SCR法在不锈钢退火酸洗线NOx废气处理中的应用

2012-10-16王亦健金旭芳

制造业自动化 2012年20期

王亦健，金旭芳

(北京机械工业自动化研究所，北京 100120)

0 引言

混酸（氢氟酸和硝酸）酸洗是不锈钢退火酸洗生产线的重要工序之一，但混酸酸洗产生大量的NOx废气，既对人体有害，又严重污染环境，必须经过治理才能排放。目前国内外使用比较广泛的处理方法有干法和湿法两大类，干法有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和吸附法，湿法有吸收法、吸收还原法和络合吸收法等[1]。在综合比较各种方法的优缺点后，我们选择了SCR法来处理混酸的NOx废气。

1 SCR法基本原理

在SCR脱硝过程中，在催化剂的作用和氧气存在的条件下，NH3优先与NOx发生还原反应，而不和烟气中的氧进行氧化反应，把NOx转化为无毒无污染的氮气(N2)和水(H2O)。SCR系统多采用高温催化剂，反应温度在325～430℃。主要化学反应如下：

SCR法的NOx脱除效率高，可维持在70%-90%，而且整个工艺产生的二次污染物质很少。

2 SCR法处理工艺

进入燃烧室，通过燃烧室的烧嘴加热至反应温度，

经过喷淋塔处理过的NOx废气进入热交换器预热，预热后的NOx废气加热后的废气进入内部装有氨气喷头及混合装置的管路。与氨气充分混合后的废气进入SCR反应器进行反应。反应后经SCR出口NOx分析仪对NOx含量进行分析,低于NOx排放标准的废气经换热器换热后由烟囱排出。

废气处理系统采用使用焦炉煤气的烧嘴，燃烧反应温度为：325～430℃。

3 SCR法的主要设备

SCR法废气处理的主要设备有废气排放风机及管路、气液分离器、换热器、燃烧室、混合管道、SCR反应器/催化模块保护系统、液氨汽化及减压装置、排放检测系统和排放烟囱等。

SCR系统图如图1所示。

图1 SCR系统图

4 设备及工艺特点

在SCR工艺中，影响脱除效率的主要因素有反应温度、反应时间、催化剂性能和NH3/NOx摩尔比等。如何使SCR系统处于最大脱除效率，实现各影响因素的最佳工作状态是SCR技术的难度所在。

4.1 反应温度控制

SCR法的反应温度取决于所选用催化剂的种类，每种催化剂都存在催化的最佳温度，因此催化反应只能在一定的温度范围内进行，温度也直接影响反应的进程。

本系统的反应温度为: 325～430℃。SCR系统一共配有4个温度检测点，分别在燃烧室（测量范围300-800℃）、SCR反应器前后各1点（测量范围100-600℃）和废气热交换器出口（测量范围0-600℃）。温度检测均采用耐酸型热电偶。

为及时准确地控制各检测点温度，烧嘴控制与SCR反应器后热电偶实行闭环控制，反应器前热电偶与掺冷风机和气动切断阀实行连锁控制。同时在生产中密切监视SCR反应器前的热电偶温度,确保其在催化模块的温度范围内。

4.2 催化模块保护系统

催化剂在高于400℃的环境里，会发生相变。为防止催化剂相变，在反应器前加冷却风机。利用SCR反应器前温度检测，自动控制冷却风机。当反应器温度高于设定温度时，自动打开冷却管路阀门，启动冷却风机。

4.3 NH3/NOx摩尔比的控制

为准确控制NH3/NOx摩尔比，在SCR的出口配备NOx分析仪，检测排气系统烟囱中NOx含量（≤150mg/Nm3,该数值为用户当地环保标准）。根据检测到的数值，自动控制氨气管路电动流量调节阀，即检测到的NOx含量与氨气的给定量形成闭环控制。

4.4 NaOH预净化技术

由于NOx废气中含有氢氟酸会毒化催化剂，使SCR法最终失效。所以必须先采用NaOH吸收净化技术，将废气中的氢氟酸吸收去除[2]。

4.5 控制洗涤塔循环水的pH值

NOx废气有一定的混酸浓度，对换热器有较大的腐蚀。由于换热器的温度较高，不能采用耐混酸的非金属材料，而金属材料耐混酸的较少，所以只能限制进入换热器的NOx废气的酸浓度。通过检测洗涤后的水的pH值来控制进入换热器的NOx气体的酸浓度，同时洗涤塔的第二级水不采用循环水，以控制洗涤后的水的pH值在4!5之间。这样大大提高了换热器的使用寿命。