不锈钢酸洗线NOX废气处理工艺及应用探讨

白云燕

(山西太钢工程技术有限公司，山西太原 030009)

摘要:详细介绍了不锈钢酸洗线NOX废气处理的工艺:SCR净化工艺和化学法处理工艺，主要阐述了SCR系统的设计要点与基本设计参数，并对这两种工艺的实际应用进行了比较，得出从环保方面考虑应优先选用SCR净化工艺。

关键词:NOX废气，SCR净化工艺，化学法处理工艺

1 概述

在不锈钢(特殊钢)酸洗线中，通常采用混酸(HF+HNO3)酸洗工艺，具有酸洗速度快，酸洗效果好的优点，混酸酸洗工艺在不锈钢与特殊钢酸洗中广泛使用。在混酸酸洗的过程中，产生大量的NOX废气，具有浓度高的特征，该废气如果不经过适当的净化处理或处理没有实现达标排放，烟囱“黄龙”现象严重，会严重污染环境。氮氧化物是大气主要污染物之一，是造成酸雨和光化学烟雾的主要原因。我国对氮氧化物制定了严格的排放标准，GB 16297-1996大气污染物综合排放标准中规定NOX的最高排放限值为240 mg/m3。目前国内不锈钢酸洗NOX废气净化处理设备主要采用喷雾焙烧工艺(以下简称SCR处理工艺)及化学处理工艺。但由于酸洗NOX废气浓度高，化学处理工艺更多应用于产能较小的生产线而且控制要求非常高，产生的废液也比较难处理;工程实践证明，SCR处理工艺更适合处理高浓度NOX废气，控制系统稳定可靠，是实现NOX废气达标排放的最可靠的技术。目前国内大多数酸洗NOX废气SCR净化设备均是从国外进口，近几年国内也有公司成功开发出了酸洗NOX废气SCR净化设备，并已经成功应用在宝钢、太钢等国内大型不锈钢厂。

2 酸洗NOX废气处理工艺介绍

2.1 SCR处理工艺

2.1.1 SCR处理工艺原理

NOX废气→填料吸收塔→酸雾风机→前置预热器→气—气换热器→燃气预热器→尿素喷入→混合器→SCR反应器→总抽风机→烟囱。

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是指在催化剂的作用下，以NH3作为还原剂，“有选择性”地与废气中的NOX反应并生成无毒无污染的N2和H2O。SCR目前已成为世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种NOX净化处理技术，现在几乎所有的研究都一致认为在典型SCR反应条件下的化学反应式为:

通过使用合适的催化剂，上述反应可以在260℃～350℃的温度范围内进行。反应时，酸洗废气中的NOX和外界喷入的NH3进行反应，可以得到97%以上的脱硝率。在反应过程中，NH3可以选择性地和NOX反应生成N2和H2O，因此反应又被称为“选择性”。

2.1.2 SCR净化工艺设计要点

1).废气洗涤预处理。酸洗NOX废气中含有大量的HNO3，HF等腐蚀性极强的污染物，HNO3，HF具有极强的腐蚀性，特别是HF一旦进入催化剂内，与催化剂内的活性组分(金属与金属氧化物)形成络合物而导致催化剂失效。因此必须对废气进行洗涤预处理，将废气中的HNO3，HF等去除。洗涤塔的设计十分重要，特别是洗涤剂的选择、洗涤液pH值的控制、除雾器设计、喷淋密度的控制等基本设计要素。

2).还原剂的选择。常用的选择性还原剂有三种，即氨水、尿素、纯氨。尿素法是先将尿素固体颗粒完全溶解，然后通过溶液泵输送至SCR反应器内，尿素与水反应生成氨气;氨水法是将20%～25%左右的氨水通过溶液泵输送到SCR反应器内;纯氨法是将液氨汽化减压释放到SCR反应器内。表1是某不锈钢厂设计选择还原剂比较方案。方案比较:氨水方案运行成本高;液氨方案运行成本低，催化反应温度低，不会堵塞，易于维护，投资高，安全措施要求高，有成熟使用业绩;尿素方案运行成本较高，催化反应温度高，易堵塞，难维护，投资低，安全措施要求低，有成熟使用业绩。选择液氨作为还原剂，需建立液氨站与液氨汽化减压系统，液氨站与液氨汽化系统属于压力容器与压力设备，设计必须符合国家相关规范与要求。整套液氨系统必须设置紧急卸氨管线、氨气稀释器、自动喷淋降温系统。液氨站必须配备氨气监测报警仪，报警浓度设置在5 ppm～10 ppm。

