關(guān)于脫硝工程熱風爐排煙溫度設置及材料選擇應用

劉華煊　崔瑞萍　伍雄斌

摘? 要：低溫SCR脫硝，采用熱風爐補燃升溫，提高煙氣溫度，促進SCR脫硝反應進行。研究熱風爐形式選擇、熱風爐排煙溫度的高低，對煙氣輸送管道建設成本及脫硝系統(tǒng)運營成本的影響。了解鋼材和保溫材料性能，根據(jù)鋼材的性能和保溫材料性能，合理選擇鋼材和保溫方式，合理選擇熱風爐及設定熱風爐排煙溫度。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝;補燃升溫;保溫;不銹鋼

前言

2019年4月生態(tài)環(huán)保部等五部委聯(lián)合發(fā)表《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣[2019]35號）中指出，推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放是推動行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、助力打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要舉措。為貫徹落實《政府工作報告》《中共中央國務院關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》《國務院關(guān)于印發(fā)打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃的通知》等有關(guān)要求。

鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機、加熱爐、石灰窯等燃燒煙氣產(chǎn)生NOx、SO2、顆粒物等污染物排放超標。研究鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機、加熱爐、石灰窯煙氣脫硝，通常采用SCR脫硝，即煙氣與氨氣接觸，在催化劑的作用下，達到脫除NOx目標。鋼鐵行業(yè)煙氣溫度通常為80～150℃，為提高脫硝效果，采用提升煙氣溫度，增設熱風爐補燃升溫，促使脫硝反應煙氣溫度達到催化劑較好的催化反應溫度區(qū)間。

焦爐煤氣/高爐煤氣在熱風爐中燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣，溫度1000～1200℃，高溫煙氣輸送與原煙氣混合，降低輸送煙溫，對熱風爐類型選擇、輸送管道材料選型、煙氣溫度設置、運行安全性、運行經(jīng)濟性進行分析。

1 技術(shù)討論分析

熱風爐利用企業(yè)富余的燃氣（如高爐煤氣、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、各種工業(yè)尾氣等）提供補燃，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣摻到主煙管中，提升煙氣溫度，達到SCR脫硝催化劑所需要的適宜溫度。熱風爐有2種形式，一種為直燃式，另一種為外置式。

直燃式熱風爐，燃氣在煙道內(nèi)設置的燃燒筒內(nèi)直接燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣溫度在1000～1200℃，助燃風機分一部分冷空氣冷卻燃燒筒，使燃燒筒周圍煙氣溫度控制在燃燒筒設備材料耐受溫度以內(nèi)運行，但煙氣溫度仍然過高，而煙道材質(zhì)通常為普通碳鋼材質(zhì)，其耐溫～350℃，運行中依靠煙道內(nèi)的低溫煙氣及時將熱風爐高溫煙氣帶走，以確保熱風爐周邊煙道壁板溫度不高于板材的耐溫，保證運行安全。直燃式熱風爐對設計、安裝及運行要求挺高，需要合理的設計熱風爐的布置及監(jiān)測、嚴格合理的安裝熱風爐，并嚴格執(zhí)行操作規(guī)程運行，方能保證熱風爐安全運行，否則容易燒穿煙道，造成安全事故。熱風爐布置在扁平煙道處，混風均勻性差。

外置式熱風爐，煙氣在爐膛內(nèi)燃燒，燃燒室采用耐高溫材料砌筑，為燃料在其中充分的燃燒提供足夠的空間，材質(zhì)上充分考慮燃燒時的耐高溫性能以及煙氣腐蝕。燃燒室前布置補風環(huán)，從摻混風機引來的一部分空氣/低溫煙氣進入補風環(huán)，沿爐壁平行進入熱風爐，極大保護了熱風爐耐火層的同時維持了燃燒室燃燒溫度，使熱風爐出口能達到所需目標溫度的同時保證了最穩(wěn)定的燃燒氛圍。外置式熱風爐，產(chǎn)生的高溫煙氣，選用合適的耐溫材料，經(jīng)主管道輸送至煙道附近，再由多個分支管道輸送進脫硝入口扁平的煙道內(nèi)，分支管道均勻布置在煙道上，用以保證煙道各處熱煙氣分布均勻。熱風分布管見圖1，煙氣熱量模擬見圖2。

根據(jù)以上各材料的用途和耐溫條件，用于熱風爐煙氣輸送，可將熱風爐出口煙氣溫度調(diào)節(jié)為3個溫度等級，分別為350℃、600℃、800℃。350℃采用Q235B或Q355B材料管道，600℃采用304或316L不銹鋼材料管道，800℃采用310S不銹鋼材料管道。

