鋼鐵行業(yè)是我國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量多年來(lái)穩(wěn)居世界第一，產(chǎn)量占全球一半以上。鋼鐵行業(yè)在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了巨大的環(huán)境污染，其中鋼鐵行業(yè)以焦化和燒結(jié)產(chǎn)生的污染最為嚴(yán)重。
目前主流的燒結(jié)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吸收工藝。其中臭氧氧化吸收技術(shù)電耗高，不適用于煙氣量大的項(xiàng)目；活性炭（膠）協(xié)同脫硫脫硝工藝最大優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝，適用于新建項(xiàng)目；而SCR脫硝技術(shù)流程較短，配置靈活，適用于已建設(shè)有脫硫裝置，僅需增設(shè)煙氣脫硝系統(tǒng)的項(xiàng)目。本文就將重點(diǎn)討論燒結(jié)煙氣采用SCR脫硝工藝應(yīng)該要注意的問(wèn)題。
SCR脫硝的核心設(shè)備是催化劑。采用SCR脫硝工藝要達(dá)到設(shè)計(jì)效率一定要滿足相應(yīng)的速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的要求。（關(guān)于這方面的論述可點(diǎn)擊鏈接：為什么SCR脫硝工程一定要做CFD模擬？）
對(duì)于燒結(jié)煙氣脫硝來(lái)說(shuō)溫度場(chǎng)是十分重要的。在之前的文章中也曾簡(jiǎn)單的提到過(guò)在燃煤機(jī)組上溫度場(chǎng)幾乎是可以天然滿足的。但是對(duì)于燒結(jié)煙氣SCR脫硝項(xiàng)目來(lái)說(shuō)溫度場(chǎng)就需要花費(fèi)精力仔細(xì)設(shè)計(jì)了。
對(duì)于改造項(xiàng)目，無(wú)論之前的脫硫系統(tǒng)是濕法脫硫還是半干法脫硫，當(dāng)采用SCR脫硝的時(shí)候大多數(shù)項(xiàng)目都要采用換熱+補(bǔ)熱的方式來(lái)提高煙氣溫度。如下圖所示：
圖1-燒結(jié)煙氣SCR脫硝流程示意圖
未脫硝的臟煙氣先經(jīng)過(guò)GGH與經(jīng)過(guò)脫硝后的干凈煙氣進(jìn)行換熱，提高臟煙氣的溫度，之后臟煙氣的溫度仍然不能滿足催化劑的要求，因此需要采用熱風(fēng)爐進(jìn)一步補(bǔ)熱，之后煙氣進(jìn)入催化劑與噴入的還原劑進(jìn)行脫硝反應(yīng)。
下面我們以一個(gè)具體案例來(lái)說(shuō)明燒結(jié)脫硝溫度場(chǎng)的問(wèn)題。
某項(xiàng)目煙氣量74萬(wàn)Nm3/h，經(jīng)過(guò)GGH后煙氣平均溫度為230℃，要求將煙氣加熱到280℃然后進(jìn)入催化劑。經(jīng)過(guò)計(jì)算采用高爐煤氣作為熱源，高爐煤氣燃燒的產(chǎn)生的熱煙氣溫度965℃，流量為50280Nm3/h。通過(guò)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(dǎo)入煙道中與冷煙氣混合并在盡可能短的距離內(nèi)讓煙氣溫度盡可能的均勻，便是這個(gè)項(xiàng)目溫度場(chǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
了解脫硝的朋友都知道這個(gè)溫度場(chǎng)的設(shè)計(jì)肯定是需要通過(guò)CFD模擬來(lái)驗(yàn)證和優(yōu)化的。但是燒結(jié)煙氣SCR在做CFD模擬的時(shí)候通常有以下幾個(gè)問(wèn)題需要注意。
