氟塑料换热器在烧结烟气SCR后置脱硝工艺中的应用

跟着超低排放技术在电力工作的广泛，我国大气污染避免关键现已从电力工作向非电工作改动。2018年我国粗钢产量居世界第一，为9.28亿吨，占全球总产量的51.32%。我国的钢铁出产以长流程为主，包含了烧结、球团、焦化、高炉、转炉和轧钢等多个高能耗工艺环节，工作出产工序多、污染品种杂、排放总量达的特征，使得钢铁企业成为大气污染减排关键工作。

在钢铁工作中，烧结、球团和焦化工序是高能耗、高排放环节。其间烧结工序的能耗占钢铁企业总能耗的约15%左右，烧结机烟气的污染物排放方针也占到了钢铁企业总污染排放方针的70%左右。国家环保部在2012年6月就发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准（GB28662-2012）》，随后在2019年4月生态环境部联合各部委发布《关于推动实施钢铁工作超低排放的定见》（环大气[2019]35号），将烧结（球团）烟气中污染物的排放限值设定为10、35、50 mg/Nm³，根本和电力工作的超低排放标准一起。超低排放限值的出台推动了钢铁工作超低排放技术的晋级，基于“多污染物协同控制”和“全过程耦合”的理念下，诞生了多种覆盖烧结、球团、焦化、高炉等工序的超低排放办理技术。

在烟气余热回收运用和换热过程中，许多的硫化物、HF、Cl-、硝酸根离子对传热界面的介质具有激烈的腐蚀性，当烟气温度低于露点温度时，腐蚀性物质与烟气中的金属离子在水的效果下，极易构成盐类化合物，板结在换热器表面，增大阻力，并增加检修频率。氟塑料换热器是一种选用聚四氟乙烯（PTFE）制作换热界面的新式高效管式换热器，其继承了聚四氟乙烯（PTFE）不腐蚀、不结垢、表面光滑易清洗、耐温功用好、运用寿数长等特征，可长期安稳工作在低温烟气环境中。本文将侧重评论将氟塑料换热器运用在烧结（球团）烟气后置脱硝工艺中的优势，并评论选用新式氟塑料换热器在腐蚀性环境下的工艺优化。

1 烧结烟气超低排放技术

1.1烧结烟气的特征

烧结烟气的发生、形状和污染物的来源不同于燃煤锅炉烟气。烧结烟气中的硫、氮等污染物不只源于燃料的S、N含量和焚烧过程中的工况条件，并且还与原辅料的质量相关，其特征能够总结为：

（1）烟气量大且不坚定大。每出产1t烧结矿，机头烟气量约4000-6000m³，现在大多数烧结机都300m²以上，烟气量可到达200万m³以上。

（2）烟气温度不坚定大。随烧结烟气工况不同，烟气温度在120——180℃范围内改变。

（3）烟气中NOx浓度低、不坚定大。一般NOx浓度在200-400mg/m³之间，但最高瞬时浓度或许到达650mg/m³。

（4）烟气粉尘浓度高，含铁粉和重金属。

（5）含湿量大，露点温度高（65-80度）。为前进烧结层的透气性，混合前烧结料要加水制粒，水分含量一般在10%左右。

（6）含氧量高。烧结烟气含氧量在12-18%之间。

（7）含有毒有害气体。烟气中除SO₂和NOx外，还含有HCl、HF、呋喃和微量二噁英等。

1.2 烧结烟气脱硫工艺的选择

烧结烟气净化工艺中，关于脱硫技术，能够借鉴火电厂的超低排放技术路途。在钢铁工作的烧结机脱硫工艺，从前由于标准的一次次改变，导致走了许多弯路。烧结烟气净化的脱硫工艺首要有三类：湿法、干法和半干法，每一种工艺都有各自的特征，可根据现场条件进行选择。由于排放限值的改变、出产条件的改变、产品市场行情的改变终究都会影响每一种工艺的运用远景。