以上三種設想，結(jié)合滄州雙膛窯脫硝工程熱風爐管道布置，分析管道選型，建設成本。

一定量的煙氣，補燃升溫40℃，所需要吸收的熱量是一定的?？刂茻犸L爐出口管道煙氣溫度，是由熱風爐摻混的空氣量多少決定，進而影響熱風爐出口煙氣量、管道大小、焦爐煤氣耗量、催化劑耗量、反應器截面大小等。故高溫煙氣溫度越高，混合的空氣量越少，反應器選型小，燃燒的煤氣量越少，熱風爐越節(jié)能。

高溫煙氣，采用310S不銹鋼管道+硅酸鋁巖棉輸送煙氣，亦可以采用耐高溫內(nèi)保溫材料+普通碳鋼材料制作。

根據(jù)以上材料性能，均能滿足熱風爐出口煙氣溫度要求，控制煙氣溫度800℃，材質(zhì)耐溫安全，材料使用壽命能夠延長，且留有一定的安全裕量，故控制煙溫800℃以內(nèi)為宜。

2 經(jīng)濟分析

熱風爐出口高溫煙氣，設定溫度不同，對設備選型均有影響，根據(jù)溫度不同，探討各種設定條件的建設成本，如下：

由以上對比看出，煙氣溫度變化，影響反應器選型、催化劑量大小、管道建設成本、保溫成本等，其中最主要影響催化劑量變化， 造成建設成本變化，溫度越高，建設成本偏低， 每3年需更換一次催化劑，應盡可能提高煙氣溫度，可降低建設成本。

設定800℃排煙溫度，選用310S不銹鋼+硅酸鋁巖棉、碳鋼+陶瓷纖維板+澆注料兩種設定條件建設成本對比，如下：

由以上對比看出，310S不銹鋼+硅酸鋁巖棉、碳鋼+陶瓷纖維板+澆注料兩種方式，建設成本有略微差異，相差較小。

根據(jù)熱風爐出口煙氣溫度變化，研究溫度變化與煤氣耗量、電耗量、運行成本的關(guān)系曲線：

由煙溫變化引起煤氣耗量、風機功率、年運行成本變化曲線可知，最主要是煤氣耗量造成的成本變化最大，熱風爐出口煙氣溫度越高，消耗的煤氣耗量急劇下降，煤氣運行成本越低。

綜合考慮建設成本和運營成本分析，煙氣溫度越高，建設成本和運行成本均降低，運營成本顯著下降，提高溫度越高，節(jié)能效果越明顯。

3 工程應用

我司滄州2個項目，煙氣輸送管道煙氣溫度均控制在800℃以內(nèi)，分別采用兩種方案實施，碳鋼+陶瓷纖維板+澆注料，310S不銹鋼管道+硅酸鋁巖棉保溫。

軋鋼廠熱風輸送管道采用碳鋼管內(nèi)襯陶瓷纖維板和澆注料。施工過程，管道內(nèi)布置Z型304錨鉤錯列方陣布置，隔熱層鋪設陶瓷纖維板并錨固，工作層焊接龜甲網(wǎng)，再涂抹陶粒輕質(zhì)保溫澆注料，最后將工作層涂抹莫來石質(zhì)耐火保溫澆注料。雙膛窯熱風輸送管道采用310S不銹鋼鋼管，外裹硅酸鋁巖棉保溫。

熱風爐出口煙氣溫度均控制在800℃以內(nèi)，軋鋼廠脫硝工程熱風管道過1年多運行，項目運行良好，現(xiàn)場檢修觀察，澆注料完整無裂痕。雙膛窯輸送管道輕盈，支架設置較方便，經(jīng)過半年運行，一切正常。

結(jié)語

綜合技術(shù)、安全運行、經(jīng)濟性能、工程應用效果，熱風爐采用外置式，布置地面或空場地，采用高溫煙氣輸送，煙氣溫度越高越好，受材料耐溫限制，煙氣溫度控制800℃為宜，管道采用碳鋼管道+陶瓷纖維板+澆注料或310S不銹鋼管+硅酸鋁巖棉保溫均可，工程建設成本低，長期運行成本低，且運行成本遠小于建設成本，使用效果較好，能夠保證機組正常運行。

參考文獻：

[1]李世柳 《石油化工常用鋼材性能》 1997-03-014.

[2]生態(tài)環(huán)保部等五部委 《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》 2019年4月.

第一作者簡介：劉華煊，男，江西九江人，工程師，從事節(jié)能環(huán)保工程的設計工作.