首先是GGH出口的溫度，通常我們都是將冷煙氣經(jīng)過(guò)GGH后的出口作為模擬的入口截面，這樣的設(shè)置是沒(méi)有問(wèn)題的。但問(wèn)題在于GGH出口的溫度如何設(shè)置。作者曾經(jīng)看過(guò)有些項(xiàng)目的模擬報(bào)告，在這些模擬中將理論計(jì)算的冷（臟）煙氣側(cè)GGH出口的平均溫度作為模擬入口的溫度條件，并假設(shè)入口的溫度分布均勻，這種設(shè)定是錯(cuò)誤的，和實(shí)際情況差別很大。
我們?cè)谧龉に囉?jì)算的時(shí)候每個(gè)節(jié)點(diǎn)、每個(gè)面都是按照平均的溫度來(lái)考慮的，但是GGH作為一種回轉(zhuǎn)式的機(jī)械，其出口的溫度場(chǎng)并不是均勻，而是隨著旋轉(zhuǎn)方向變化的。如下圖所示：
圖2—GGH的溫度分布
上圖就是GGH廠家提供的溫度參數(shù)，我們可以看到最高溫和最低溫之間有將近40℃的差異，而我們最終的溫度場(chǎng)要求的差異也不過(guò)是±10℃。如果假定GGH出口的煙氣溫度是均勻的，那么可想而知最終模擬結(jié)果與實(shí)際情況偏差有多大了。而正確的溫度調(diào)節(jié)應(yīng)該如下圖所示，溫度沿著旋轉(zhuǎn)方向是逐步變化的，這才能代表GGH出口真實(shí)的溫度場(chǎng)。
圖3-正確的冷側(cè)煙氣在GGH出口的溫度分布
第二，熱煙氣輸入煙道的形式。對(duì)于國(guó)內(nèi)的鋼廠來(lái)說(shuō)高熱值的天然氣和焦?fàn)t煤氣價(jià)值高，用來(lái)加熱煙氣不經(jīng)濟(jì)，因此大多采用熱值比較低的高爐煤氣，這樣一來(lái)燃燒器的尺寸比較大，無(wú)法做成煙道內(nèi)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(nèi)混合均勻，最佳的方式是通過(guò)格柵的形式輸入煙道，另外還需要通過(guò)設(shè)置混合器來(lái)強(qiáng)化冷熱煙氣的混合，只有這樣才有可能在短距離之內(nèi)讓煙氣溫度盡可能的均勻。
圖4-熱風(fēng)格柵
第三，在燃煤機(jī)組溫度場(chǎng)方面，我們只需要關(guān)注最終進(jìn)入催化劑時(shí)的溫度場(chǎng)，而在燒結(jié)煙氣脫硝的溫度場(chǎng)方面，除了關(guān)注最終進(jìn)入催化劑時(shí)的溫度場(chǎng)，我們還需要關(guān)注進(jìn)口煙道的壁板的溫度。
這是因?yàn)橥ǔＮ覀儾捎肣345B作為脫硝進(jìn)出口煙道和反應(yīng)器的材質(zhì)，而Q345B的作為承壓/承重構(gòu)件最高允許使用溫度為400℃，超過(guò)400℃后許用應(yīng)力就急劇下降。而“熱風(fēng)格柵”上游的進(jìn)口煙道局部不可避免存在溫度超過(guò)400℃的區(qū)域。下圖所示的是某項(xiàng)目壁板的溫度。
圖5-煙道壁面的溫度分布圖
所以說(shuō)如果忽略了這個(gè)問(wèn)題，就有可能導(dǎo)致煙道在負(fù)壓的作用下被壓扁。這是因?yàn)殇摬脑诟邷叵略S用應(yīng)力下降，從而導(dǎo)致煙道無(wú)法承受煙道負(fù)壓。
最后，相比常規(guī)的SCR配套有噴氨格柵和混合器，燒結(jié)煙氣SCR煙氣脫硝增加了“熱風(fēng)格柵”和混合器。因而這兩套格柵和混合器要協(xié)同設(shè)計(jì)，確保溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)均能達(dá)標(biāo)。最后我們以一張整體模擬的結(jié)果來(lái)結(jié)束本篇文章。
圖6-燒結(jié)煙氣CFD模擬結(jié)果
