优美科DNX催化剂在宝钢四号烧结机的应用

大气网讯:摘要：随着国内环保要求越来越严格，在传统的电力行业外，越来越多的行业工业装置开始关注氮氧化物的处理问题。宝山钢铁股份有限公司作为中国钢铁行业的领先者，在2016年率先对宝钢四号烧结机进行了烟气SCR脱硝及脱二噁英改造，该项目成为中国钢铁行业第一个烧结机脱硝及脱二噁英项目。优美科公司作为世界领先的脱硝催化剂供应商，为该项目提供了优质的脱硝催化剂及技术支持。优美科DNX®催化剂的优异表现，确保该项目的SCR脱硝系统近三年的稳定高效运行，有力的证明了SCR技术完全适用于烧结烟气脱硝及脱二噁的治理。

1、NOx及SCR法原理

工业装置排放的氮氧化物（NOx）是一个主要的全球污染问题，对人类健康和环境的危害很大。NOx主要以NO和NO2的形式存在，其来源主要是燃烧过程，在燃料燃烧期间，燃气中的氮元素以及助燃空气中的氮气被高温氧化为NOx，即燃料型NOx和热力型NOx。排放到大气中的NOx可以与水结合，是形成雾霾和酸雨的重要组成部分。此外，NOx与挥发性有机化合物和阳光结合可形成近地面臭氧。

现有的脱除烟气中NOx的工艺主要有SCR法、臭氧法和活性炭法。其中SCR法系统最为简单，运行最为稳定，NOx脱除效率也最高，适用于烧结机达标排放以及将来超低排放的应用。

SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法）法是当今最主流的脱硝工艺，其基本原理是氨气与氮氧化物经过催化剂活性表面发生还原反应生成无害的氮气和水，不再形成对大气的二次污染。

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O (NO2/NOx>0.50)

NO + NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O (NO2/NOx≤0.50)

SCR系统需要用氨作为还原剂，一般由喷射装置喷入到反应器中。

2、二噁英及脱除原理

二噁英是多氯代二苯并二噁英（PCDD）与多氯代二苯并呋喃（PCDF）的总称，它们分别有75种和135种异构体。其中2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英（2,3,7,8-TCDD）对人体的危害最大。

PCDD与PCDF的分子式如下：

二噁英可以在SCR脱硝催化剂表面上被催化分解，其分解率最高可达99.9%。反应式如下：

PCDD/PCDF/2,3,7,8-TCDD+ O2→  CO2+H2O+HCl

二噁英的分解要求SCR的操作温度＜280℃，大于280℃的反应温度会促使二噁英的重新生成。在烟气温度280~300℃之间，二噁英的分解速率依然大于生成速率，然而其脱除效率已经降低。在温度＞300℃，且烟气中存在碳氢化合物和HCl时，SCR出口的二噁英浓度将大于SCR入口的二噁英浓度。

NOx与NH3、O2的反应，二噁英的氧化分解反应是典型的气、固相催化反应，均发生在催化剂的表面（包括微孔的内表面），且反应在极短的时间内即~10-3s即可完成。脱硝及脱二噁英反应对烟气的压力并不敏感，其反应基于优美科公司现有经验，在烟气压力≤0.5Mpa g条件下均可进行。

优美科的DNX®催化剂在NOx及二噁英的脱除上有很明显优势，在同等烟气条件和性能要求下，相同项目上所需的催化剂体积更少。

NOx及二噁英在SCR脱硝催化剂上的脱除取决于以下因素：

●催化剂比表面积，表面面积越大，越有利于NOx及二噁英的脱除

●二噁英由气体向催化剂表面的传质

●二噁英在催化剂微孔中的传质

●催化剂的活性

优美科DNX®催化剂主要活性物质V2O5、WO3的质量百分比保证催化剂有足够的活性催化分解烟气中的NOx及二噁英，小节距、薄壁的特点使DNX®催化剂拥有足够大的比表面积，其独特的“三态微孔”结构有利于NOx、NH3、二噁英由气体向催化剂表面的传质及在微孔中的传质。

3、优美科在烧结行业的经验

优美科公司作为全球优秀催化剂供应商，早在21世纪初就开始与一些知名的工程公司合作研究针对烧结烟气的处理方案。

烧结烟气成分比较复杂，除了NOx和SOx外，还有HCl、HF以及含Fe、Na和K的粉尘。催化剂设计需充分考虑这些对催化剂有毒性的物质以及抑制脱硝反应的因素。优美科采用的是具有三态微孔结构的DNX®催化剂，该催化剂活性高，抗中毒能力强，可以完全适应烧结烟气，并有良好的表现。

