焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)

胡景麗

（航天環(huán)境工程有限公司，天津 300301）

1 焦化廠焦?fàn)t煙氣處理難點(diǎn)

1.1 煙氣溫度高

在焦化廠運(yùn)行過程中，焦?fàn)t煙氣的主要產(chǎn)生流程是將所配置洗精煤運(yùn)入煤塔中，再運(yùn)入炭化室區(qū)域中，于高溫環(huán)境下進(jìn)行高溫干餾處理而生成焦炭。所生成的焦炭由焦?fàn)t加熱處理，即將回爐煤氣經(jīng)由彎管運(yùn)輸至制定燃燒室內(nèi)，與熱處理后的空氣混合燃燒，隨后將燃燒后所生成廢氣經(jīng)由立火道、蓄熱室等區(qū)域進(jìn)行換熱處理，再經(jīng)由總煙道及煙囪加以排出。從這一工序流程足以看出，所產(chǎn)生、排放焦?fàn)t煙氣的初始溫度較高，雖然經(jīng)由各類裝置處理時(shí)會持續(xù)降溫，但在經(jīng)由煙囪排出后，多數(shù)焦?fàn)t煙氣仍保持較高溫度，且煙氣溫度波動(dòng)系數(shù)相對較大，受外界環(huán)境的強(qiáng)烈影響。此外，在焦化廠生產(chǎn)過程中，需要焦?fàn)t煙囪長時(shí)間保持在熱備工作狀態(tài)中。這一問題的存在，也將導(dǎo)致所排放、處理焦?fàn)t煙氣的實(shí)際排放溫度大于等于一定的溫度數(shù)值。

1.2 煙氣成分復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)

在焦?fàn)t煙氣產(chǎn)生、排出過程中，煙氣中含有多種粉塵氣體及混合物質(zhì)，如氮氧化物（如二氧化氮）、二氧化硫等，成分較為復(fù)雜。此外，煙氣中所分布二氧化硫在與氨接觸過程中還將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有較強(qiáng)腐蝕系數(shù)的硫銨酸。過于復(fù)雜的煙氣成分加大了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理工作的難度系數(shù)，相關(guān)設(shè)備設(shè)施在與含硫氨酸的焦?fàn)t煙氣長時(shí)間接觸過程中，將出現(xiàn)程度不一的設(shè)備腐蝕問題，焦化廠很難采取單一的處理工藝全面凈化焦?fàn)t煙氣中所分布的各類污染物質(zhì)。

2 焦化廠主要焦?fàn)t煙氣脫硫工藝技術(shù)

煙氣中的二氧化硫是弱酸性物質(zhì)，與適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)反應(yīng)可脫除煙氣中二氧化硫。按照吸收劑的形態(tài)，脫硫工藝一般可分為干法（半干法）和濕法。

2.1 干法脫硫工藝技術(shù)

（1）干法脫硫工藝技術(shù)原理。將碳酸鈣噴入爐膛內(nèi)高溫煅燒，隨后將其分解為氧化鈣，氧化鈣再與所處理焦?fàn)t煙氣中所分布的二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，持續(xù)生成硫酸鈣；或是結(jié)合實(shí)際情況采用活性炭吸附抑或電子束照射等方法，將煙氣中所分布二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸或是硫酸氨，這一處理工藝也被稱作干法脫硫工藝技術(shù)。

（2）干法脫硫工藝主要特點(diǎn)?？蓪⑦@一工藝細(xì)分為半干法及干法煙氣脫硫工藝。不論采用哪項(xiàng)工藝，所處理焦?fàn)t煙氣在與固體堿性吸收劑接觸過程中，煙氣所含有二氧化硫都將會與固體堿性吸收劑產(chǎn)生物質(zhì)反應(yīng)，進(jìn)而持續(xù)轉(zhuǎn)化生成硫酸鹽。為有效保障煙氣脫硫效果，要提前對所添加固體堿性吸收劑進(jìn)行碎化處理；在采用半干法脫硫工藝時(shí)，所加入堿性物質(zhì)表層結(jié)構(gòu)將形成液膜，且煙氣中所分布二氧化硫?qū)⑴c所生成液膜融合，進(jìn)而加快煙氣脫硫效率；在應(yīng)用干法脫硫工藝時(shí)，需要營造一個(gè)相對較為干燥的煙氣處理環(huán)境。

（3）干法脫硫工藝優(yōu)劣勢。與其他焦?fàn)t煙氣脫硫工藝相比，干法脫硫工藝具有傳熱傳質(zhì)交換性強(qiáng)、脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行成本較低（煙氣無明顯降溫，可同步提升鍋爐效率）、煙囪通風(fēng)性強(qiáng)等諸多應(yīng)用優(yōu)勢。但與此同時(shí)，這項(xiàng)工藝技術(shù)也存在系統(tǒng)占地面積大（需要配置多種大型設(shè)備、設(shè)施）、脫硫劑實(shí)際利用率較低、處理效率慢、所處理煙氣含塵量高等應(yīng)用劣勢。

