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低溫SCR技術(shù)在治理酸洗廢氣中的應(yīng)用

文檔作者：閻震文檔來(lái)源：上海浦東發(fā)展集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月12日
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冶金動(dòng)力
METALLURGICAL POWER 2015 年第5 期
總第183 期
低溫SCR 技術(shù)在治理酸洗廢氣中的應(yīng)用
閻震
(上海浦東發(fā)展集團(tuán)有限公司，上海200127)
【摘要】介紹了酸洗廢氣的產(chǎn)生機(jī)理、與燃煤煙氣的區(qū)別以及現(xiàn)有處理方法等，其中SCR 法具有脫硝效
率高、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，逐步被鋼鐵企業(yè)所使用。但是由于SCR 廢氣處理系統(tǒng)多沿用燃煤煙氣的處理工藝，存
在運(yùn)行成本高以及處理效果無(wú)法滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)等缺點(diǎn)，需要對(duì)催化劑以及還原劑進(jìn)行優(yōu)化。采用新的低溫
催化劑和液氨作為還原劑后，不僅運(yùn)行費(fèi)用有所降低，而且氮氧化物排放濃度低于新標(biāo)準(zhǔn)要求。
【關(guān)鍵詞】酸洗廢氣；SCR；液氨；低溫催化劑
【中圖分類號(hào)】X784 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1006-6764(2015)05-0016-03
Application of Low Temperature SCR Technology in
Treatment of Waste Gas from Pickling
YAN Zhen
(Shanghai Pudong Development Group Co., Ltd., Shanghai 200127, China)
【Abstract】The generating mechanism of the waste gas from pickling, the difference between
waste gas from pickling and coal flue gas and existing treatment methods were introduced.
The SCR method has been gradually adopted by steel enterprises for its advantages of
high efficiency in removing NOX and stable operation. As the SCR waste gas treatment system
mostly made use of the conventional treatment process for old coal flue gas, however, it has
the disadvantages of high operating cost and the treatment results falling short of new emission
standard, which make it necessary to optimize the catalysts and reductants. After using a
new-type low temperature catalysts and liquid ammonia as the reductants, the operation cost
has been reduced and the discharged concentration of NOX has also been below the new
standard.
【Key words】waste gas from pickling; SCR; liquid ammonia; low temperature catalysts
1 前言
不銹鋼在生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免的要經(jīng)過(guò)退火、
正火、淬火等加工過(guò)程，表面通常會(huì)產(chǎn)生黑色的致密
氧化皮，不僅影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，也會(huì)對(duì)其后續(xù)加
工產(chǎn)生不利的影響，因此采用酸洗、拋光等表面處理
方法將其去除。混酸（氫氟酸和硝酸）酸洗技術(shù)具有
成本低、效率高以及處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于
不銹鋼表面處理工作，但該工藝會(huì)產(chǎn)生高濃度氮氧
化物以及含酸氣體需要處理。酸洗工藝產(chǎn)生的氮氧
化物主要是NO 和NO2 的混合物，用NOX 表示。NOX
是導(dǎo)致PM2.5 形成的因素之一，還是酸雨形成的主要
污染物，對(duì)人體、建筑以及臭氧層具有極大的危害。
