烧结烟气SCR脱硝设计需要注意的问题


钢铁行业是我国重要的支柱产业之一,我国的钢铁产量多年来稳居世界第一,产量占全球一半以上。钢铁行业在推动国民经济发展的同时,也带来了巨大的环境污染,其中钢铁行业以焦化和烧结产生的污染最为严重。

目前主流的烧结烟气脱硝工艺有:SCR脱硝工艺、活性炭(胶)协同脱硫脱硝工艺和臭氧氧化吸收工艺。其中臭氧氧化吸收技术电耗高,不适用于烟气量大的项目;活性炭(胶)协同脱硫脱硝工艺最大优点是可实现同时脱硫脱硝,适用于新建项目;而SCR脱硝技术流程较短,配置灵活,适用于已建设有脱硫装置,仅需增设烟气脱硝系统的项目。本文就将重点讨论烧结烟气采用SCR脱硝工艺应该要注意的问题。

SCR脱硝的核心设备是催化剂。采用SCR脱硝工艺要达到设计效率一定要满足相应的速度场、浓度场和温度场的要求。(关于这方面的论述可点击链接:为什么SCR脱硝工程一定要做CFD模拟?)

对于烧结烟气脱硝来说温度场是十分重要的。在之前的文章中也曾简单的提到过在燃煤机组上温度场几乎是可以天然满足的。但是对于烧结烟气SCR脱硝项目来说温度场就需要花费精力仔细设计了。

对于改造项目,无论之前的脱硫系统是湿法脱硫还是半干法脱硫,当采用SCR脱硝的时候大多数项目都要采用换热+补热的方式来提高烟气温度。如下图所示:

图1-烧结烟气SCR脱硝流程示意图

未脱硝的脏烟气先经过GGH与经过脱硝后的干净烟气进行换热,提高脏烟气的温度,之后脏烟气的温度仍然不能满足催化剂的要求,因此需要采用热风炉进一步补热,之后烟气进入催化剂与喷入的还原剂进行脱硝反应。

下面我们以一个具体案例来说明烧结脱硝温度场的问题。

某项目烟气量74万Nm3/h,经过GGH后烟气平均温度为230℃,要求将烟气加热到280℃然后进入催化剂。经过计算采用高炉煤气作为热源,高炉煤气燃烧的产生的热烟气温度965℃,流量为50280Nm3/h。通过以上的数据可以看出冷烟气温度低、流量大,而热烟气温度高、流量小,且流量差和温度差都很大。如何将热烟气导入烟道中与冷烟气混合并在尽可能短的距离内让烟气温度尽可能的均匀,便是这个项目温度场设计的关键。

了解脱硝的朋友都知道这个温度场的设计肯定是需要通过CFD模拟来验证和优化的。但是烧结烟气SCR在做CFD模拟的时候通常有以下几个问题需要注意。

首先是GGH出口的温度,通常我们都是将冷烟气经过GGH后的出口作为模拟的入口截面,这样的设置是没有问题的。但问题在于GGH出口的温度如何设置。作者曾经看过有些项目的模拟报告,在这些模拟中将理论计算的冷(脏)烟气侧GGH出口的平均温度作为模拟入口的温度条件,并假设入口的温度分布均匀,这种设定是错误的,和实际情况差别很大。