2.2 濕法脫硫工藝技術(shù)

目前，在多數(shù)焦化廠運(yùn)行、生產(chǎn)過程中，采用的濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)可分為石膏法、拋棄法以及氨法脫硫。這三項(xiàng)具體煙氣脫硫工藝技術(shù)的應(yīng)用原理、工藝特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)劣勢如下。

（1）石膏法。向吸收塔設(shè)施內(nèi)鼓入空氣，采取強(qiáng)制手段將硫酸鈣進(jìn)行氧化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為石膏，所鼓入空氣將會使得漿液更為均勻，且會小幅度提高煙氣的脫硫率。目前，石膏法是多數(shù)焦化廠在煙氣脫硫領(lǐng)域中應(yīng)用最為常見的濕法煙氣脫硫工藝，且石灰石是主要脫硫劑。石膏法具有煙氣處理范圍廣、實(shí)際脫硫效率高、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高、煙氣脫硫穩(wěn)定、吸收劑轉(zhuǎn)率高等諸多應(yīng)用優(yōu)勢。同時(shí)，石膏法也存在煙氣脫硫經(jīng)濟(jì)成本高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性不足（時(shí)常出現(xiàn)設(shè)備過度腐蝕問題）、所轉(zhuǎn)化石膏處理途徑單一等應(yīng)用劣勢。

（2）拋棄法。將石灰石漿液作為煙氣脫硫劑，使用石灰石漿液在吸收塔設(shè)施內(nèi)對二氧化硫煙氣進(jìn)行洗滌處理，從而將煙氣中所分布二氧化硫持續(xù)轉(zhuǎn)換為亞硫酸鈣及硫酸鈣，最終實(shí)現(xiàn)對煙氣中所含二氧化硫物質(zhì)的有效去除。拋棄法雖然具有吸收劑利用率高、煙氣處理?xiàng)l件適用性強(qiáng)、脫硫率高等諸多應(yīng)用優(yōu)勢，但在工藝實(shí)際應(yīng)用過程中時(shí)常會出現(xiàn)設(shè)備結(jié)垢及堵塞問題，所析出、沉淀的各類結(jié)晶在吸收洗滌塔內(nèi)不斷積聚，煙氣脫硫可靠性較差。目前，拋棄法逐漸被其他煙氣脫硫工藝所取代。

（3）氨法脫硫。將氨水作為脫硫劑，采用液體吸收劑對所處理焦?fàn)t煙氣進(jìn)行洗滌，從而去除煙氣中含有的二氧化硫。與其他工藝技術(shù)相比而言，氨法脫硫工藝具有焦?fàn)t煙氣再生利用價(jià)值高（可將所生成硫酸銨等物質(zhì)加以再生利用）、蒸氨系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷小、工序流程簡便、脫硫效率高等諸多應(yīng)用優(yōu)勢。但是氨法煙氣脫硫工藝并非一體化煙氣處理技術(shù)，無法與其他焦?fàn)t煙氣脫硝工藝技術(shù)同步使用，需要焦化廠額外構(gòu)建煙氣脫硝處理系統(tǒng)。此外，這一工藝也存在副產(chǎn)品純度波動(dòng)幅度大、煙氣處理溫度低、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)（時(shí)常出現(xiàn)設(shè)備腐蝕受損問題）等應(yīng)用劣勢。

3 常見的焦?fàn)t煙氣脫硝工藝

3.1 SCR煙氣脫硝工藝原理

目前，SCR煙氣脫硝工藝是最為常見的焦?fàn)t煙氣脫硝工藝技術(shù)，這項(xiàng)工藝的技術(shù)體系最為成熟，其煙氣脫硝工藝原理是通過營造適當(dāng)溫度的焦?fàn)t煙氣脫硝環(huán)境，同時(shí)對催化反應(yīng)溫度進(jìn)行控制，使用適當(dāng)種類的催化劑及還原劑，從而選擇性地將所處理焦?fàn)t煙氣中所含有的氮氧化物持續(xù)還原為水與氮?dú)狻?/p>

3.2 工藝應(yīng)用優(yōu)劣勢

SCR煙氣脫硝工藝煙氣脫硝效率高，實(shí)際脫硝效率穩(wěn)定保持在80%以上，且適用范圍廣、煙氣脫硝技術(shù)體系成熟。但是該工藝也存在工藝流程煩瑣，處理經(jīng)濟(jì)成本高昂的問題，并需要額外構(gòu)建焦?fàn)t煙氣加熱系統(tǒng)，無附加經(jīng)濟(jì)效益等應(yīng)用劣勢。此外，在當(dāng)前我國部分焦化廠運(yùn)行過程中，普遍選擇改良SCR煙氣脫硝工藝中所配置、使用的催化劑，從而實(shí)現(xiàn)對煙氣反應(yīng)溫度的有效降低。但從目前來看，這一項(xiàng)衍生煙氣脫硝工藝的技術(shù)體系尚不成熟，不但有較高可能出現(xiàn)催化劑性能波動(dòng)、催化劑中毒等技術(shù)問題，且所需大量使用的低溫脫硝催化劑市場采購價(jià)格較為高昂。