干法（钙法）脱硫：初出资较低，但脱硫功率低、副产物无法处置，不适用于当前的超低排放政策；

干法（活性炭（焦））脱硫：初出资高，可协同脱除多种污染物，运维水平要求高，检修费用高，不适用于高浓度（2000mg/Nm³以上）烟气脱硫；

半干法（SDA、CFB）：脱硫功率较高，但副产物无法处置。如强行完结超低排放，其工作费用高。系统启停时的调试周期较长。

湿法（氨法）：脱硫功率高且安稳，具有协同脱出NO的效果；运维凌乱，本钱高，副产物经济性差。

湿法（钙法）：脱硫功率高且安稳，协同脱除效果较差；运维老到，本钱低，副产物简略处理。

结合烧结烟气的特征，活性炭脱硫、半干法（CFB、SDA）和湿法（钙法）脱硫工艺均符合超低排放的要求：活性炭技术适用于硫含量较低的烧结烟气，能够协同去除NOx和二噁英等，但副产物纯度低，价值低，并且伴跟着近年来活性炭价格的飙升，使得其运维本钱也大幅度前进；半干法技术适用于SO₂含量不高的烧结烟气，关于高硫烟气，其完结超低排放的工作费用会大大增加，并且该工艺的副产物处理较为困难；湿法（钙法）技术十分老到，能够完全适应烧结烟气的不坚定问题，副产物处理也能够完结内部消化，适用范围广，但关于其他污染物的协同去除效果不显着。

1.3烧结烟气脱硝工艺的选择

现在在国内烧结机烟气脱硝方面，存在众多技术路途，如：选择性催化恢复脱硝（SCR）、选择性非催化恢复脱硝（SNCR）、催化氧化脱硝、活性炭脱硝、等离子法脱硝、生化法脱硝等。其间可完结超低排放要求并有具体工程运用案例的工艺，首要有中低温SCR脱硝工艺、活性炭脱硫脱硝一体化工艺和臭氧氧化硫硝协同脱除工艺三种。

（1）中低温SCR脱硝工艺：该工艺的原理是在催化剂的效果下向温度在250-400度的烟气中喷入恢复剂NH₃，将烟气中的NO和NOx恢复成氮气和水，其反应方程式为：

工业上常见的SCR工艺选用钒钨钛系的催化剂，不只对NOx脱除功率较高，还能脱除二噁英等，因而该技术具有杰出的运用远景。在火电工作中SCR的安顿办法有两种：脱硝前置和脱硝后置。由于烧结烟气粉尘含量高并有铁离子和重金属的特征，SCR前置工艺在运用过程中极易发生脱硝催化剂中毒、失活等问题，增加运营维护本钱，故烧结烟气SCR脱硝多选用脱硝后置的安顿办法。

后置SCR工艺是将脱硫后的烟气先通过GGH换热器，升温到250℃，再用加热炉加热升温到280℃左右后，进入SCR脱硝反应器催化层进行脱硝，脱硝后的净烟气再通过GGH与低温原烟气换热降温后，经烟囱排出。该工艺现在现已成为烧结机烟气脱硝的干流工艺，本文在后面针对该工艺进行分析优化和评论。

（2）活性炭（焦）脱硫脱硝一体化工艺：该工艺首要运用活性炭（焦）表面吸附才干脱除氮氧化物。吸附的机理有两种，一种是物理吸附，依赖于活性炭多孔比表面积大的特性，将烟气中的污染物截留在活性炭内；别的一种是化学吸附，运用活性炭表面的晶格有缺点的C原子、含氧官能团和极性表面氧化物，有针对性的将污染物固定在活性炭表面，其脱硝反应化学方程式为：

该工艺特征总结：1）可完结多种污染物的协同脱除，外排烟气可视效果好；2）活性碳可再生运用，副产物可完结资源化运用；3）系统初期出资大，对原有工艺不兼容，需撤除原有工艺系统，构成资金浪费，并且活性炭（焦）的价格高涨，导致工作本钱相对较高；4）活性炭再生系统、制酸系统操作凌乱，能耗高；5）系统阻力大。

（3）臭氧氧化硫硝协同脱除工艺：该工艺原理是运用臭氧，将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO₂、N₂O₅等高价NOx，再通过湿法脱硫系统洗刷脱除，其反应方程式如下：

该工艺具有占地小、改造出资低；适用于改造项目中场所狭小，NOx总脱除量小的工程。由于臭氧的制备能耗高、副产物硝酸盐难以回收、臭氧逃逸等问题，约束了该工艺的推行。

2 氟塑料（PTFE）换热器在低温烟气环境下的运用

2.1 氟塑料换热器的特征

氟塑料换热器是指：以含氟聚合物为质料制作换热器的核心换热部件的换热器产品。由于选用了含氟聚合物，所以其换热器继承了含氟聚合物的一些特征，例如：耐酸碱腐蚀、耐老化性强、表面光滑不沾粘等。而市面上功用最好的氟塑料烟气换热器是选用改性PTFE（聚四氟乙烯，也称塑料王）加工制作的氟塑料换热器产品。高分子材料的改性，是指在保存高分子材料绝大部分功用外，针对某一特定运用，对高分子材料的物理、机械功用做针对性的前进，然后使材料能够更适合这一运用。例如：沃斯坦公司的ALWAFLON系列氟塑料换热器管材，针对换热器工作的运用，将PTFE树脂进行耐温、耐压、增强导热系数等方面的改性，使其成为工作界功用最佳的氟塑料换热器管材。

