焦化企業(yè)焦?fàn)t煙氣超低排放工藝方案

趙朋飛

(上海電氣集團(tuán)國(guó)控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030000)

焦化企業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)施為焦?fàn)t，焦?fàn)t燃料一般采用焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等，因此焦?fàn)t在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含粉塵、SO2及NOx等污染物的廢氣，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙氣的治理及達(dá)標(biāo)排放是焦化企業(yè)環(huán)保管理中最重要的部分。如何對(duì)焦?fàn)t廢氣進(jìn)行脫硫脫硝處理已經(jīng)成為中國(guó)環(huán)保領(lǐng)域以及世界能源領(lǐng)域需要解決的主要問(wèn)題[1]。目前焦?fàn)t煙氣采用的脫硫方法主要包括三大類(lèi)，分別為濕法、半干法、干法等[2]。脫硝方法主要包括兩大類(lèi)，分別為干法和濕法；干法主要為SCR選擇性催化還原法、SNCR選擇性非催化還原法等；濕法主要包括堿液、氧化及還原吸收法等[3]。

根據(jù)環(huán)大氣[2019]35號(hào)文“關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)”，全國(guó)重點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)的焦化企業(yè)要求執(zhí)行該文件附件2鋼鐵企業(yè)超低排放指標(biāo)限值“在8%基準(zhǔn)氧含量條件下，ρ(顆粒物)≤10 mg/m3、ρ(二氧化硫)≤30 mg/m3、ρ(氮氧化物)≤150 mg/m3”。因此，為減少焦?fàn)t煙氣污染物的排放，實(shí)現(xiàn)超低達(dá)標(biāo)排放，滿(mǎn)足國(guó)家提出的新標(biāo)準(zhǔn)要求，本文提出了“碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝”工藝方案供行業(yè)參考。

1 工藝流程

焦?fàn)t一般情況下以焦?fàn)t煤氣作燃料，通過(guò)采用爐溫自動(dòng)控制、廢氣再循環(huán)以及多段加熱等組合技術(shù)，可以使得高向溫差減小、火道平均溫度降低，通過(guò)加大廢氣循環(huán)量、煙道廢氣回配、空氣分段供給等措施可以控制煙氣中NOx的質(zhì)量濃度≤500 mg/m3[4]。本文提出“碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝”的焦?fàn)t煙氣處理方案，即,先對(duì)廢氣中的SO2脫除，然后對(duì)顆粒物進(jìn)行過(guò)濾脫除，最后采用NH3為還原劑對(duì)NOx脫除，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

本文提出的煙氣超低達(dá)標(biāo)排放處理工藝流程見(jiàn)圖1[5]。

圖1 煙氣處理工藝流程圖

2 工藝方案概述

焦?fàn)t煙氣超低排放處理系統(tǒng)主要由脫硫單元、除塵裝置、低溫SCR脫硝裝置、氨氣供給系統(tǒng)、脫硫劑研磨輸送系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、煙囪等組成。

2.1 脫硫單元

脫硫單元主要包括脫硫劑碳酸氫鈉制備系統(tǒng)及二氧化硫脫硫反應(yīng)系統(tǒng)。

1) 脫硫劑制備系統(tǒng)

碳酸氫鈉干法脫硫系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)SDS)主要設(shè)備的選型及參數(shù)會(huì)直接影響到脫硫效率的高低。因此，建議選用國(guó)外進(jìn)口的高質(zhì)量脫硫劑碳酸氫鈉及磨粉機(jī)。磨粉機(jī)對(duì)脫硫劑進(jìn)行研磨時(shí)，要控制磨粉溫度不得超過(guò)60 ℃，否則會(huì)導(dǎo)致NaHCO3出現(xiàn)分解，從而導(dǎo)致脫硫劑粘結(jié)。采用進(jìn)口磨機(jī)，可以控制磨粉系統(tǒng)出口碳酸氫鈉的粒徑在600目(25 μm)以下，經(jīng)過(guò)磨粉機(jī)處理后合格粒徑的碳酸氫鈉粉通過(guò)配套的噴射系統(tǒng)將其噴入煙道中與煙氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)脫硫。

2) 脫硫反應(yīng)系統(tǒng)

通過(guò)碳酸氫鈉制備系統(tǒng)將脫硫劑噴入焦?fàn)t煙氣的輸送管道中和焦?fàn)t煙氣直接接觸反應(yīng)，受到高溫?zé)煔獾淖饔免c基粉體被激活熱分解為碳酸鈉，煙氣中的二氧化硫與碳酸鈉充分接觸發(fā)生脫硫化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)二氧化硫等酸性物質(zhì)的吸收凈化，脫硫后的粉狀顆粒物隨煙氣附著在袋式除塵器上，可以繼續(xù)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，使得脫硫效率提高，采用該脫硫方案可保證脫硫后煙氣中二氧化硫質(zhì)量濃度≤30 mg/m3。

