炼焦是将煤转化为冶金燃料及化工原料的流程工业，是钢铁工业和煤化工产业的重要组成部分。截至2021年底全国在产企业351家，冶金焦产能5.37亿吨，占世界焦炭产量的68%以上。焦炉烟气具有危害性大、成分复杂、烟气量和NOx波动大等特点。伴随着各地NOx超低排放要求日趋严格，一定程度上加大了脱硝的治理难度。如何在波动的烟气工况下，既要保证 NOx 的超低排放，又要满足低碳治理与氨逃逸的排放要求是当下焦炉烟气SCR脱硝的一大难题，因此焦炉烟道气综合治理的工艺路线和关键技术产品的选择至关重要。
1、技术基本原理
1.1技术基本原理
焦炉烟气中低温选择催化还原（SCR）技术是由北京晨晰环保工程有限公司（简称晨晰环保）与齐齐哈尔大学联合研发的新型脱硝材料制作的SCR中低温催化剂，结合三维立体式布置的导流板反应器等核心关键技术构成的新型SCR脱硝技术。脱硝催化剂是由一种铈基复合金属氟化物纳米花材料制备成的新型材料，该材料具有催化活性高、适应温度广、脱硝效率高的特点。同时，此技术所使用的烟气脱硝反应器为直立式,内部导流板的设置方式为三维立体式布罝，使得烟道内的烟气均匀进入脱硝反应器与铈基催化剂进行充分反应。
焦炉烟气在特定温度与铈基催化剂作用下，使用氨作为还原剂，有针对性地将烟气内的NOx还原成氮气与水。该系统中的反应由主反应与副反应两大部分构成，其中，主反应见式(1)、式(2)
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (2)
晨晰环保的中低温选择性催化脱硝还原（SCR）技术目前已经取得了多项发明专利，在全国有近20台（套）NOx深度治理的项目中成功应用。因其具有催化活性高、适应温度广、脱硝效率高等特点，可广泛应用于焦炉、钢铁烧结、石灰窑、燃气锅炉、加热炉、热风炉、造纸、工业硅、垃圾焚烧等行业的氮氧化物深度治理。
1.2技术工艺简介
焦炉烟气分别由地下机侧和焦侧烟道引岀，经旁路烟气管道阀门和新增入口管道阀门切换并汇合后进入烟气总管。烟气先经过干法脱硫后，含粉料烟气进入布袋除尘器进行进一步脱硫反应及烟尘净化。脱硫除尘后的烟气进入三维立体式导流板的SCR烟气脱硝反应器（见下图）。
该反应器的主体部分设置了多层由铈基复合金属氧化物纳米化材料制成的催化剂层, 在上部设置具有导流板的进风管、烟气/氨混合器、加氨系统、进风口，在下部设置有出风管、出风口。烟气进入反应器后，烟气中的NOx与喷氨格栅喷出的NH3在静态混合器内充分混合，在铈基复合金属氧化物纳米化材料制成的中低温催化剂的作用下与NH3发生化学反应，生成N2和H2O,从而达到去除烟气中NOx的目的。净化后的烟气由增压风机抽引，经出口烟道至原焦炉烟囱排入大气。回原焦炉烟囱的烟气温度满足焦炉热备温度要求，可保证事故状态下焦炉烟囱热拔力依然保持正常。
1.3 适用情况
由铈基复合金属氧化物纳米化材料制成的中低温催化剂及导流板优化的SCR烟气脱硝反应器因其具有温度适应性强、运行阻力小、氨消耗量低、脱除效率高、催化剂使用寿命长等优势。可广泛应用于焦炉、钢铁烧结、石灰窑、燃气锅炉、加热炉、热风炉、造纸、工业硅、垃圾焚烧等行业的氮氧化物深度治理。
2 、技术装备的主要参数、技术经济指标
2.1 技术装备的主要参数
2.2技术经济指标
技术经济性指标与实际工况条件密切相关，现按照烟气温度250℃，入口氮氧化物浓度≤400mg/Nm3，出口氮氧化物浓度≤40mg/Nm3测算明细如下表。
2.3技术特点及优势：
该技术相较于传统的SCR技术有如下优势：
1、采用的催化剂为铈基复合金属氧化物纳米化材料制成的中低温催化剂。由于铈基新材料的加入，大大提高了CeO表面暴露的晶面，使CeO具有更多的活性位点，从而提高了CeO的催化活性。在温度为180-350℃范围、进口NOx浓度800-1700mg/Nm3的条件下，该新型催化剂的脱硝效率可达90%以上，相较于传统催化剂在入口浓度、烟温、脱除效率上有优势；
2、反应器采用的导流板在进风管上的设置方式为三维立体式布置，提高了氨和氮氧化物混合气体的速度，同时具有浓度分布的均匀性，从而使脱硝效率显著提高；
3、该反应器的进口设置在顶部，从结构形式上解决了烟气不均流的缺点，且无需增加导板，烟气流速较为理想，对催化剂的磨蚀较小，且降低了催化剂中毒的风险，延长了使用寿命；
4、反应器的立柱采用合金钢Q345B材质，可有效应对在烟气温度较高情况下的脱硝需求；
5、反应器采用直立式，可有效解决目前悬挂式反应器刚度不强，反应器整体热膨胀不均衡的问题，从而提高系统的脱硝效率；
6、系统通过优化设计，合理布局使得整套脱硝装置运行阻力低于常规SCR装置，能耗及碳排放降低10%以上；
7、改进后的SCR法烟气脱硝反应器，喷氨量减少了5%以上，氨逃逸指标≤3mg/Nm3。
3、应用情况
该中低温催化剂与导流板优化的SCR脱硝反应器具有催化活性高、适应温度广、脱硝效率高等特点，可广泛应用于焦炉、钢铁烧结、石灰窑、燃气锅炉、加热炉、热风炉、造纸、工业硅、垃圾焚烧等行业的氮氧化物深度治理，在全国范围内已有近20套脱硝装置的成功应用。
结语
据中环协最新发布的《2022年脱硫脱硝行业发展评述和2023年发展展望》预测，十四五时期非电行业烟气治理需求将持续释放并提速。氮氧化物的治理也将向着协同治理、精准治理、低碳治理转型。晨晰环保和齐齐哈尔大学联合研发的新型材料制成的中低温催化剂与导流板优化的SCR脱硝反应器具有脱硝效率高，喷氨量小的同时可保证氨逃逸持续稳定达标，装置低碳节能等特点。可全面满足炼焦、熄焦过程中，中低温、低硫环境下的脱硝需求，同时也有效降低了治理设施的建设与运营成本。在未来几年，该技术在焦化行业中的市场份额将会逐步扩大，具有良好的市场前景。
