钢铁烧结低温SCR脱硝烟囱易冒蓝烟的原因分析

一、前言

我国钢厂烧结低温SCR脱硝装置（工作温度~200℃左右）投运后，往往出现一个很奇怪的现象，就是进入SCR脱硝装置的烟气粉尘及SO2指标均达到了超低排放，烟气经SCR脱硝后的排放NOX指标也达到了超低，但烟囱却很蹊跷地冒着蓝烟。如下图1所示。

烟囱冒蓝烟，说明烟气中一定含有细微颗粒，正如香烟燃烧产生的烟迹。

烟的颜色，是颗粒物对光产生散色所形成的。冒蓝烟，是因为烟气中存在超细亚微米级PM1.0细颗粒，其具有很强的消光效应，导致可见光发生瑞利散射，散射光的强度与光波长的4次方成反比，其中短波长的蓝光散射强度最大。

一般烟气中的PM1.0细颗粒浓度超过5ppm，就会形成肉眼清晰可见的“蓝烟”拖尾。因此，烟囱冒蓝烟，对大气环境质量的危害极大。

二、烧结低温SCR脱硝的“蓝烟”是脱硝逃逸氨与SO3直接反应生成的硫酸盐

我国烧结SCR脱硝一般都放置在烧结烟气脱硫之后，烟气经脱硝装置后，直接排向烟囱。两种典型的工艺流程图如下图2和图3所示。

烧结烟气湿度大，烟气水分含量高。因此，如果脱硝的氨逃逸量大，且烟气中存在SO3，则烟气中就有充分的氨与SO3接触，发生瞬间完成的离子型酸碱中和反应，生成硫酸氢铵。其化学反应方程式为：NH3+SO3+H2O=NH4HSO4

由于硫酸氢铵的粒径只有PM0.1，非常细微，光散色强度极大，只要很小的浓度，肉眼就可观测到。

1. 烧结烟气含有的铁氧化物，具有一定的催化作用，提高了SO2/SO3的转化率（燃煤烟气的SO2/SO3一般为1%，而烧结烟气可达2%~5%）导致烧结烟气初始SO3较高。石灰石石膏湿法脱硫对SO2的脱除率很高，但对SO3的脱除率很低。为此，湿法脱硫后进入SCR的烟气SO3浓度较高。

2. 半干法脱硫工艺先天对SO3具有很高的脱除率，但要保证高SO2脱除率的技术难度较大。如果半干法脱硫装置脱硫率低，脱硫后进入SCR的烟气SO2浓度较高，此时如果催化剂的SO2/SO3转化率高，则SCR反应器内的烟气SO3浓度相应较高。

3. 由于SCR脱硝加热位于烟气脱硫装置之后，为此如果加热所用的煤气含硫较高，则即使前端脱硫装置的脱硫率高，几乎将SO2全部脱除，进入SCR脱硝的烟气仍带有一定量由加热煤气燃烧带来的SO2。此时如果脱硝催化剂的SO2/SO3转化率高，则SCR反应器内的烟气SO3浓度也相应较高。

四、低温催化剂SO2/SO3转化率高和氨逃逸高的原因

众所周知，一般化学反应速率与温度呈正比。SCR催化剂活性同样与工作温度成正比，脱硝工作温度越低，脱硝催化活性也越低。要满足相同的脱硝效率，低温脱硝比中温脱硝需要更大的催化剂体积，这就是为什么无论哪一种烧结脱硝低温催化剂的体积都要比中温催化剂大至少30%的原因。

另外，催化剂厂家为了提高低温催化剂在低温下的脱硝催化活性，基本都是通过大量添加钒含量来实现的。然而，钒在提高催化剂脱硝催化活性的同时，也大幅提高了SO2/SO3转化率。

“脱硝率不够，氨来凑”，通俗地说明了烧结SCR脱硝的技术难度实际是控制氨逃逸。氨逃逸与SCR反应器的流场分布均匀性、喷氨混合均匀性，特别是催化剂的活性，有着密切的关系。

在相同的脱硝率下，催化剂活性越高，氨逃逸越低。

根据“范特霍夫规则”，一般脱硝催化剂工作温度每提高10℃，其催化反应速率提高2~4倍。为此，无论低温催化剂如何过量添加钒，其在低温下的脱硝催化活性都低于中温催化剂。因此，要保证相同的脱硝率，低温SCR的氨逃逸先天会比中温SCR高。

另外，在烧结烟气工况中，氨与SO3反应生成的硫酸氢铵的露点温度一般为260℃。因此，在~200℃的低温脱硝反应温度下，氨与SO3生成的硫酸氢铵均处于冷凝状态，不可避免会有一部分黏附在催化剂表面，堵塞催化剂的微孔，加剧催化剂失活，进而形成恶性循环，导致氨逃逸不断提高。

五、结束语

从上述分析可知，低温SCR脱硝的化学反应速率远低于中温SCR脱硝。要保证相同的脱硝率，低温脱硝的氨逃逸一定高于中温脱硝，且随脱硝率要求的提高而急剧增加。

为提高催化剂在低温下的活性，绝大部分“低温催化剂”均在催化剂中添加了过量的钒，这就导致SO2/SO3转化率大幅提高，相应提高了SCR反应器中烟气的SO3浓度。

由于烧结烟气湿度大，高氨逃逸与SO3，迅速发生酸碱中和反应，生成硫酸氢铵。而由于低温脱硝的温度点~200℃，低于硫酸氢铵的露点温度260℃，为此，低温脱硝所生成的硫酸氢铵均处于冷凝状态，不可避免会有一部分黏附在催化剂表面，这就进一步降低了催化剂活性，导致氨逃逸进一步提高，进而形成恶性循环，使得排向烟囱的烟气中的硫酸氢铵超细颗粒浓度不断增大。

硫酸氢铵属于PM0.1的超细颗粒，光照产生瑞利散射，散射光的强度与光波长的4次方成反比，其中短波长的蓝光散射强度最大，易被肉眼观测到。

这就是钢铁烧结低温SCR脱硝的烟囱易冒蓝烟的原因。