优化脱硝操作工艺，提高脱硝效果

优化脱硝操作工艺，提高脱硝效果
【摘要】SCR法是炼焦行业废气脱硝的一种方法，本文探讨了影响脱硝效果
的因素，主要有脱硝催化剂活性性能因素、生产工艺因素和氨水喷嘴等因素的影响。

生产工艺因素对脱硝效果的影响主要有反应温度、空速、粉尘、氨氮摩尔比
等因素。

氨水喷嘴是脱硝工艺中的关键设备，需要选择合适的孔径和安装距离，
并提出了技术要求。

脱硝催化剂再生是恢复脱硝效果的一个重要手段，它适用于
低温型脱硝催化剂。

通过选择性能优良的低温脱硝催化剂，改善并优化了脱硝操
作工艺条件，选择性能优良的氨水喷嘴，提高了我公司的SCR法脱硝效果。

关键词：SCR法脱硝，低温脱硝催化剂，反应温度、空速、粉尘、氨氮摩尔比，氨水喷嘴，脱硝催化剂再生。

1.前言
炼焦行业在生产过程中会产生的各种废气，这些废气主要包含焦炉烟囱废气、干熄焦废气、装煤和推焦过程产生的废气，这些废气含有SO2、粉尘以及氮氧化
物等物质，影响着生态环境，需要进一步除尘脱硫脱硝脱白等处理，才能排放到
大气环境中。

现在脱硫的技术主要包括半干法脱硫技术、干法脱硫技术、湿法脱
硫技术、小苏打脱硫等，脱硝可行技术主要包括：SCR（选择性催化还原烟气脱硝）、SNCR（非催化还原烟气脱硝）、活性炭（焦）脱硫脱硝一体化技术等【1】，其中脱硝技术SCR应用最多，SCR方法需要补加一部分氨作为还原剂，但是在实
际操作过程中要控制氨逃逸。

由于焦炉生产工艺特点导致焦炉烟气的烟气量和NOx呈现较大的波动状态，
在波动的烟气工况下，既要保证NOx的超低排放，又要满足氨逃逸的排放要求。

依靠SCR脱硝系统去控制，很难保证NOx超低排放。

同时，又时刻保证氨逃逸指标。

基于焦炉烟气SCR脱硝的现状，焦炉烟道气综合治理的工艺路线和关键技术
产品的选择便至关重要。

中鸿煤化公司成立于2009年10月，经过不断创新发展，已成为一家集焦炭、焦油、粗苯、硫酸铵、甲醇、合成氨等产品生产销售、技术推广服务、对外贸易为一体的现代煤化工企业。

作为煤化工企业，煤“头“化“尾”式的产业链模式相对完善，并在科技创新、企业转型绿色发展上打造出了河南省煤化工行业的标杆企业。

目前我公司选择SCR脱硝法除去烟气中的NOX，该方法具有投资低，设备及工艺过程简单，脱除NOX的效率高，无废水和废弃物处理，不易造成二次污染等优点。

用我公司自产的合成氨先处理氮氧化物超标，再处理干熄焦尾气的SO2，生成的硫铵当作化肥，实行了资源的循环利用，也利于热源回收，降低了环保成本。

为了更好的优化脱硝工艺，保证生产运行的长期稳定性，本文特对脱硝工艺进行探讨。

2.SCR脱硝方法的原理【2】
在选择催化还原（SCR）脱除氮氧化物(NOx) 过程中，还原剂氨(NH3)与NOx在催化剂作用下，转化为氮气(N2)和水(H2O)。

主要的化学反应方程式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O （主反应）
6NO+4NH3→5N2+6H2O （副反应）
4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2（副反应）
4NH3+5O2→6H2O+4NO （副反应）
烟气中存在SO2时，发生副反应：
2SO2+O2→2SO3
NH3+ SO3+H2O→NH4HSO4
2NH3+ SO3+H2O→(NH4)2SO4
SO3+H2O→H2SO4
所以，要选择好合适的生产工艺条件和催化剂以及合适的设备促使脱硝
反应生成，减少副反应的生产，使得出口氮氧化物达标同时不发生氨逃逸。

