小等优点。“SDS干法脱硫+低温SCR脱硝”工艺是目前焦炉烟气脱硝的首选工艺。3焦炉烟气低温SCR脱硝工艺催化剂选型3.1焦炉烟气脱硝对SCR催化剂的要求脱硝催化剂是SCR系统的核心。出于对技术可靠性、经济性等因素的考量目前工业上广泛应用的脱硝催化剂主要是V2O5-TiO2系负载型催化剂。为了进一步保证焦炉烟气低温SC