优质的氟塑料换热器应具备如下特性：

（1）耐酸碱腐蚀。可作业在PH1-14的环境下。

（2）表面光滑，不沾黏。不易积灰和结垢，不沾黏烟气中的其他化学物质，易清洗。

（3）耐老化性强，运用寿数长。

（4）具有自清洁性。选用柔性换热管，作业过程中的轻微振动，避免尘土的堆积。

（5）无需壁温控制，辅机系统简略，能耗低。

（6）设备重量轻，削减了地基处理和钢架耗量。

2.2 氟塑料换热器的规划关键

氟塑料换热器虽然继承了氟塑料原料耐腐蚀、易清洗、不易积灰、寿数长等长处，但氟塑料导热系数低的特性也被继承了。为前进换热器的传热功用，需要在氟塑料产品的结构规划和材料改性等多个方面进行综合考虑。

从结构方面考虑，氟塑料换热器归于管式换热器产品，为前进换热器的传热功率，需前进换热器的比表面积，全部氟塑料换热器均选用了薄壁、细管的结构形式。由于氟塑料换热器工作并没有相关的工作标准，许多公司从下降本钱的角度，盲目选用薄壁（壁厚小于0.8mm）、细管（外径小于10mm）的换热器管制，从理论核算上前进了换热器的功用，甚至于核算出了比金属换热器还高的传热系数，而实践运用过程中，缺点频发，短期内设备要报废，不只对客户构成了经济损失，也使得氟塑料换热器产品功用被客户误解。

关于氟塑料换热器的管制标准，应充分考虑传热、压降、承压、安稳性和刚度等方面。传热和压降等方面，巨细管径各有优势；承压方面不只需考虑结构规划，还和材料自身的特性有关，例如100℃时关于PP材料来说，结构上怎样规划也不或许到达含氟材料的承压功用（现已融化了），承压还和系统的工作参数设定有关，合理的工作参数协作联动控制系统，能有用避免超压现象的呈现。刚度和安稳性是结构规划方面有必要考虑的问题，根据下表：

从表中能够看到，12×0.8的换热管的抗弯才干是8×0.8换热管的2.49倍（73.94/29.68=2.49），是10×1.0换热管的1.28倍（73.94/57.96=1.28）；

而抗扭才干则相差更大，12×0.8的换热管的抗扭才干是8×0.8换热管的3.74倍（443.62/118.71=2.49），是10×1.0换热管的2.67倍（443.62/289.81=2.67）。

由此可见，管径12mm的换热管，其抗弯才干和抗扭才干远远大于管径10mm和管径8mm的换热管。

2.3 氟塑料换热器的运用工艺

氟塑料烟气换热器现已是一种老到的换热器产品了。其在国内完结的运用工艺首要有三类：1）HRS余热回收工艺；2）HDS烟气冷却再热工艺；3）GCS烟气冷凝工艺。

选用氟塑料换热器做HRS余热回收，一般安顿在湿法脱硫前。这种安顿的长处首要能够解决烟气温度不坚定大对脱硫系统构成的冲击，可代替超温喷淋系统；其次温度的下降也能够前进脱硫功率；再次烟气余热能够充分搜集，即便在露点之下，也不会对后续的脱硫系统构成腐蚀；终究避免了选用金属换热器的腐蚀、结构问题。

选用氟塑料换热器做HDS/WGGH/MGGH系统，首要无需壁温控制，辅机系统简略，能耗低；其次露点一下工作也不会构成系统缺点，大大增加了安稳性；终究安顿灵活，可大大缓解烟囱和尾部烟道的腐蚀问题。

烟气冷凝收水工艺GCS系统是专门对氟塑料换热器定制的一种运用工艺。该工艺是用冷源通过氟塑料换热器给脱硫后的丰满湿烟气降温，然后分出液态水，通过换热管表面汇流到底部收水槽回收运用。由于在脱硫后的丰满湿烟气在50-60℃之间，恰好是烟气的露点温度，金属材料无法长期在露点温度下作业，故有必要选用氟塑料换热器。并且氟塑料换热器的细管结构，能大大增加此工艺点的传热系数，通过核算，运用在此工艺中的氟塑料换热器最大传热系数可达200W/（m2.K），远高于金属换热器。

