柳钢110m2烧结烟气脱硝催化剂失活和堵塞分析及治理

柳钢110m2烧结烟气脱硝催化剂失活和堵塞分析及治理

熊军,黎柳升,蒋杰,王斌林

广西钢铁集团有限公司烧结厂

摘要：本文以柳钢110m2烧结烟气SCR脱硝系统投运后催化剂出现堵塞的问题为实例，对烧结烟气成分、脱硝系统投运的氨水成分、脱硝系统设备的影响进行深入探讨，分析引发催化剂失活和堵塞问题的主要原因，并提出可行性的改善控制措施，保证脱硝系统稳定高效运行，同时也对其他烧结烟气的脱硝系统遇到相似问题具有一定的参考。

关键词：烧结烟气；SCR脱硝；催化剂；失活；堵塞；柳钢

1、前言

烧结矿作为炼铁的主要原材料，在当今钢铁制造生产中占据主导地位，而生产烧结矿过程中又会有大量有害烟气污染环境，在政府对环保越来越严峻的大背景下，钢铁企业如何高效处理烧结有害烟气是当前首要问题，这是可持续科学发展的必然要求。烧结矿的产生烟气既危害人体健康，同时也会扩散到大气中形成酸雨对周边环境严重污染。SCR脱硝作为一种科学高效地处理烧结烟气的技术，如何保证SCR脱硝催化剂不被堵塞是处理烧结烟气的难题。本文主要介绍柳钢110m2烧结烟气脱硝催化剂失活和堵塞分析及治理。

2.1烧结烟气特点与危害

烧结矿的生产是将焦煤粉、铁矿粉、溶剂等材料按照一定配合比搅拌，再经过烧结之后从而形成炼铁熟料的过程。烧结烟气的含湿量大、露点温度比较高，之所以会有这样的特征是为了能够提升烧结混合料的透气性，为达到此目的“在混合料烧结之前需要加入适量水从而制成小球”[1]，受此工艺的影响导致烧结烟气的含湿量较大。烧结烟气的水分含量通常保持在10%左右，而露点温度则是在65-80oC之间。含有腐蚀性气体是烧结烟气另一个典型特征，在焦炉煤气点火和混合料烧结过程中通常会产生一定氮氧化物、硫氧化物等，这些有毒气体会对人体造成严重危害。同时烧结工艺和原料配比不稳定等因素的影响导致烧结烟气流量变得非常大，不仅如此，在高温烧结过程中还会产生诸多污染物，这将会进一步加大烧结烟气的危害程度，同时也将会加剧烧结烟气处理难度。

2.2 SCR脱硝应用要求

SCR脱硝又可以称之为选择性催化还原法脱硝，该技术的脱硝效率最高能够达到90%以上。利用SCR脱硝技术来处理烧结烟气将能够有效提升处理效率，同时还将能进一步降低处理成本，因此该技术的应用是有其合理性与必要性的，但是在具体应用过程中经常出现催化剂堵塞问题，而导致脱硝系统不能长期稳定运行。为了能够准确分析SCR脱硝催化剂失活和堵塞问题，本文以柳钢烧结厂110m2烧结机烟气SCR脱硝催化剂失活和堵塞为具体案例来展开具体应用分析，通过以此为案例来展开分析将能进一步提升实际应用效率。

2.3 SCR脱硝设计原理及工艺

SCR脱硝工艺采用选择性催化还原方法，即在装有催化剂的反应器里，烟气与喷入的氨在催化剂的作用下发生还原反应，生成无害的N2和H2O，实现脱除氮氧化合物的目的。

化学还原反应：

NOX的脱除率由如下公式计算：

ηNox    —— 脱硝效率%

NOxin   —— 反应器入口NOx浓度

NOxout  —— 反应器出口NOx浓度

SCR脱硝工艺流程

对于SCR脱硝技术处理柳钢110m2烧结机烟气的工艺流程可以用下图1表示：

320oC

324oC

               313-316oC

290oC

   165-182oC

130-150oC160-177oC

115-130oC

80-93oC-    50oC

图1柳钢110m2烧结机烟气SCR脱硝工艺流程

3、催化剂失活和堵塞的问题分析

3.1催化剂失活分析

钢铁厂烧结机烟气特点（表一）

某烧结机飞灰主要成分（表二）

如表1和表2所示，烟尘中水含量10~12%，SO2浓度高达800~3000mg/Nm3，粉尘浓度100-200mg/Nm3，灰分中挥发性碱金属含量高，K2O含量高达41.27%，Na2O含量达3.05%。对于烧结机脱硫前脱硝工艺，虽然经过静电除尘，将烟气中飞灰浓度控制在100-200mg/Nm3，但是碱金属含量高，不断累积在催化剂表面，依然会导致催化剂的中毒和堵塞。