隨著不銹鋼產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，酸洗廢氣的處理問(wèn)題
已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1-4]。
2 酸洗廢氣的產(chǎn)生[5-6]
采用混酸酸洗不銹鋼或特鋼時(shí)，酸溫一般在
20~60 ℃左右，氫氟酸質(zhì)量比濃度在5%~10%左右，
硝酸濃度質(zhì)量比在10%~20%左右（根據(jù)酸洗鋼種進(jìn)
行調(diào)整）。酸液中的硝酸不僅與氧化皮發(fā)生反應(yīng)生成
硝酸鹽和水，還會(huì)與金屬基體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硝
酸鹽和氫氣：
M2On+2nHNO3→2M（NO3）n+nH2O
M+2nHNO3→2M（NO3）n+nH2↑
由于硝酸具有很強(qiáng)的氧化能力，在上述反應(yīng)過(guò)
程中，硝酸可被還原，其還原程度主要取決于硝酸溶
液本身的濃度和與其發(fā)生反應(yīng)的還原劑的活潑性，
通常認(rèn)為，濃硝酸一般被還原成NO2，而稀硝酸則容
易被還原成NO，因此，在硝酸酸洗不銹鋼或特鋼時(shí)
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還會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：
M+nHNO3+nH+→nNO2↑+Mn++nH2O
3M+nHNO3+3nH+→nNO↑+3Mn++2nH2O
3HNO2→nNO↑+HNO3+H2O
2HNO3+NO→3NO2↑+H2O
在反應(yīng)過(guò)程中，部分氫氟酸和硝酸會(huì)氣化成氟
化氫氣體和硝酸氣體，隨著氮氧化物和氫氣組成酸
洗廢氣排放到環(huán)境中。
3 酸洗廢氣的處理[7-10]
酸洗廢氣中的污染物主要包括氫氟酸氣體、硝
酸氣體以及氮氧化物等，其中氟化氫氣體和硝酸氣
體可在噴淋塔中用水或堿液進(jìn)行吸收，工藝簡(jiǎn)單而
有效；氮氧化物處理難度較高，是處理酸洗廢氣的重
點(diǎn)。
氮氧化物的治理方法有很多，可以分為干法和
濕法兩大類，其中干法包括還原法、催化分解法、吸
附法以及等離子體活化法等，濕法包括水吸收法、稀
硝酸吸收法、氧化吸收法以及生物法等。目前被廣泛
用于處理酸洗廢氣的工藝主要有選擇性催化還原法
（SCR）和氧化吸收法兩種。其中氧化吸收法具有投
資少、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是存在系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜、
運(yùn)行不穩(wěn)定以及處理高濃度廢氣時(shí)效果不理想等缺
點(diǎn)，而且氧化吸收法還需要處理大量的吸收液；SCR
法雖然投資較大，運(yùn)行成本較高，但處理效果穩(wěn)定，
設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，并且可處理高濃度的酸洗廢氣。因此
SCR 法逐步被鋼鐵企業(yè)所接受，正逐步成為酸洗廢
氣的主要處理工藝。
表1 兩種方法的比較
4 SCR 法簡(jiǎn)介及存在問(wèn)題
4.1 SCR 法簡(jiǎn)介[8-10]
SCR 是選擇性催化還原法(Selective Catalytic
Reduction)的縮寫(xiě)，是指在催化劑的作用下，以NH3
作為還原劑，有選擇性地和廢氣中的NOX 發(fā)生反應(yīng)
生成N2 和H2O，反應(yīng)原理如下：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
4NH3+6NO→5N2+6H2O
SCR 法的發(fā)明權(quán)屬于美國(guó), 但由日本率先進(jìn)行
商業(yè)化，1975 年日本Shimoneski 電廠建立了第一個(gè)
SCR 廢氣處理系統(tǒng)的示范工程，從此SCR 處理系統(tǒng)
在處理電站排放的燃煤煙氣中得到了廣泛的應(yīng)用。
由于其優(yōu)異的處理效果，近些年來(lái)逐步用于處理酸
洗廢氣。2004 年寶鋼特鋼有限公司引進(jìn)了一套SCR
法廢氣處理系統(tǒng)， 該系統(tǒng)用氨水作為還原劑，
V2O5-TiO2 作為催化劑，其反應(yīng)溫度控制在350 ℃
左右，處理效果基本達(dá)到240 mg/m3 排放要求。
4.2 存在問(wèn)題
現(xiàn)有用于處理酸洗廢氣的SCR 系統(tǒng)多沿用燃
煤廢氣處理裝置的設(shè)計(jì)，采用V2O5-TiO2 型催化劑，
反應(yīng)溫度控制在350 ℃左右。但酸洗廢氣和燃煤廢
氣存在較大差異，酸洗廢氣中污染因子濃度受酸液
溫度和濃度、酸洗速度以及酸洗鋼種等因素影響，與
燃煤煙氣相比具有溫度低、NOX 濃度高，NOX 氧化度
高以及含塵量低等特點(diǎn)，詳見(jiàn)表2。
表2 酸洗廢氣與燃煤煙氣的區(qū)別
因此用于處理燃煤廢氣的SCR 廢氣處理系統(tǒng)
存在如下問(wèn)題：
（1）能源消耗多
燃煤廢氣溫度在320~450 ℃，不需要消耗多余
能源，就可以滿足型催化劑最佳活性的要求?？墒撬?