SCR的位置也是很重要的一个方面。一种布置是SCR放置在脱硫除尘后，这段烧结烟气烟温较低，低于硫酸氢铵的露点温度，需要升温才能满足长期运行的要求；但这个区间烟尘较低，可以选择比表面积更大的催化剂，且烟尘中使催化剂中毒的物质很少，对催化剂来说更适合。另一种布置是SCR放置在电除尘之后。这段烟温较高，脱硝系统可直接运行；但烟气中尘含量也较高，需选大孔径催化剂，催化剂体积会增加，催化剂失活速率也会增加。

这两种布置方式优美科早在2007年就有了运行业绩，且运行效果良好。

4、宝钢四号烧结机的工艺流程及技术参数

宝山钢铁股份有限公司宝山基地炼铁厂四号烧结机为600m2烧结机。四烧结于2013 年11 月投运，同步建设了半干法循环流化床脱硫装置及除尘装置，脱硫除尘后烧结烟气中SO2含量小于50 mg/Nm3，粉尘浓度小于20 mg/Nm3，当时并未考虑脱硝需求。

SCR烟气脱硝系统由宝钢工程公司设计。当时国内没有类似烧结机脱硝的经验可供参考，经参照国外已有的成功经验，根据已有的设备及现场情况，选择了SCR反应器放置在脱硫除尘系统之后的技术路线。优美科公司反复核算并与宝钢工程充分讨论，确定SCR的反应烟温为280°C。280°C的烟温可以有效的避免硫酸氢铵结露，减少催化剂及下游设备堵塞和腐蚀的风险。

该系统主要由烟气系统、GGH 换热器、加热炉、喷氨系统、SCR催化剂、蒸汽吹灰器等组成。烧结烟气经过静电除尘器和脱硫后，用GGH将烟温升至250°C，再由加热炉将烟温升至280°C，喷氨系统喷入的氨气与NOx经导流板和整流格栅充分混合后，在催化剂表面发生反应。脱硝后的热烟气在GGH与低温烟气换热降温后，经烟囱排入大气。

宝钢四烧脱硝系统工艺流程图

宝钢四号烧结机共设有两个反应器，每台反应器的入口烟气条件如下：

脱硝系统的性能保证如下：

DNX®系列催化剂是优美科公司研发的高效脱硝催化剂，在不同行业有着广泛的应用。

催化剂采用3+1布置，即安装3层催化剂，预留一层催化剂的位置。催化剂采用模块设计，每层6x10布置。模块顶部设有顶部格栅及钢丝网，既可有效防止大颗粒灰尘及其他杂物损坏堵塞催化剂，还可以方便检修。

吹灰系统根据优美科的建议选择的蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰器对安装质量要求较高，但其吹扫干净，无死角等优点，比声波吹灰器更适用于催化剂的清理。

5、催化剂安装

优美科公司提供的DNX®脱硝催化剂于2016年9月在优美科技术工程师现场指导下完成安装。

6、催化剂的运行

宝钢四号烧结机脱硝系统于2016年10月投运，至今已顺利运行近3年。期间经优美科技术人员电话回访及现场检查，催化剂完全满足设计的脱硝效率、二噁英脱除率及氨逃逸要求。2019年6月进入反应器检查，催化剂状态良好，表面清洁，孔道畅通。

运行约20000小时的催化剂表面

NOx出入口数据

经过约20000小时的运行，在控制出口排放的情况下，NOx入口浓度约270mg/Nm3，出口浓度约75mg/Nm3。增加喷氨量后，在保证氨逃逸的情况下，出口NOx浓度还可以降低。

2018年9月，宝钢工程公司取出两块催化剂测试块寄至优美科丹麦实验室，进行了活性及化学成分分析。经测试，所得数据均在预期范围内，催化剂失活速率低于预期。

催化剂活性分析，剩余活性优于预期

化学元素分析，主要数值均在预期范围内

7、结论

经过宝钢四号烧结机脱硝系统近3年的稳定运行，充分证明了SCR脱硝技术完全适用于烧结行业。SCR法也比其他脱硝工艺更加灵活，可以通过增加催化剂用量达到超低排放的要求，而无需进行其他系统改动。

优美科DNX®脱硝催化剂也在该烧结脱硝项目上表现出优异性能。催化剂的化学和物理性能使脱硝系统运行稳定，更强的抗中毒能力使催化剂有更长的寿命，这些都确保了钢铁企业的长期稳定运行，进一步降低生产成本。作为全球优秀催化剂供应商，优美科愿与钢铁企业一起为中国的环保事业贡献自己的力量。

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