3.影响脱硝效果的因素
影响脱硝效果的因素主要有脱硝催化剂活性性能因素，生产工艺因
素和氨水喷嘴等因素影响。

脱硝催化剂再生是恢复脱硝效果的一个重要手段，它
适用于低温型脱硝催化剂。

3.1 脱硝催化剂性能因素
脱硝催化剂的性能对脱硝反应起着非常重要的作用，需要根据操作条件来选
择不同的脱硝催化剂。

脱硝催化剂的优劣应从脱硝效率、氨逃逸、硫转化率、使
用寿命、床层压差、催化剂组分、机械强度、比表面积、单元尺寸等方面来评判。

在保证脱硝效率的同时，氨逃逸、SO2/SO3转化率及系统阻力等必须同时达到性
能保证指标，保证SCR系统具有正常运行能力。

3.1.1目前SCR的催化剂从组分上来分主要有以下三种：
第一类是Pt-Rh和Pd等贵金属类催化剂，因对NH3有一定的氧化作用，后来逐渐被金属氧化物类催化剂所取代，
第二类是金属离子交换沸石分子筛型，但是工业应用方面还不多。

第三类是金属氧化物类催化剂，主要包括锰基催化剂和以钨-钒-钛
为主要活性物质的催化剂，他们以氨或尿素作为还原剂与NOx在催化剂作用下，
转化为氮气(N2)和水(H2O)。

这两种是目前使用范围最广的脱硝催化剂。

3.1.2 SCR的催化剂从使用温度上来分主要有以下两种：
第一类：高温SCR脱硫剂。

这类主要用在脱销温度300-460℃以上的
电厂，温度高，价格便宜，耐高温。

第二类：低温SCR脱硫剂。

这类主要使用在脱硝温度300℃以下，主
要包含炼焦厂、钢铁厂等，价格贵，对催化剂品质要求很高。

3.1.3 SCR的催化剂从外形结构上来分主要有以下三种：
催化剂形状的设计主要依据选择反应接触面积大、满足SCR脱硝效率、防止
氨逃逸以及防灰堵塞等因素。

目前主要有一下四种形式：1 平板式，2是蜂窝状，3是颗粒状，4、波纹状。

目前用的比较多的是蜂窝状。

选择好的SCR脱硝催化剂，要根据其合适的温度，良好的选择性、较长的使
用寿命和耐高空速等性能综合考虑。

3.2 生产工艺因素对脱硝效果的影响
生产工艺因素对脱硝效果的影响主要体现在反应温度、空速、粉尘、氨氮摩尔比等因素有关。

3.2.1温度对脱硝效果的影响【3】
温度越高越有利于脱除氮氧化物，因为SCR法烟气脱硝是属于气-固相催化
剂反应，温度越高越有利于分子扩散，增加反应速度，使得还原剂（NH3）和NO X
反应更完全。

但是温度超过脱硝催化剂的极限温度时会损坏催化剂物理结构，破
坏催化剂活性，需要更换耐高温型催化剂或者先对气体进行换热处理。

温度越低，反应速度越慢，也会造成氨来不及反应发生氨逃逸，而且还会加
剧副反应的生成。

副反应会产生一些硫酸氢铵等物质，这些物质就粘结在催化剂
的表面，从而将催化剂的微孔和通道堵塞住，使得催化物的有效面积和通道降低，活性降低。

这就需要辅助管线对脱硝系统进行加热或者更换更耐低温的高活性脱
硝催化剂。

粘接比较严重时需要升温对催化剂进行再生反应，严重影响生产。

3.2.2空速对脱硝效果的影响
在较低空速的条件下，有利于NH3和氮氧化物的接触时间，促进反应，
空速较高氨氮混合物接触时间短，来不及反应完全就被带出去，造成氨逃逸。

因而，适宜的空速应控制在6000h-1以内，最好在4000h-1以下，不但确保脱硝效果，也有利于催化剂的使用寿命。

3.2.3粉尘对脱销效果的影响【4】
烟气粉尘过大会粘附在催化剂表面，造成堵塞，减少了NH3与催化剂的接触
面积，粉尘在催化剂表面沉积过多使气流严重紊乱，造成床层阻力最大，这些都
会造成脱硝效率的下降，为了降低出口氮氧化物的含量，加大NH3的供应，又会
造成氨逃逸和副反应硫酸铵的生成，进一步恶化脱硝反应环境。

所以一般要先进
行除尘，将气体中的颗粒物降低到一个合理浓度，在使用期间，对脱硝装置进行
吹灰处理【5】。

3.2.4 氨氮摩尔比对脱销效果的影响【6，7】
经研究表明氨氮比偏低时，脱硝效果受到抑制，随着氨氮比的增加，脱硝效率呈现逐步增加趋势，但是当摩尔比大于1时，脱硝效率增长幅度变缓，
氨水多加，造成氨氮分布不均匀，氨逃逸则相应的逐渐增加，副反应也会发生，SCR脱硝法需要控制一定范围的氨氮摩尔比。

3.3氨水喷嘴对脱硝效果的影响【8】
SCR系统一般由氨储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。

