ca1214SCR脱硝技术在非电力工业烟气处理中的应用进展 摘要：
介绍了以钢铁、水泥、以玻璃和垃圾焚烧行业为代表的非电力行业烟气特性及烟气污染物处理现状,对选择性催化还原(SCR)脱硝技术在非电行业烟气治理中的应用和面临问题进行了总结分析,并对SCR催化剂的研究方向做了预测。 关键词：氮氧化物;选择性催化还原;烟气;二氧化硫;碱金属;挥发性有机物;
氮氧化物(NOx)导致酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏等,是大气主要污染物之一。燃煤发电厂及钢铁厂等非电行业是固定源NOx主要来源。2013年9月国务院发布《大气污染防治计划》(简称“大气十条”)以来,大气环境质量显著改善,空气污染的特点已从传统的硫酸污染转变为以硝酸盐和有机细颗粒物为主的复合污染,故加大对NOx和挥发性有机物(VOCs)的控制将是下一步大气环境治理的工作重点。截至2017年底,全国71%的燃煤机组已完成超低排放改造。对于大气污染物,在电力减排空间趋近饱和的基础上,非电领域越来越受关注。2018年7月国务院正式印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,对钢铁等非电行业NOx排放提出了更加严格的要 求。本文中对钢铁厂、水泥厂、玻璃厂和垃圾焚烧发电厂为代表的非电领域烟气特点及已有污染处理工艺进行总结,同时对SCR催化剂在非电领域应用可能面临的机遇和问题及解决方法进行总结,为相关行业从业者和研究者提供借鉴。
称重装置1 非电力行业烟气特性及治理技术分析
非电行业包括钢铁、焦化、水泥、玻璃、垃圾焚烧和建材等企业。近年来,焦化和钢铁等非电行业消耗量几乎与电力行业等同。但非电行业污染物排放标准和治理水平远低于燃煤电站行业,导致其NOx、SO2和颗粒物(PM)排放量占全国3/4以上。其超低排放改造推进缓慢的原因包括治理标准待完善、环保监管难度大和缺乏经济可行的技术方案等,这些都与非电领域范围广、细分行业多、不同行业之间不同生产过程引起的不同污染排放特征的特征密切相关。
1.1钢铁工业烟气特性及脱硝技术应用进展
2015年,中国钢铁企业NOx排放量达97.2万t,占NOx总排放量的8%。钢铁生产过程很多，每个过程排放的主要污染物很多且不同。其中烧结工序是气态污染物排放最为严重的工序。
该工序排放的PM、SO2和NOx等污染物分别占钢铁企业排放总量的35%、70%和50%以上。钢铁行业烧结烟气具有以下特点:
养蜂专用车(1)烟气量大,每生产1 t烧结生产4 000～6 000 m3烟气。
(2)烟气成分复杂,含有HCl、SO2、NOx和HF等多种腐蚀性气体,铅、锌和汞等重金属,二恶英等有毒气体和大量粉尘(浓度达10 g/m3)。
(3)SO2集中度高，变化大,烟气中SO2浓度一般为1000～1500 mg/m3,甚至可达3000～5000 mg/m3。
(4)烟气温度低且波动范围大,烧结烟气温度在120～180℃,当使用低温烧结技术时，其温度甚至低至80℃。
(5)水分和氧气高含量,含湿量一般为7%～13%,含氧量达15%～18%。paas系统
目前,应用于烧结烟气超低排放治理的主要有3种技术方案,即SCR法、活性焦法和氧化法。其在烧结烟气治理方面的优缺点如表1所示。中国金属学会等近期在中国开展超低烟气排放
的代表性钢铁企业(如宝钢宝山基地和太原钢铁等)进行了调研,发现企业基本采用以上3种方法,既满足目前环保标准,也易于改造以满足更加严格的环保标准。
表1 SCR法、活性焦法和氧化法处理烧结烟气的优缺点
1.2水泥工业烟气特性及脱硝技术应用进展
我国是水泥主要生产国,水泥生产导致NOx排放约200万t/a,占全国NOx工业排放量的15%。水泥窑烟尘特性:
(1)灰分高含量,预热器后含尘量高达80～120 g/m3。
铝塑型材(2)烟气成分复杂,具有黏性,很容易造成催化剂堵塞。
(3)灰分中CaO高含量,其中，粉尘浓度高是水泥窑烟气的最大特点。某水泥有限公司4500 t/d水泥生产线水泥窑烟气参数如表2中所示。
表2 4500 t/d水泥生产线水泥窑烟气参数
水泥厂煅烧炉烟气温度为850～1200℃,烟气停留时间仅5s,适合选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术(温度范围为850～1100℃,反应时间约200ms)的应用。结合炉内控制技术(如低氮燃烧器),NOx可控制在较低水平。但环境保护标准日趋严格,必须采用SCR脱硝工艺。
水泥行业烟气余热梯级利用,烟气高温和清洁不可兼得,SCR工艺只能选择高温高粉尘或低温低粉尘条件。为保护催化剂,首选低温低粉尘条件设置SCR工艺。然而，仍然存在碱金属和碱土金属高含量的粉尘，以及少量的SO2,导致催化剂堵塞、磨损和中毒失效,因此迫切需要开发和使用抗中毒能力强的催化剂。
1.3玻璃工业烟气特性及脱硝技术应用进展
我国是玻璃生产大国,玻璃工业NOx排放量约14万t/a。玻璃行业的烟雾特性如下:
(1)NOx高含量(通常在2 000 mg/m3以上)。
(2)烟道出口温度高(450～550℃)。
(3)烟气波动大,玻璃炉窑换火操作,炉内温度先迅速下降，然后迅速上升,烟气量和烟气组分波动较大。
折流板除雾器
(4)烟气成分复杂,含有多种酸性气体(HCl和HF等);碱金属(Na盐和K盐等)和碱土金属(Ca盐等)高含量,并有一定黏附性和腐蚀性;燃料对烟气污染物有明显影响(如表3)。
玻璃窑炉烟气脱硝应用广泛SCR技术。典型玻璃熔窑烟气SCR脱硝工艺流程如图1所示。该工艺的优势在于:
(1)烟气首先进入余热锅炉SCR反应器,既满足最佳脱硝温度条件,也可回收部分热量。
(2)脱硝前除尘,显著降低对SCR催化剂的冲刷及毒化作用。该工艺尤其适用于以石油焦和重油为燃料的复杂烟气条件,是目前玻璃厂改造及新建玻璃厂配套脱硝工程的首选方案。
表3 不同燃料玻璃熔窑烟气中污染物含量mg/m3
图1 玻璃窑炉烟气脱硝工艺流程
1.4垃圾焚烧行业烟气特性及脱硝技术应用进展
我国2015年城市垃圾排放量达2.5亿吨,约有2/3城市面临“垃圾围城”压力。具有处理量大、垃圾焚烧发电技术具有卫生、可实现资源化的特点，日益成为城市垃圾处理的首选技术。
截至2015年,我国在运营的垃圾焚烧发电厂达220座,垃圾焚烧处理量达62 Mt/a,占垃圾处理量的32%。对焚烧排放烟气的治理是该方法实现进一步大力推广的关键因素。
