转炉煤气锅炉脱硝技术

转炉煤气(LDG)是钢铁生产过程中重要的二次能源,其主要可燃成分为CO(50-70%),热值约1800-2000kcal/Nm³。转炉煤气锅炉NOx原始排放受燃料特性影响较大,脱硝工艺选择需充分考虑气体特性。

一、转炉煤气特性分析

转炉煤气成分:CO 50-70%,CO₂ 15-20%,N₂ 20-30%,H₂ 1-3%;热值约1800kcal/Nm³;理论燃烧温度约2100-2300℃(比高炉煤气高)。NOx原始浓度:300-600mg/Nm³(热力型为主,因燃烧温度高);不含飞灰(气体燃料);SO₂含量极低(取决于炼钢原料)。转炉煤气通常与高炉煤气混合燃烧(BFG+LDG混合煤气,热值约2500-2800kcal/Nm³),作为轧钢或发电锅炉的燃料。

二、脱硝工艺选择

SNCR工艺:转炉煤气锅炉炉膛温度约1100-1300℃,处于SNCR最佳窗口(850-1100℃)上缘,效率约35-45%。以一台75t/h转炉煤气锅炉为例:入口NOx 450mg/Nm³,采用SNCR尿素,设计效率40%,出口约270mg/Nm³。SCR工艺:适用于排放标准严格的场合,但转炉煤气锅炉排烟温度较低(150-200℃),需采用低温催化剂。以100t/h转炉煤气锅炉为例:入口NOx 400mg/Nm³,SCR效率75%,出口≤100mg/Nm³,需采用160-180℃低温催化剂。

三、系统设计要点

SNCR系统设计:喷枪布置在锅炉炉膛出口(屏式过热器区域),温度约950-1100℃;还原剂优先尿素溶液(比氨水更适合转炉煤气烟气)。SCR系统设计:取风位置在空预器后(温度约150-200℃),采用低温Mn-Ce-Ti催化剂;由于转炉煤气几乎无飞灰和SO₂,催化剂几乎无磨损和中毒风险,寿命可达5年以上。

四、转炉煤气锅炉独特问题

CO浓度波动:转炉煤气产生量随炼钢节奏波动,锅炉负荷随之波动(±30%),影响SNCR效率稳定性;需设置CO浓度监测和喷氨量前馈调节。混合煤气比例控制:转炉煤气和高炉煤气混合比例影响燃烧温度和NOx生成量;建议设置煤气配比自动调节系统,根据CO浓度和负荷需求调整配比。间歇性操作:转炉煤气供应有周期性(每炉钢约40分钟),锅炉需配置缓冲气柜或与其他煤气混合使用,保证燃烧稳定。

五、工程案例

案例:江苏某钢铁厂150t/h转炉煤气锅炉(混合煤气:40%转炉煤气+60%高炉煤气)脱硝项目。烟气参数:烟气量150000Nm³/h,入口NOx 380mg/Nm³,排烟温度185℃。工艺:纯SCR低温脱硝。催化剂:160-180℃低温型,2层布置,共120m³。运行结果:出口NOx 80-95mg/Nm³,氨逃逸≤2ppm,催化剂已连续运行24个月无明显失活。

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