焦化煙氣脫硝技術(shù)的開發(fā)與研究

蓋曉英

山東國舜建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000

1 項(xiàng)目背景與意義

目前我國已經(jīng)成為世界上最大焦炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，焦炭產(chǎn)能超過6．8億噸，年產(chǎn)量達(dá)到4億多噸，占全球焦炭產(chǎn)能和產(chǎn)量的70%以上。在2015年前，我國煉焦企業(yè)的煙氣幾乎不經(jīng)過任何處理就直接排放。假設(shè)全國每年4億噸焦炭產(chǎn)量，按照焦?fàn)t煙氣中二氧化硫含量為250-500mg/Nm3，氮氧化物含量為800-1300mg/Nm3計(jì)算，二氧化硫和氮氧化物的排放量分別達(dá)到每年15萬-30萬噸和50萬-80萬噸。顯而易見，焦化行業(yè)在霧霾的形成中扮演著并不太光彩的角色。我國焦化企業(yè)主要集中在煤炭富集區(qū)河北、山西、陜西、山東、河南、內(nèi)蒙古等地。有專家指出，華北地區(qū)的重霧霾天氣頻現(xiàn)，與這一地區(qū)電廠焦化、鋼鐵、水泥、玻璃等重工業(yè)企業(yè)集中有直接關(guān)系。隨著國家節(jié)能減排政策的出臺(tái)，對(duì)二氧化硫、氮氧化物、顆粒物的排放要求更加嚴(yán)格，目前，燃煤發(fā)電領(lǐng)域煙氣的脫硝技術(shù)相對(duì)成熟，NOx排放濃度大部分已到達(dá)超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。作為傳統(tǒng)的煤化工行業(yè)，焦化行業(yè)的發(fā)展相對(duì)寬松，隨著國家對(duì)污染治理要求不斷嚴(yán)苛的政策下，焦?fàn)t煙氣NOx的治理也迫在眉睫。

2 焦化行業(yè)NOx排放現(xiàn)狀

煤炭焦化是工業(yè)用煤領(lǐng)域主要污染源之一，焦?fàn)t煙氣是焦化企業(yè)中最主要的廢氣污染源，約60%的SO2及90%的NOx來源于焦化企業(yè)。焦?fàn)t煙氣中的NOx濃度與燃燒溫度、空氣過剩系數(shù)、燃料氣在高溫火焰區(qū)停留時(shí)間等密切相關(guān)。NOx直接排放濃度為600-900mg/m3(最高時(shí)可達(dá)1000mg/m3以上); 如果不經(jīng)過治理，煙氣中的NOx濃度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)限值排放要求。

3 目前焦?fàn)t煙氣脫硝主要技術(shù)

目前，焦?fàn)t煙氣常用脫硝技術(shù)主要有低氮燃燒技術(shù)、低溫選擇性催化還原技術(shù)、中溫選擇性催化還原技術(shù)和氧化脫硝技術(shù)等。

（1）低氮燃燒技術(shù)是通過改變?nèi)紵龡l件來降低NOx生成，減少NOx的排放。

（2）低溫選擇性催化還原技術(shù)與火電廠煙氣相比，焦?fàn)t的煙氣排放溫度相對(duì)較低，一般為170-280℃；目前國內(nèi)已開發(fā)出低溫催化劑，但是低溫催化劑的脫硝效率較低，且低溫下脫硝存在硫酸氫銨堵塞催化劑的問題，催化劑是制約低溫SCR脫硝的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。

（3）氧化法脫硝技術(shù)。氧化法脫硝技術(shù)是利用強(qiáng)氧化劑將NO氧化成高價(jià)態(tài)的氮氧化物，利用堿液進(jìn)行噴淋吸收的脫硝工藝；目前，強(qiáng)氧化劑主要為臭氧。氧化法脫硝運(yùn)行費(fèi)用高、能耗高、對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，且易產(chǎn)生臭氧二次污染等問題。

（4）中溫SCR脫硝技術(shù)。中溫SCR脫硝一般是指煙氣溫度在300℃以上進(jìn)行脫硝。中溫SCR脫硝技術(shù)是目前效率最高、運(yùn)行最穩(wěn)定的脫硝技術(shù)。火電廠90%的脫硝是采用中溫SCR脫硝技。目前中溫SCR脫硝技術(shù)在焦?fàn)t煙氣的脫硝應(yīng)用也越來越廣，已運(yùn)行的工程證明此技術(shù)在焦?fàn)t煙氣脫硝中也是成功的。當(dāng)然，焦?fàn)t煙氣的中溫脫硝與火電廠的脫硝還是有一定的差異性，需要改進(jìn)。焦?fàn)t煙氣的脫硝系統(tǒng)主要包括以下系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)、煙氣加熱系統(tǒng)、噴氨系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)、焦油去除系統(tǒng)、氨水儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)、氨水計(jì)量分配系統(tǒng)等。