洗廢氣的溫度普遍在60 ℃以下，盡管通過(guò)熱交換
可以提高到210 ℃左右，但仍然需要將廢氣溫度提
高到350 ℃最佳反應(yīng)溫度，從而需要消耗大量的天
然氣進(jìn)行加熱，能源成本較高。
（2）催化劑使用成本高
在現(xiàn)有SCR 廢氣處理系統(tǒng)中，常用催化劑是
V2O5-TiO2 型，該催化劑是針對(duì)燃煤煙氣含飛灰和
SO2 特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，多為蜂窩式，節(jié)距較大。其更換成
本較高，一方面需要支付新催化劑的采購(gòu)費(fèi)用，另一
方面由于催化劑中含有V2O5 等成份，報(bào)廢后需按危
險(xiǎn)廢物處置，處理成本較高。
（3）還原劑效果差
參數(shù)酸洗廢氣燃煤煙氣
廢氣溫度20~60 ℃ 320~450 ℃
含塵量與周邊環(huán)境相當(dāng)30~60 g/m3
NOX 濃度1500 mg/m3(最高可達(dá)20000 mg/m3) 450 mg/m3
其他組分HF、HNO3、H2 等SOX、CO、CmHn 等
NOX 氧化度50%（最高可達(dá)90%） 10%以下
對(duì)比內(nèi)容SCR 工藝氧化吸收
投資高低
運(yùn)行費(fèi)用高低
氮氧化物濃度限制8000 mg/m3 以上2500 mg/m3 以下
穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定
效率90%以上80%左右
氧化度要求無(wú)要求>50%
后續(xù)處理要求無(wú)吸收液需要處理
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氨水具有采購(gòu)成本低、配套設(shè)備簡(jiǎn)單以及安全
性較好等優(yōu)點(diǎn)。但在處理酸洗廢氣時(shí)，氨水會(huì)分解成
氨氣和水，不僅增加天然氣的消耗，同時(shí)會(huì)因水蒸汽
吸收了廢氣中的其他污染因子并凝結(jié)在催化劑表
面，對(duì)催化劑進(jìn)行腐蝕和降低其活性，從而影響氮氧
化物處理效果。
（4）效率有待提高
2012 年6 月27 日國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《軋
鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28665-2012）中規(guī)
定：從2015 年1 月1 日起鋼鐵企業(yè)酸洗機(jī)組氮氧化
物排放濃度需要控制在150 mg/m3 以下，比原標(biāo)準(zhǔn)
提高了90 mg/m3。用氧化吸收法處理酸洗廢氣很難
達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)，原SCR 廢氣處理系統(tǒng)在處理高
濃度氮氧化物氣體時(shí)也有超標(biāo)的現(xiàn)象。
5 改進(jìn)措施及效果
5.1 改進(jìn)措施
現(xiàn)有SCR 廢氣處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要通過(guò)
兩個(gè)方面解決：使用新的低溫催化劑以及用高效的
還原劑。
（1）更換新型催化劑
催化劑是SCR 酸洗廢氣處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵部
分，不僅采購(gòu)成本較高，而且其成分組成、結(jié)構(gòu)、壽命
以及相關(guān)參數(shù)都將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的處理效果和
運(yùn)行情況。目前全球很多專家致力于研究一種新的
高效、耐用、低能耗的催化劑。近期某公司采用揮發(fā)
誘導(dǎo)自組裝法，用蜂窩陶瓷為載體，將含稀土金屬等
的催化活性成分和過(guò)度金屬元素負(fù)載到蜂窩陶瓷的
表面，從而增加催化劑的活性，使最佳反應(yīng)溫度降低
到150~170 ℃。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)，該款催化劑更適用于處理酸洗廢氣，
不僅天然氣消耗量大幅降低，若配合液氨脫硝效率
也有所提高。該催化劑存國(guó)產(chǎn)，采購(gòu)和處置成本均大
幅降低。
表3 催化劑綜合性能比較表
（2）液氨為還原劑
雖然可與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)的還原劑有很多
種，但是含氨基的還原劑因技術(shù)成熟、成本低等原因
被廣泛使用。目前含氨基的還原劑主要有三種選擇：
液氨、氨水以及尿素。液氨是三種氨基還原劑中采購(gòu)
成本最高、投資最大、安全防護(hù)要求最為嚴(yán)格的一
個(gè)，但相比其他含氨基的還原劑而言，液氨具有運(yùn)行
費(fèi)用低，處理效果好，對(duì)催化劑影響小等優(yōu)點(diǎn)，是新
標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后SCR 酸洗廢氣處理系統(tǒng)首選還原劑。
表4 三種還原劑比較
5.2 改進(jìn)后效果
改進(jìn)后的SCR 酸洗廢氣處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，氮
氧化物最高排放濃度低于150 mg/m3，滿足新的排
放標(biāo)準(zhǔn)。能源成本也大幅下降，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約能源
消耗60 萬(wàn)m3，節(jié)約能源成本125.4 萬(wàn)元。
表5 改進(jìn)后氮氧化物排放情況
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收稿日期：2014－05－26
收到修改稿日期：2015－03－12
作者簡(jiǎn)介：閻震（1981-），男，2004 年畢業(yè)于上海理工大學(xué)環(huán)境工程
專業(yè)，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境管理及廢氣處理。
名稱平均風(fēng)量
/m3·h-1
平均排放濃度
/mg·m-3
最高排放濃度
/mg·m-3 新排放
標(biāo)準(zhǔn)
/mg·m-3
改造前改造后改造前改造后
SCR 酸洗廢氣
處理系統(tǒng)11333 133 96 195 137 150
催化劑
類型活性成分最佳反應(yīng)溫度
/℃
孔隙率
/%
節(jié)距
/mm
凈化效率
/%
原催化劑V2O5、TiO2 350 95 5.00 95
新催化劑稀土金屬氧化物160 95 2.67 97
還原劑優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
純氨對(duì)催化劑影響??；脫硝效率最
高；運(yùn)行成本低
采購(gòu)價(jià)格高；初始投資大；存
儲(chǔ)和安全防護(hù)要求高
氨水采購(gòu)方便，價(jià)格便宜；常壓存
儲(chǔ)；初始投資小
運(yùn)行成本較高；存儲(chǔ)和安全防
護(hù)有一定要求；易粉化催化劑
尿素
采購(gòu)方便，價(jià)格適中；無(wú)害；存
儲(chǔ)和安全防護(hù)要求低；初始投
資小
運(yùn)行成本較高；易粉化催化劑
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