表1 三种还原剂综合性能比较表

比较还原剂尿素方案液氨方案氨水方案介质消耗尿素:144 kg/h，360 L/h(40%溶液)天然气:400 Nm3/h压缩空气:200 Nm3/h液氨:82 kg/h(100%)天然气:355 Nm3/h压缩空气:无氨水(20%):410 L/h天然气:395 Nm3/h压缩空气:200 Nm3/h运行成本年运行时间:7 000 h年产量:50 000 t小时产钢管 7.15 t尿素:144 kg/h×1.8 元/kg=259.2 元/h天然气:400×1.82=728 元/h压缩空气:200×0.08=16 元/h合计:1 003.2 元/h吨钢消耗:1 003.2 ÷7.15=140.3 元/t液氨:82 kg/h×3.3 元/kg=270.6 元/h天然气:355×1.82=646.1 元/h合计:916.7 元/h吨钢消耗:916.7 ÷7.15=128.2 元/t氨水(20%):0.377 2 t/h ×1 500元/t=565.8元/h天然气:395×1.82=718.9 元/h压缩空气:200×0.08=16 元/h合计:1 300.7 元/h吨钢消耗:1 300.7 ÷7.15=182 元应温度/℃ 320～330 280～330(同济科蓝260℃)/t催化反310～330维护易堵塞，难维护不会堵塞，好维护会轻度堵塞，较好维护安全措施要求低要求高要求较高注:计算条件为:NOX的入口浓度3 000 mg/Nm3，废气量:90 000 m3/h，40℃选择氨水与尿素溶液作为还原剂，应避免液态水直接接触催化剂，防止催化剂吸水粉化而造成催化剂的堵塞。

3).SCR反应器。在SCR反应器的设计中，最重要的设计参数是反应温度、线速度、氨滑移等。

反应温度是选择催化剂的重要运行参数，催化反应只能在一定的温度范围内进行，反应温度直接影响反应的进程与净化效率，不同活性成分的催化剂具有不同的最佳反应温度;反应温度的不同决定了废气预热的成本，因此选择合适的催化剂对日常运行成本与净化效率影响很大，目前国外应用最多的以V2O5/TiO2为活性组分的催化剂的最佳反应温度区间是280℃～330℃。

废气通过催化剂的线速度直接影响废气与催化剂的接触反应效率，线速度越高，废气在催化剂表面的湍流越剧烈，废气与催化剂接触越充分，净化效果越好;但线速度与系统阻力的平方成正比，线速度每增加1倍，系统阻力就增加4倍，这就增加了系统的运行能耗。因此合理的线速度的选择是需要在效率与阻力之间寻求最佳设计参数匹配。SCR反应器的线速度一般控制在1.0 m/s～1.2 m/s。催化剂层间隔应控制在 100 mm 以上，这样可以在催化剂层间形成气流的二次分布，有效防止局部沟流。

氨滑移是影响SCR系统运行的另一个重要参数，实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射进入系统，反应后在烟气下游多余的氨称为氨滑移，NOX脱除效率随着氨滑移量的增加而增加，在某一个氨滑移量后达到一个渐进值。工程上通过设置在SCR反应器出口的NOX在线监测仪实时调整并控制氨的加入量，氨的过剩系数一般控制在1.1左右(化学当量比)。

2.2 化学法处理工艺

2.2.1 化学法处理工艺原理

NOX废气→填料吸收塔1级(药剂投加)→填料吸收塔2级(药剂投加)→填料吸收塔3(药剂投加)→酸雾风机→烟囱。

化学法应用比较成熟的工艺为某大型不锈钢厂现有两条生产线，化学反应式为:

2.2.2 化学法处理工艺设计要点

1)通过投加NaOH控制pH值在一定的范围。2)通过电位计控制KMnO4或Na2S2O3的投加量。

3 两种处理工艺实际应用对比

表2 两种处理工艺对比表

比较内容 SCR 净化工艺化学法处理工艺评价冷轧不锈钢板单位处理废气量投资/元·m－3 240～450 100～120化学法投资低化学法投资低特钢单位处理废气量投资/元·m－3 120～180 20～25冷轧不锈钢板运行成本/元·t－1 30～35 30～35相当特钢运行成本/元·t－1 120～150 100～120化学法低NOX废气适应浓度/mg·m－3 8 000以上 max2 500 SCR净化工艺适应性好运行稳定性稳定不稳定 SCR 净化工艺稳定维护简单复杂 SCR 净化工艺简单工期 6～7个月 3～4个月化学法工期短

从表2比较可以看出化学法投资低、工期短、适应较低浓度NOX废气处理且稳定性较差;SCR净化工艺投资高、工期较长、适应高浓度NOX废气处理、稳定性好，两种工艺运行成本差别不大。从环保角度讲，设计上应优先考虑SCR净化处理工艺。

信息来源：静电除尘器 脱硫脱硝