钢铁企业燃气轮机组烟气污染物治理技术探索随着燃煤电厂污染控制成效的日益显现，钢铁行业逐渐成为我国工业部门中最大的污染物排放源头，其烟气治理成为了大气质量改善的关键和难点之一。为了推动钢铁行业向超低排放转型，年4月，生态环境部等五部委共同发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》环大气〔〕35号文件，明确提出在年底前，重点区域的钢铁企业需基本完成超低排放改造。其中，以气体为燃料的燃气轮机组烟气排放限值被严格设定为NOx浓度不超过50mg/m3，SO2浓度不超过35mg/m3，颗粒物浓度不超过5mg/m3。
接下来，我们将深入探讨某钢铁企业燃气轮机的基本情况。该企业采用的#燃气轮机组为三菱M70S（DA）系列，这是一种在天然气为燃料的基础上改进的低热值高炉煤气燃气轮机。经过在机组燃烧室内的充分燃烧，混合煤气产生的高温气流被送入透平做功，随后进入余热锅炉。该余热锅炉由无锡华光锅炉股份有限公司精心制造，型号为UG-M70S(DA)-R，采用双压带自身除氧、立式、无补燃型、自然循环的设计。锅炉本体的受热面由水平布置的错列螺旋鳍片管和进出口集箱巧妙组成。燃机排出的烟气通过进口烟道优雅地进入锅炉本体，依次纵向冲刷各受热面模块，最后经出口烟道由主烟囱排出。值得一提的是，余热锅炉内部并未预留脱硝空间，但在高压蒸发器下部和低压蒸发器下部各设置了一个高度为mm的检修空间。接下来，我们将详细探讨这两个检修空间（区间和区间2）的运行温度及其对烟气治理的影响。图展示了UG-M70S(DA)-R余热锅炉的受热面布置情况，而表则详细列出了#、2#燃气轮机组余热锅炉受热面在运行过程中的烟气温度。这些数据对于理解烟气治理的复杂性和挑战性至关重要。
2燃气轮机组排放现状#燃气轮机组未配备脱硫脱硝设施，其现有监测数据显示，烟气颗粒物排放浓度虽满足超低排放限值要求，但烟气中的SO2和NOx排放浓度却超过了超低排放限值。具体的烟气参数详见表2。
脱硝工艺的研究与应用燃气轮机产生氮氧化物的机理
燃气轮机的燃烧室温度维持在℃至℃之间，这一温度范围恰好是热力型NOx快速生成的区域。在燃气轮机组排放的烟气中，NOx主要以NO的形式存在，NO2的浓度则相对较低。然而，当这些烟气进入大气环境后，NO会逐渐转化为NO2。由于燃气轮机主要燃烧高炉煤气，这种燃料几乎不含氮化合物，因此燃烧过程中不会产生烃和氮化合物热分解后氧化生成的NOx。综上所述，燃气轮机燃烧产生的NOx以热力型为主。
2脱硝工艺的探讨
M70S(DA)型燃气轮机已配备低氮燃烧器，但仅凭此措施难以满足超低排放的要求，因此需要进一步采用烟气脱硝技术。目前，常用的烟气脱硝技术可分为干法和湿法两大类。干法技术主要包括选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、固定床干法、以及吸附法等；而湿法则涵盖水吸收法、酸吸收法、碱吸收法，以及氧化吸收法等。具体选择哪种脱硝技术，需根据不同行业的烟气特性来定。各典型行业常用的烟气脱硝工艺详见表-3。目前，国内锅炉行业主要采用的脱硝技术包括SCR、SNCR、活性焦技术、氧化法及络合法技术，以及固定床技术等。针对这些技术的使用条件，我们进行了详细的对比，并整理成表-4供大家参考。燃气轮机氮氧化物设计浓度为mg/m3，要实现超低排放，脱硝效率需稳定在80%以上。然而，SNCR、活性焦、氧化吸收及络合吸收等技术因效率较低或存在明显缺点，不适用于此需求。相比之下，SCR脱硝技术以其高效率、高可靠性、适中的投资和简单的运行维护，成为最符合#燃气轮机组脱硝改造要求的解决方案。
脱硝工艺选择在SCR脱硝技术中，选择合适的催化剂反应窗口温度至关重要。该技术按温度可分为中高温SCR（反应温度窗口℃～℃）、中低温SCR（80℃～℃）、低温SCR（50℃～80℃）和超低温SCR（小于50℃）。针对#燃气轮机组余热锅炉的入口烟气温度约℃，出口烟气温度在30℃～70℃左右的情况，我们可考虑中高温SCR、中低温SCR或超低温SCR技术。但需注意的是，超低温SCR技术目前尚不成熟，催化剂寿命较短，易受烟气组分如水分和二氧化硫的影响，应用案例相对较少。因此，在实际选择时，需综合考虑技术成熟度、经济性和环境适应性等多方面因素。燃气轮机组的余热锅炉内部构造紧密，若要对其进行改造以开辟合适的温度区间或提供足够的催化剂安装空间，将面临极大的挑战。这涉及到对现有换热模块管屏的切割、移位和重新焊接，不仅施工难度高，而且费用昂贵，周期漫长。然而，通过巧妙利用现有的检修空间，我们可以安装SCR催化剂，仅需两层催化剂即可确保脱硝效率超过80%，实现超低排放的目标。
在探讨脱硝工艺方案时，我们发现中低温SCR工艺虽然理论上可行，但结合该项目的能源消耗和场地条件，其实施难度较大。同时，超低温SCR工艺由于技术成熟度、使用风险和运行成本等问题，其经济性也相对较差。经过综合考虑，中低温与中高温SCR工艺结合的方案被认为是最合理的选择。在余热锅炉的℃高温区域使用中高温催化剂，而在℃温区则选用中低温催化剂。尽管余热锅炉内部的改造空间有限，单台炉高温区和低温区的可用空间仅不足80立方米（每层小于40立方米），但我们选择了比表面积较大的纹板式催化剂，并配合20%浓度的氨水作为吸收剂，以确保高效的脱硝效果。
此外，我们还需要
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