主要是通过以下3种途径导致催化剂的失活：

1）烧结机飞灰中碱金属氧化物（K、Na）含量高，与脱硝催化剂的活性酸位点反应，导致催化剂化学失活，

2）当脱硝温度低于300℃，SCR脱硝过程中还伴有硫酸氢铵/硫酸铵生成（还原剂氨气和烟气中三氧化硫反应生成物），硫酸氢铵/硫酸铵易潮解、粘度大，会与飞灰粘结到一起，加剧糊堵催化剂。

3）烟气中的水分促进碱金属的粘附和板结在催化剂的表面，对碱金属堵塞和中毒产生协同作用，导致碱中毒现象更加迅速。对于脱硫后的SCR脱硝工艺，虽然烟气经过脱硫后SO2浓度大幅降低，生成硫酸氢铵/硫酸铵的可能性会大大降低，但是碱法脱硫后会引入脱硫剂，脱硫剂一般是钠盐、钙盐和氨盐，这些碱盐类不能完全被扣留在固体灰中或者是脱硫废水中，而是会有1-10mg/Nm

3残留物随着烟气的携带而进入到脱硝催化剂系统中，不断地富集在催化剂表面，一段时间后会造成催化剂的物理堵塞微孔和化学碱中毒[2]。

3.2催化剂堵塞分析

3.2.1、氨逃逸影响

由于SCR脱硝系统运行中不可避免存在过喷导致未反应 NH3逃逸问题，逃逸出的NH3与烟气中的SO3和水蒸气生成硫酸氢铵（NH4HSO4）。硫酸氢铵（NH4HSO4）在不同的温度下分别呈现气态、液态、颗粒状。烟气经过 SCR 反应器后，排烟温度降低，250～330℃之间的温区位于反应器常规设计的冷段层上方和中间层下方，由于硫酸氢铵（NH4HSO4）在此温区开始结晶转变阶段，处于黏性状态，具有极强的吸附性，呈颗粒状附着于催化剂表面，且硬度较高不易脱落，会造成大量烟气中的粉尘在反应器沉降，引起催化剂堵塞及阻力上升，影响脱硝系统的运行[3]。

3.2.2、烟气飞灰量大

烧结矿的生产是将焦煤粉、铁矿粉、溶剂等材料按照一定配合比搅拌，再经过烧结之后从而形成炼铁熟料的过程。在此过程，不可避免产生大量飞灰，飞灰粘度大，其主要成分KCl、NaCl、Fe2(SO4)3、CaSO4等有很强的吸湿性，当烟气通过烟道一起来到SCR脱硝反应器中，吸潮而粘结成块，最终堵塞催化剂。

为了能够在实际工作中获得科学稳定效果，柳钢采取了对脱硝系统进行优化控制。

（1）对脱硝氨水流量进行控制，确保脱硝后的NOX浓度≤50mg/m3符合国家超低排放标准，但不能过量加氨，过量加氨会导致氨逃逸增加，形成硫酸氢氨堵塞反应器，因此在喷氨水时要控制氨逃逸≤3ppm。

（2）做好反应器的吹灰，在原来声波吹灰基础上增加蒸汽吹灰，并根据反应器的压力来确定吹扫的频率和时间。

（3）每次脱硝系统停机时，要进行催化剂的检查，及时将吹扫不到的死角，通过人工吹扫干净。

通过采取上述措施，柳钢110m2烧结烟气脱硝催化剂从开机使用，每个月停机检修两次，到现在两个月检修一次，大大提高了脱硝系统的使用效率，保证了生产的稳定运行，减少了维修工作大量的人力物力，为公司连续生产提供了保障。

4、结语

本文对柳钢110m2烧结烟气SCR脱硝催化剂失活和堵塞问题进行了分析，事实证明SCR脱硝催化剂失活和堵塞是多种原因造成，通过采取相关措施，脱硝系统的稳定运行还是可以得到保障，能有效降低脱硝运行成本。为了科学应用这种技术，本文分析了SCR脱硝技术在柳钢110m2烧结烟气处理中催化剂失活和堵塞的应用状况。

参考文献：

[1]郭永强. 烧结烟气SCR脱硝技术浅析[J]. 环境工程, 2014(s1):493-494.

[2]赵利明,陈海波.SCR烟气脱硝技术在宝钢股份4~#烧结机的应用[J].烧结球团,2018,43(06):24-28+37.

[3]周立荣, 高春波, 杨石玻. 钢铁厂烧结烟气SCR脱硝技术应用探讨[J]. 中国环保产业, 2014(6):33-36.