晨晰環保：焦爐煙氣中低溫選擇催化還原（SCR）技術及應用
【谷騰環保網訊】煉焦是將煤轉化為冶金燃料及化工原料的流程工業，是鋼鐵工業和煤化工產業的重要組成部分。截至2021年底全國在產企業351家，冶金焦產能5.37億噸，占世界焦炭產量的68%以上。焦爐煙氣具有危害性大、成分復雜、煙氣量和NOx波動大等特點。伴隨著各地NOx超低排放要求日趨嚴格，一定程度上加大了脫硝的治理難度。如何在波動的煙氣工況下，既要保證 NOx 的超低排放，又要滿足低碳治理與氨逃逸的排放要求是當下焦爐煙氣SCR脫硝的一大難題，因此焦爐煙道氣綜合治理的工藝路線和關鍵技術產品的選擇至關重要。
1、技術基本原理
1.1技術基本原理
焦爐煙氣中低溫選擇催化還原（SCR）技術是由北京晨晰環保工程有限公司（簡稱晨晰環保）與齊齊哈爾大學聯合研發的新型脫硝材料制作的SCR中低溫催化劑，結合三維立體式布置的導流板反應器等核心關鍵技術構成的新型SCR脫硝技術。脫硝催化劑是由一種鈰基復合金屬氟化物納米花材料制備成的新型材料，該材料具有催化活性高、適應溫度廣、脫硝效率高的特點。同時，此技術所使用的煙氣脫硝反應器為直立式,內部導流板的設置方式為三維立體式布罝，使得煙道內的煙氣均勻進入脫硝反應器與鈰基催化劑進行充分反應。
焦爐煙氣在特定溫度與鈰基催化劑作用下，使用氨作為還原劑，有針對性地將煙氣內的NOx還原成氮氣與水。該系統中的反應由主反應與副反應兩大部分構成，其中，主反應見式(1)、式(2)
晨晰環保的中低溫選擇性催化脫硝還原（SCR）技術目前已經取得了多項發明專利，在全國有近20臺（套）NOx深度治理的項目中成功應用。因其具有催化活性高、適應溫度廣、脫硝效率高等特點，可廣泛應用于焦爐、鋼鐵燒結、石灰窯、燃氣鍋爐、加熱爐、熱風爐、造紙、工業硅、垃圾焚燒等行業的氮氧化物深度治理。
1.2技術工藝簡介
焦爐煙氣分別由地下機側和焦側煙道引岀，經旁路煙氣管道閥門和新增入口管道閥門切換并匯合后進入煙氣總管。煙氣先經過干法脫硫后，含粉料煙氣進入布袋除塵器進行進一步脫硫反應及煙塵凈化。脫硫除塵后的煙氣進入三維立體式導流板的SCR煙氣脫硝反應器（見下圖）。
該反應器的主體部分設置了多層由鈰基復合金屬氧化物納米化材料制成的催化劑層, 在上部設置具有導流板的進風管、煙氣/氨混合器、加氨系統、進風口，在下部設置有出風管、出風口。煙氣進入反應器后，煙氣中的NOx與噴氨格柵噴出的NH3在靜態混合器內充分混合，在鈰基復合金屬氧化物納米化材料制成的中低溫催化劑的作用下與NH3發生化學反應，生成N2和H2O,從而達到去除煙氣中NOx的目的。凈化后的煙氣由增壓風機抽引，經出口煙道至原焦爐煙囪排入大氣。回原焦爐煙囪的煙氣溫度滿足焦爐熱備溫度要求，可保證事故狀態下焦爐煙囪熱拔力依然保持正常。
1.3 適用情況
由鈰基復合金屬氧化物納米化材料制成的中低溫催化劑及導流板優化的SCR煙氣脫硝反應器因其具有溫度適應性強、運行阻力小、氨消耗量低、脫除效率高、催化劑使用壽命長等優勢。可廣泛應用于焦爐、鋼鐵燒結、石灰窯、燃氣鍋爐、加熱爐、熱風爐、造紙、工業硅、垃圾焚燒等行業的氮氧化物深度治理。
2 、技術裝備的主要參數、技術經濟指標
2.1 技術裝備的主要參數
2.2技術經濟指標
技術經濟性指標與實際工況條件密切相關，現按照煙氣溫度250℃，入口氮氧化物濃度≤400mg/Nm3，出口氮氧化物濃度≤40mg/Nm3測算明細如下表。
2.3技術特點及優勢：
該技術相較于傳統的SCR技術有如下優勢：
1、采用的催化劑為鈰基復合金屬氧化物納米化材料制成的中低溫催化劑。由于鈰基新材料的加入，大大提高了CeO表面暴露的晶面，使CeO具有更多的活性位點，從而提高了CeO的催化活性。在溫度為180-350℃范圍、進口NOx濃度800-1700mg/Nm3的條件下，該新型催化劑的脫硝效率可達90%以上，相較于傳統催化劑在入口濃度、煙溫、脫除效率上有優勢；
2、反應器采用的導流板在進風管上的設置方式為三維立體式布置，提高了氨和氮氧化物混合氣體的速度，同時具有濃度分布的均勻性，從而使脫硝效率顯著提高；
3、該反應器的進口設置在頂部，從結構形式上解決了煙氣不均流的缺點，且無需增加導板，煙氣流速較為理想，對催化劑的磨蝕較小，且降低了催化劑中毒的風險，延長了使用壽命；
4、反應器的立柱采用合金鋼Q345B材質，可有效應對在煙氣溫度較高情況下的脫硝需求；
5、反應器采用直立式，可有效解決目前懸掛式反應器剛度不強，反應器整體熱膨脹不均衡的問題，從而提高系統的脫硝效率；
6、系統通過優化設計，合理布局使得整套脫硝裝置運行阻力低于常規SCR裝置，能耗及碳排放降低10%以上；
7、改進后的SCR法煙氣脫硝反應器，噴氨量減少了5%以上，氨逃逸指標≤3mg/Nm3。
3、應用情況
該中低溫催化劑與導流板優化的SCR脫硝反應器具有催化活性高、適應溫度廣、脫硝效率高等特點，可廣泛應用于焦爐、鋼鐵燒結、石灰窯、燃氣鍋爐、加熱爐、熱風爐、造紙、工業硅、垃圾焚燒等行業的氮氧化物深度治理，在全國范圍內已有近20套脫硝裝置的成功應用。
結語
據中環協最新發布的《2022年脫硫脫硝行業發展評述和2023年發展展望》預測，十四五時期非電行業煙氣治理需求將持續釋放并提速。氮氧化物的治理也將向著協同治理、精準治理、低碳治理轉型。晨晰環保和齊齊哈爾大學聯合研發的新型材料制成的中低溫催化劑與導流板優化的SCR脫硝反應器具有脫硝效率高，噴氨量小的同時可保證氨逃逸持續穩定達標，裝置低碳節能等特點。可全面滿足煉焦、熄焦過程中，中低溫、低硫環境下的脫硝需求，同時也有效降低了治理設施的建設與運營成本。在未來幾年，該技術在焦化行業中的市場份額將會逐步擴大，具有良好的市場前景。
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