现在氟塑料换热器的运用工艺还在增加，例如：石油炼化工艺中的有机气体换热、化工工作中浓硫酸的制备、电力工作的湿烟羽办理等，这些工艺都运用了氟塑料换热器的耐腐蚀性、耐高温（200℃以下）冲击、耐老化性的特征，本文中下面的内容便是结合这些特性，运用氟塑料换热器优化烧结烟气在超低排放的工艺条件，起到增加系统安稳性和节能的效果。

3 优化烧结（球团）烟气的超低排放工艺

从本文中对烧结烟气减排路途的选择可知，湿法（钙法）脱硫+SCR后置脱硝工艺是烧结烟气办理的最佳工艺。现在国内烧结厂大部分已建造湿法（钙法）脱硫塔，假设改建活性炭一体化办理工艺，必然构成许多资金的浪费；半干法（SDA、CFB）工艺假设要完结超低排放方针，工作费用会大幅度增加，并且副产物无法处理，增加企业的环保压力。SCR后置脱硝工艺现已成为烧结烟气脱硝的干流工艺，但用加热炉加热低温烟气，会构成许多的动力消耗。通过与业主方及专业组织的联合研发，沃斯坦公司推出并实施了余热回收加热净烟气+烟气脱水来协作烧结烟气的SCR后置脱硝工艺，如下：

此工艺和传统的烧结后置SCR脱硝工艺比照，增加了一套冷凝系统和一套用于烟气余热回收运用的MGGH系统。

在湿法（钙法）脱硫FGD后的烟道上，增设一套冷凝系统，将脱硫出口的丰满湿烟气从55℃降温到48℃，可大大下降丰满烟气中的含水率（约从16%下降到9%左右），含水率的下降首要可削减烟气的焓值，然后在后续的升温过程中削减能量消耗；其次烟气中含水率的下降，还能够有用防控脱硝催化剂的中毒，延长催化剂的运用寿数；终究冷凝回收的水，可作为脱硫系统的补水，然后下降脱硫系统的水耗。冷凝系统对脱硫出口的烟气还具有污染物系统脱除的效果，对脱硫后烟气中的粉尘、气溶胶、硫酸盐、SO₃等有显着的脱除效果。

该工艺中的MGGH系统是将进脱硫前的烧结烟气余热回收，用来加热脱硫后的丰满湿烟气。该系统首要控制了脱硫入口处的烟气温度，避免脱硫烟气温度不坚定对脱硫功率的影响；其次脱硫前烧结烟气温度的下降，能够减小烟气体积，增加脱硫系统的脱硫功率；再次MGGH系统的再热器，将脱硫后的丰满湿烟气加热构成过热烟气，能大大缓解和消除后续脱硝GGH设备的腐蚀和堵塞问题，并且脱硝用金属GGH的防腐等级也可下降，然后下降脱硝GGH的本钱；终究余热加热净烟气削减了后续工艺中加热炉的能量消耗，具有显着的经济价值。以某360m²烧结机为例：

1、高炉煤气价格：0.1元/m³;热值按800kcal/m³核算；

2、烧结机进行时间按8000小时/年核算；

3、MGGH冷却降温为：130℃-105℃ ，MGGH再热升温为：40℃ -65 ℃

4、GCS降温为47℃-40℃

5、烟气量为1425000m³/h

选用热风炉的工艺：

热风炉直接将烟温从47℃升到65℃所消耗的高炉煤气为11700×104m³/年，合人民币1170万元/年。

按照此核算，多投入的设备可在2—4年回收本钱。（此核算未含热风炉、MGGH及GCS的设备出资进行设备折旧及相关运维费用）。

4 结语

氟塑料烟气换热器作为一种新材料制作的换热器产品，具有耐腐蚀、耐高温、耐老化性、不结垢、易清洗、重量轻等长处，能有用改进中低温烟气环境下换热器产品的工作安稳性，可对烟气余热进行深度回收运用，对露点温度的丰满烟气也可完结冷凝提水等工艺需求。跟着国家节能政策的不断前进，以及环保政策的日趋严格，尤其是对钢铁工作烧结烟气减排限值的出台，都将要求对现有办理工艺的晋级优化，氟塑料换热器恰恰能够成为助力烧结烟气减排办理工艺优化晋级的利器。