为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量
达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气充分地混合。

因此，氨水喷
嘴是脱硝工艺中的关键设备，它可以将氨水雾化成细小颗粒，而且在极短的时间
内气化，充分和烟气均匀混合进入催化剂床层内，大大地提高了脱硝的效率。

氨水喷嘴质量不好或者选择不当，会造成氨水不雾化或雾化情况不良，个别喷头雾化不均匀等异常情况，导致喷入控制点太少或喷到脱硝塔内某个
断面上的氨分布不均匀，出现分布较高的氨逃逸量。

影响氨水喷嘴雾化效果的因
素很多，其中氨水喷嘴的孔径选择和安装距离非常重要。

孔径太小容易堵塞，太
大形不成良好的雾化，带液严重会和烟气中的二氧化硫生成硫酸盐晶体。

氨水喷
嘴安装距离要根据流体力学特性考虑。

3.3.1氨水喷嘴工作的原理
通过对喷头、混合管的几何形状和尺度、喷嘴几何尺寸、结构形状以
及他们整体对雾化性能的影响，设计出合适的喷嘴系统，同时增加气液两相的相
对速度差以增大气动力，使氨水液滴在较大气动力的作用下，破碎得更细，同时
提高液相喷嘴的出口速度以增强对撞，使相对喷出的液滴在对撞时能够进一步破碎，达到短时间内雾化的目的。

3.3.2氨水喷嘴自身的喷孔孔径选择
大角度孔径覆盖面广，处理的气量比较多，不易于堵塞，小孔径优
点是压力高，冲击力强，但是容易发生堵塞，要根据处理气量负荷大小，选择合
适的孔径。

3.3.3氨水喷嘴之间的安装距离方面
氨水喷嘴之间的安装距离要考虑氨水喷嘴之间的重复部分，一般选
择是喷雾重叠30-40%，在这个重叠范围内还应该是刚好的覆盖住所需要清洗的面。

另外应根据实际污渍清洗程度来选择最适压力，既达到一定的清洗效果，同时还
能兼顾脱硝喷嘴的正常使用寿命。

3.3.4氨水喷嘴的技术要求
1）使用寿命长，耐热耐腐蚀，不易堵塞；
2）设计科学合理，保持良好的雾化效果：
3）节能，节约运行成本。

4）喷嘴安装更换方便快捷，现场操作、维护简单方便，节省维护运行费用。

5）费用低，效率高，可满足各种工况环境的需要。

3.4脱硝催化剂再生
脱硝催化剂再生一般是发生在低温型脱硝催化剂上，由于温度低易发
生副反应，烟气中的SO2与NH3反应生成的硫酸氢铵、硫酸铵等粘性物质大量沉
积在催化剂表面导致催化剂活性降低时，床层阻力增大，脱硝效果满足不了环保
要求，这个时候就需要对脱硝催化剂进行再生操作。

再生操作的具体做法是，关闭烟气进气阀门，并向该区域内通入热
气源，给催化剂进行升温，温度升到能促使硫酸氢铵、硫酸铵等物质受热分解，
这样粘附在催化剂表面的物质全部气化分解掉，脱硝催化剂活性重新恢复，这就
是脱硝催化剂再生。

4.我厂氨水喷嘴安装数据
我公司经过对氨水喷嘴生产厂家考察，结合自身生产工艺条件，选
出了合适的氨水喷嘴厂家，促使了氨水的均匀喷发，避免了氨水供应过剩，最大
化的防止氨逃逸，运行一直很平稳，出口氮氧化物也达到环保的控制要求。

4.1、喷氨格栅安装位置
喷氨格栅位于脱硝反应器进口圆形烟道（直径3300mm）内，共三排，间距500mm，最近一排靠距离脱硝反应器进口10米；
4.2、外形及尺寸
喷氨格栅采用DN50碳钢管现场制作，外圆直径3000mm，中间十字撑，外
圆和十字撑均匀分布直径10mm喷氨孔，其中外圆有50个，十字撑有18个。

4.3、检修与维护
喷氨格栅外圆与十字撑结合点均采用法兰连接，在有喷氨孔堵塞需维
修时，可以快速拆解，不至于脱硝系统整体停车。

5.我厂脱硝工艺的控制指标
我厂根据焦化生产的情况，脱硝工段是控制指标如下：
6.结语与展望
SCR法是目前焦化行业尾气脱硝的一个方法，从我厂运行经验来看，
通过选择性能优良的低温脱硝催化剂，改善工艺操作条件，选择优良的氨水喷嘴，优化了脱硝操作工艺条件，提高了我公司的SCR法脱硝效果。

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