3.1 煙氣加熱系統(tǒng)

焦?fàn)t來的煙氣溫度相對(duì)較低，一般不超過260℃，目前SCR脫硝能夠長時(shí)間安全溫度運(yùn)行溫度300℃以上，雖然市場上有低溫催化劑，但很少有能長時(shí)間運(yùn)行的。為達(dá)到煙溫300℃以上，需要對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行加熱升溫[2]。目前煙氣加熱升溫方式有煙道外加熱、煙道內(nèi)加熱，煙道外加熱即加熱爐布置在煙道外，加熱爐燃燒生成的高溫風(fēng)通過風(fēng)道進(jìn)入到煙道內(nèi)，在煙道內(nèi)高溫風(fēng)與煙氣混合達(dá)到升溫的目的。煙道內(nèi)加熱即燃燒器布置在煙道內(nèi)部，相當(dāng)于把煙道的一部分作為燃燒爐，焦?fàn)t煤氣或高爐煤氣直接在煙道內(nèi)燃燒加熱煙氣的方式，此種加熱方式結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，制造成本相對(duì)較低，但此種加熱方式適用于煙氣量較少的工程。

3.2 氨噴射與計(jì)量分配系統(tǒng)

目前焦?fàn)t煙氣脫硝還原劑大部分采用20%左右濃度的氨水，氨水作為還原劑運(yùn)行成本較低、易儲(chǔ)存。20%的氨水在噴槍內(nèi)與壓縮空氣進(jìn)行混合噴入到SCR前的煙道內(nèi)，一般噴槍布置在加熱后的煙道。噴入到煙道內(nèi)的氨水被高溫?zé)煔饧訜嵴舭l(fā)，蒸發(fā)后的氨氣與煙氣在煙道內(nèi)進(jìn)行混合，混有氨氣的煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)，在催化劑的作用下，煙氣中的NOx與NH3進(jìn)行反應(yīng)生成N2和H2O，達(dá)到去除NOx的目的。計(jì)量分配系統(tǒng)，由氨水輸送泵打過來的氨水通過計(jì)量分配模塊均勻的分配至每一支噴槍，噴槍的數(shù)量根據(jù)煙道的寬度進(jìn)行設(shè)置，保證氨水與煙氣盡量混合均勻；噴槍為雙流體噴槍，噴槍入口的壓力要求液體及氣體的壓力基本相同。噴槍設(shè)有冷卻風(fēng)，噴槍不工作時(shí)，需打開冷卻風(fēng)，以免噴槍在高溫下?lián)p壞；噴槍工作時(shí)需關(guān)閉冷卻風(fēng)。

3.3 SCR系統(tǒng)

SCR系統(tǒng)包括反應(yīng)器框架、整流格柵、催化劑、吹灰系統(tǒng)等。反應(yīng)器大小的設(shè)置根據(jù)催化劑模塊數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)的，保證催化劑的流速控制在合理的范圍內(nèi)。催化劑的選取，焦?fàn)t煙氣中含塵量較小，催化劑選用的孔數(shù)一般為22孔或25孔。吹灰器選用聲波吹灰器。

3.4 焦油去除系統(tǒng)

為保證催化劑能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，在煙氣進(jìn)入反應(yīng)器器前設(shè)焦油去除裝置，焦油去除裝置主要有電捕焦裝置、焦炭吸附裝置等。

3.5 氨水儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)

氨水區(qū)設(shè)備主要包括卸氨泵、氨水輸送泵、地坑及地坑輸送泵、氨水儲(chǔ)罐等，氨水區(qū)的泵需防爆，氨水區(qū)設(shè)淋浴式洗眼器、靜電釋放器、氨檢測儀，氨水罐設(shè)遮陽棚等安全防護(hù)設(shè)施[3]。氨水罐車運(yùn)送來的氨水通過卸氨泵打到氨水儲(chǔ)罐，氨水儲(chǔ)罐一般儲(chǔ)存量為5-7天的量。氨水區(qū)設(shè)置圍堰，圍堰內(nèi)的容積不小于氨水儲(chǔ)罐的容積。氨水輸送泵一般采用多級(jí)變頻泵。

4 結(jié)語

焦?fàn)t煙氣脫硝技術(shù)還需要進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，尋求更適合的焦?fàn)t煙氣脫硝的技術(shù)，目前采用的中溫SCR脫硝技術(shù)需要消耗大量的焦?fàn)t煤氣或是高爐煤氣，需要進(jìn)一步降低能耗，節(jié)約能源，打造綠色環(huán)保的焦化行業(yè)。