由于碳酸氫鈉干法脫硫位于煙氣處理過(guò)程的前端，通過(guò)干法脫硫后可將煙氣中的SO2降低至30 mg/m3以下。煙氣脫硝溫度位于180 ℃～210 ℃區(qū)間，在此溫度區(qū)間二氧化硫容易被脫硝SCR催化劑催化氧化為SO3，從而與還原劑氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸氫銨、硫酸銨等，生成的副反應(yīng)物容易使得催化劑堵塞，間接導(dǎo)致催化劑中毒，因此，將脫硫裝置設(shè)置于脫硝的前端，可以對(duì)脫硝催化劑起到一定的保護(hù)作用，從而為實(shí)現(xiàn)SCR脫硝裝置的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造一定的有利條件。

脫硫化學(xué)反應(yīng)見(jiàn)式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

2.2 除塵單元

考慮到滿(mǎn)足國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的超低排放指標(biāo)限值，除塵段建議采用耐高溫覆膜式布袋除塵器。該除塵器布袋具有耐高溫性(250 ℃)，濾袋材質(zhì)采用PTFE覆膜玻纖復(fù)合針刺氈布袋，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，在控制過(guò)濾風(fēng)速≤0.8 m/min的條件下，除塵器出口的顆粒物排放質(zhì)量濃度可實(shí)現(xiàn)≤10 mg/m3。

2.3 脫硝單元

1) 脫硝原理

煙氣脫硝裝置一般以氨或氨水作為還原劑，在SCR脫硝催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行脫硝化學(xué)反應(yīng)，生成N2和H2O，實(shí)現(xiàn)NOx脫除。建議采用目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的中低溫SCR催化劑，可以實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙氣溫度≥180 ℃時(shí)的脫硝效率90%以上。

脫硝化學(xué)反應(yīng)式見(jiàn)式(4)、式(5)。

(4)

(5)

2) 脫硝方案

經(jīng)過(guò)脫硫單元、袋式除塵單元凈化后的焦?fàn)t煙氣，與還原劑氨在管道內(nèi)進(jìn)行充分混合，然后進(jìn)入低溫SCR脫硝催化劑裝置進(jìn)行脫硝反應(yīng)，脫除煙氣中的氮氧化物。在脫硝系統(tǒng)配套設(shè)置氨分配裝置。氨汽化單元送來(lái)的汽化氨氣送至脫硝裝置，配套的氨氣分配器可以使得氨氣與焦?fàn)t煙氣進(jìn)行充分混合均勻，保證氣流分布均勻穩(wěn)定，然后在中低溫SCR脫硝催化劑的作用下發(fā)生脫硝還原反應(yīng)。

氨氣分配裝置主要由兩部分組成，包括稀釋風(fēng)機(jī)、氨氣和煙氣混合器。在采用氨氣作為還原劑時(shí)，稀釋風(fēng)機(jī)的作用為稀釋減少?lài)娙氲陌睔鉂舛?，以保證脫硝系統(tǒng)的安全和分布均勻。由于氨的爆炸極限為15.7%～27.4%(空氣中體積分?jǐn)?shù))，為確保安全，采用稀釋風(fēng)機(jī)對(duì)噴入的氨氣進(jìn)行稀釋?zhuān)♂尯蟮陌斌w積分?jǐn)?shù)按≤1.5%進(jìn)行設(shè)計(jì)。稀釋風(fēng)機(jī)的氣體采用凈化處理后的焦?fàn)t煙氣，由于這部分煙氣溫度較高，可以對(duì)后續(xù)的脫硝反應(yīng)起到有利作用。稀釋后的氨氣送入氨氣分配器，用以脫硝。氨氣和煙氣混合器的主要作用是實(shí)現(xiàn)噴入的還原劑氨和焦?fàn)t煙氣的充分混合均勻。氨氣和來(lái)自稀釋風(fēng)機(jī)的凈化煙氣充分混合均勻后，送入中低溫SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)行催化還原反應(yīng)。

采用該脫硝方案，可確保煙氣中氮氧化物質(zhì)量濃度≤150 mg/m3。

3 結(jié)語(yǔ)

環(huán)大氣[2019]35號(hào)文對(duì)焦?fàn)t煙氣提出更為嚴(yán)格的排放限值，本文提出的“碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝”工藝方案，借鑒了國(guó)內(nèi)焦化行業(yè)當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)工藝，可以實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙氣的超低達(dá)標(biāo)排放，滿(mǎn)足新的環(huán)保管理要求。