燒結煙氣SCR脫硝設計需要注意的問題

燒結煙氣SCR脫硝設計需要注意的問題鋼鐵行業(yè)是我國重要的支柱產業(yè)之一，我國的鋼鐵產量多年來穩(wěn)居世界第一，產量占全球一半以上。鋼鐵行業(yè)在推動國民經(jīng)濟進展的同時，也帶來了巨大的環(huán)境污染，其中鋼鐵行業(yè)以焦化和燒結產生的污染最為嚴峻。目前主流的燒結煙氣脫硝工藝有：SCR脫硝工藝、活性炭（膠）協(xié)同脫硫脫硝工藝和臭氧氧化汲取工藝。其中臭氧氧化汲取技術電耗高，不適用于煙氣量大的項目；活性炭（膠）協(xié)同脫硫脫硝工藝最大優(yōu)點是可實現(xiàn)同時脫硫脫硝，適用于新建項目；而SCR脫硝技術流程較短，配置敏捷，適用于已建設有脫硫裝置，僅需增設煙氣脫硝系統(tǒng)的項目。本文就將重點爭論燒結煙氣采納SCR脫硝工藝應當要留意的問題。SCR脫硝的核心設備是催化劑。采納SCR脫硝工藝要達到設計效率肯定要滿意相應的速度場、濃度場和溫度場的要求。（關于這方面的論述可點擊鏈接：為什么SCR脫硝工程肯定要做CFD模擬？）對于燒結煙氣脫硝來說溫度場是非常重要的。在之前的文章中也曾簡潔的提到過在燃煤機組上溫度場幾乎是可以自然?滿意的。但是對于燒結煙氣SCR脫硝項目來說溫度場就需要花費精力認真設計了。對于改造項目，無論之前的脫硫系統(tǒng)是濕法脫硫還是半干法脫硫，當采納SCR脫硝的時候大多數(shù)項目都要采納換熱+補熱的方式來提高煙氣溫度。如下圖所示：<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011128293095.jpg”alt=“微信圖片_20191122090135.jpg”width=“292”height=“349”/圖1-燒結煙氣SCR脫硝流程示意圖未脫硝的臟煙氣先經(jīng)過GGH與經(jīng)過脫硝后的潔凈煙氣進行換熱，提高臟煙氣的溫度，之后臟煙氣的溫度仍舊不能滿意催化劑的要求，因此需要采納熱風爐進一步補熱，之后煙氣進入催化劑與噴入的還原劑進行脫硝反應。下面我們以一個詳細案例來說明燒結脫硝溫度場的問題。某項目煙氣量74萬Nm3/h，經(jīng)過GGH后煙氣平均溫度為230℃，要求將煙氣加熱到280℃然后進入催化劑。經(jīng)過計算采納高爐煤氣作為熱源，高爐煤氣燃燒的產生的熱煙氣溫度965℃，流量為50280Nm3/h。通過以上的數(shù)據(jù)可以看出冷煙氣溫度低、流量大，而熱煙氣溫度高、流量小，且流量差和溫度差都很大。如何將熱煙氣導入煙道中與冷煙氣混合并在盡可能短的距離內讓煙氣溫度盡可能的勻稱，便是這個項目溫度場設計的關鍵。了解脫硝的伴侶都知道這個溫度場的設計確定是需要通過CFD模擬來驗證和優(yōu)化的。但是燒結煙氣SCR在做CFD模擬的時候通常有以下幾個問題需要留意。首先是GGH出口的溫度，通常我們都是將冷煙氣經(jīng)過GGH后的出口作為模擬的入口截面，這樣的設置是沒有問題的。但問題在于GGH出口的溫度如何設置。作者曾經(jīng)看過有些項目的模擬報告，在這些模擬中將理論計算的冷（臟）煙氣側GGH出口的平均溫度作為模擬入口的溫度條件，并假設入口的溫度分布勻稱，這種設定是錯誤的，和實際狀況差別很大。我們在做工藝計算的時候每個節(jié)點、每個面都是根據(jù)平均的溫度來考慮的，但是GGH作為一種回轉式的機械，其出口的溫度場并不是勻稱，而是隨著旋轉方向變化的。如下圖所示：<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011128292939.jpg”alt=“微信圖片_20191122090145.jpg”width=“688”height=“308”/圖2—GGH的溫度分布上圖就是GGH廠家供應的溫度參數(shù)，我們可以看到最高溫柔最低溫之間有將近40℃的差異，而我們最終的溫度場要求的差異也不過是±10℃。假如假定GGH出口的煙氣溫度是勻稱的，那么可想而知最終模擬結果與實際狀況偏差有多大了。而正確的溫度調整應當如下圖所示，溫度沿著旋轉方向是逐步變化的，這才能代表GGH出口真實的溫度場。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011128298901.jpg”alt=“微信圖片_20191122090206.jpg”width=“904”height=“607”/圖3-正確的冷側煙氣在GGH出口的溫度分布其次，熱煙氣輸入煙道的形式。對于國內的鋼廠來說高熱值的自然?氣和焦爐煤氣價值高，用來加熱煙氣不經(jīng)濟，因此大多采納熱值比較低的高爐煤氣，這樣一來燃燒器的尺寸比較大，無法做成煙道內置式，只能是高爐煤氣在外置的燃燒器中燃燒后在將熱煙氣送入煙道與冷煙氣混合。冷熱煙氣溫度差很大、流量差也很大，要在短距離內混合勻稱，最佳的方式是通過格柵的形式輸入煙道，另外還需要通過設置混合器來強化冷熱煙氣的混合，只有這樣才有可能在短距離之內讓煙氣溫度盡可能的勻稱。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011128292012.jpg”alt=“微信圖片_20191122090222.jpg”width=“880”height=“484”/圖4-熱風格柵第三，在燃煤機組溫度場方面，我們只需要關注最終進入催化劑時的溫度場，而在燒結煙氣脫硝的溫度場方面，除了關注最終進入催化劑時的溫度場，我們還需要關注進口煙道的壁板的溫度。這是由于通常我們采納Q345B作為脫硝進出口煙道和反應器的材質，而Q345B的作為承壓/承重構件最高允許使用溫度為400℃，超過400℃后許用應力就急劇下降。而“熱風格柵”上游的進口煙道局部不行避開存在溫度超過400℃的區(qū)域。下圖所示的是某項目壁板的溫度。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011128306662.jpg”alt=“微信圖片_20191122090242.jpg”width=“488”height=“290”/圖5-煙道壁面的溫度分布圖所以說假如忽視了這個問題，就有可能導致煙道在負壓的作用下被壓扁。這是由于鋼材在高溫下許用應力下降，從而導致煙道無法承受煙道負壓。最終，相比常規(guī)的SCR配套有噴氨格柵和混合器，燒結煙氣SCR煙氣脫硝增加了“熱風格柵”和混合器。因而這兩套格柵和混合器要協(xié)同設計，確保溫度場和濃度場均能達標。最終我們以一張整體模擬的結果來結束