4 焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝的改進(jìn)措施

4.1 先脫硫后脫硝

（1）具體工藝流程（見圖1）。焦?fàn)t煙氣先脫硫后脫硝工藝的具體流程是先將待處理焦?fàn)t煙氣引入干法脫硫系統(tǒng)中（將煙氣所含有二氧化硫去除），然后將經(jīng)過脫硫處理的焦?fàn)t煙氣引入SCR脫硝系統(tǒng)中進(jìn)行脫硝處理（持續(xù)加熱煙氣），再將焦?fàn)t煙氣引入余熱鍋爐中（持續(xù)加熱煙氣），最后將經(jīng)過脫硫脫硝處理的焦?fàn)t煙氣由煙囪向大氣環(huán)境中排放。

圖1 煙氣先脫硫后脫硝工藝圖

（2）工藝特點(diǎn)。這一煙氣脫硫脫硝工藝不但實(shí)現(xiàn)了對焦?fàn)t煙氣中二氧化硫濃度的大幅降低，同時(shí)也降低了煙氣在處理過程中所生成硫酸銨等雜質(zhì)的產(chǎn)生總量，進(jìn)而延長所使用脫硝催化劑實(shí)際使用壽命。但在這一工藝中，出于經(jīng)濟(jì)成本因素考慮，無法使用濕法煙氣脫硫工藝，且需要額外構(gòu)建煙氣加熱系統(tǒng)，在焦?fàn)t煙氣脫硝反應(yīng)與煙氣引入余熱鍋爐環(huán)節(jié)中加熱煙氣。

4.2 先脫硝后脫硫

（1）工藝流程（見圖2）。將焦?fàn)t煙氣引入SCR脫硫系統(tǒng)中，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況選擇是否加熱煙氣，然后將煙氣引入余熱鍋爐，采取氨法脫硫?qū)煔膺M(jìn)行脫硫處理，最后將經(jīng)過脫氨脫硫處理的焦?fàn)t煙氣經(jīng)由煙囪進(jìn)行排放（在余熱鍋爐與煙氣經(jīng)由煙囪過程中，加熱煙氣）。

圖2 煙氣先脫硝后脫硫工藝圖

（2）工藝短板。在先脫硝后脫硫工藝實(shí)際應(yīng)用過程中，普遍面臨催化劑中毒概率高、煙氣反應(yīng)溫度過低兩項(xiàng)問題。因此，需要結(jié)合問題成因，針對性采取有效問題解決措施。催化劑中毒概率過高主要是由于所處理焦?fàn)t煙氣中普遍含有高濃度的二氧化硫，而二氧化硫在特定溫度區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)，極易與氨產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而生成具有一定毒性的硫酸氫銨等物質(zhì)，導(dǎo)致催化劑出現(xiàn)中毒失活問題，并引發(fā)管道堵塞等衍生問題的出現(xiàn)。對此，需要選擇在煙氣脫硝系統(tǒng)前端加設(shè)過濾網(wǎng)及洗滌系統(tǒng)，定期對催化劑表面所附著各類雜質(zhì)進(jìn)行過濾、洗滌。而當(dāng)所處理焦?fàn)t煙氣的反應(yīng)溫度過低時(shí)，將有可能引發(fā)酸霧、煙囪腐蝕等問題的出現(xiàn)。因此，需要注重對所處理焦?fàn)t煙氣進(jìn)行加熱處理，確保煙氣溫度保持在合理區(qū)間范圍，同時(shí)需要使煙囪長時(shí)間穩(wěn)定保持為熱備狀態(tài)。

以某焦化廠為例，焦?fàn)t煙氣的濕法脫硫反應(yīng)溫度為60℃，煙氣溫度為45℃，均在露點(diǎn)以下。針對這一問題，該焦化廠將焦?fàn)t沿路長期保持為熱備狀態(tài)，并基于余熱鍋爐持續(xù)產(chǎn)生的蒸汽對凈化后的焦?fàn)t煙氣進(jìn)行加熱，將煙氣升溫至130℃后經(jīng)由煙囪向外排放。

5 結(jié)束語

為及早貫徹落實(shí)焦化廠焦?fàn)t煙氣“近零排放”處理目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處，提高生態(tài)環(huán)境防治力度與污染源控制力度。各焦化廠必須分析總結(jié)當(dāng)前應(yīng)用的各項(xiàng)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)，采取各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化措施，不斷改進(jìn)工藝流程，為煙氣脫硫脫硝工作的有序開展提供前提基礎(chǔ)與技術(shù)支持。