焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝研究

馬金鵬

摘 要：隨著全社會環(huán)保意識的增強(qiáng)，特別是 2018 年初國務(wù)院提出要對鋼鐵行業(yè)進(jìn)行超低排放改造以來，各級政府相繼出臺了最新的、更嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。 以煉焦化學(xué)工業(yè)為例，國家出臺的焦?fàn)t煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)為：基準(zhǔn)含氧量 8% 的條件下，顆粒物≤10 mg/ m 3 ，SO 2 ≤ 30 mg/ m 3 ， NO x ≤150 mg/ m 3.文章介紹了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)在的焦化工藝中的運(yùn)用。針對脫硫系統(tǒng)中的硫酸銨結(jié)晶和系統(tǒng)穩(wěn)定性較差問題，通過延長噴灑管、增加噴頭數(shù)量及增加煙氣管道上沿雨棚，根除了脫硫塔系統(tǒng)積料。通過工藝優(yōu)化、改進(jìn)，焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝指標(biāo)達(dá)標(biāo)，煙囪排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煙氣;脫硫脫硝;廢氣治理;環(huán)保

1.焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)與脫硫脫硝工藝選擇難點(diǎn)

焦?fàn)t是一種特殊的工業(yè)窯爐，其燃燒過程和煙氣排放與其他工業(yè)窯爐特別是電廠鍋爐有著明顯區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下幾個方面

1.1煙氣溫度低。焦?fàn)t煙氣溫度一般在180～280℃，個別甚至低于170℃，越是技術(shù)先進(jìn)、能源利用效率高的大型焦?fàn)t，煙氣溫度越低，遠(yuǎn)低于電廠鍋爐300℃以上的煙氣溫度，因此發(fā)電行業(yè)成熟的脫硫脫硝技術(shù)難以在焦?fàn)t煙氣上很好適用，即使是中低溫SCR催化劑，在煙氣溫度低于190～200℃時(shí)，脫硝效率也會明顯下降。

1.2污染物成分與含量復(fù)雜多變[4]。焦?fàn)t煙氣總體上呈現(xiàn)低硫高氮的特點(diǎn)，但不同焦化廠的不同焦?fàn)t，SO2和NOx含量差別較大。一般用混合煤氣加熱的焦?fàn)t，煙氣中的NOx含量通常在300～500mg/m3;用焦?fàn)t煤氣加熱的焦?fàn)t，煙氣中的NOx可達(dá)1000mg/m3以上。煙氣中的SO2含量受加熱煤氣H2S和含硫有機(jī)物含量以及焦?fàn)t竄漏情況的影響相差100～300mg/m3。

1.3水蒸汽含量差異較大。用混合煤氣加熱的焦?fàn)t煙氣含水量較低，而用焦?fàn)t煤氣加熱的焦?fàn)t煙氣中的水蒸汽含量可達(dá)20%，兩者相差10%以上，因此需要對脫硫脫硝工藝中使用的藥劑、介質(zhì)和催化劑等進(jìn)行差異化權(quán)衡，以選擇更恰當(dāng)?shù)墓に嚄l件，并盡可能適應(yīng)下一步煙氣消白工藝的技術(shù)要求。

1.4由于焦?fàn)t連續(xù)生產(chǎn)的特性，焦?fàn)t煙囪需長期處于熱備狀態(tài)，且煙囪的排煙溫度不能低于煙氣的露點(diǎn)溫度，需保持在130℃以上，在保障全爐吸力的同時(shí)，避免產(chǎn)生煙囪雨。此外，由于焦?fàn)t加熱的換向特點(diǎn)，焦?fàn)t煙氣中SO2和NOx含量具有周期性的波動特征，要求脫硫脫硝工藝能夠適應(yīng)。

1.5難以回避的氨逃逸和脫硫脫硝廢棄物處理問題。對焦化企業(yè)采用SCR和SNCR脫硝工藝中的氨逃逸提出控制要求，明確規(guī)定SCR氨逃逸濃度≤2.5mg/m3（干基標(biāo)態(tài)），SNCR氨逃逸濃度≤8mg/m3（干基標(biāo)態(tài)）。此外，針對不同的脫硫工藝，脫硫產(chǎn)生的固體廢棄物處理也是需要詳細(xì)考慮的問題。

2.焦?fàn)t煙氣一體化脫硫脫硝技術(shù)

針對焦?fàn)t煙氣的上述排放特征和復(fù)雜特性，國內(nèi)開發(fā)出幾種一體化的脫硫脫硝技術(shù)。主要包括SDA-SCR法脫硫脫硝技術(shù)、SCR脫硝+氨法脫硫技術(shù)、活性焦一體化脫硫脫硝技術(shù)、低溫有機(jī)催化脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)、濕法鋼渣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)、液態(tài)催化氧化法脫硫脫硝技術(shù)等，其中部分得到了工業(yè)化應(yīng)用，取得了較為明顯的環(huán)境和社會效益，同時(shí)也暴露出各自的缺點(diǎn)和問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝，改善過程控制，保障長周期的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1SDA-SCR法脫硫脫硝技術(shù)

SDA-SCR法是目前焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)中應(yīng)用最廣泛、工程案例最多的技術(shù)之一，其主要原理是：以碳酸鈉溶液或石灰漿液為脫硫劑，采用SDA（旋轉(zhuǎn)噴霧干燥）方式進(jìn)行半干法脫硫，煙氣中的SO2與霧化成小液滴的脫硫劑進(jìn)行反應(yīng)，在脫除SO2的同時(shí)液滴迅速蒸發(fā)為鹽顆粒，經(jīng)中低溫SCR脫硝除塵一體化裝置噴氨將煙氣中的NOx還原為N2和H2O的同時(shí)，過濾除去煙氣中的顆粒物，最終煙氣達(dá)到超低排放，經(jīng)煙囪排入大氣。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：采用先脫硫后脫硝的工藝，避免了煙氣中少量SO3與NH3反應(yīng)生成黏稠的NH4HSO4[13]堵塞SCR催化劑微孔;顆粒物、SO2、NOx等可達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，且NOx的脫除效率可通過增加催化劑層數(shù)的方式升級提高;采用SDA的方式脫硫煙氣溫度可控制在10～20℃，減少了SCR脫硝段煙氣升溫的加熱煤氣消耗;可保障焦?fàn)t煙囪排煙溫度大于130℃，并長期處于熱備狀態(tài)。但同時(shí)，該工藝也存在著SDA核心設(shè)備需要進(jìn)口，噴霧干燥形成的粉狀鹽顆粒在煙氣中水分含量高，溫度較低時(shí)容易潮解堵塞布袋和管道、催化劑蜂窩，日常清理維護(hù)工作量大，以及能量利用效率高，煙氣排放溫度較低的焦?fàn)t需要更多的燃?xì)鈱煔膺M(jìn)行補(bǔ)熱，成本偏高，脫硫灰需要單獨(dú)無害化處理等缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步工藝優(yōu)化。此外，也有公司采用密相干塔、循環(huán)流化床等半干法脫硫工藝替代SDA法脫硫脫硝一體化技術(shù)，部分克服了SDA法的一些缺點(diǎn)，取得了較好的工程應(yīng)用效果。

2.2SCR脫硝+氨法脫硫技術(shù)

SCR脫硝+氨法脫硫工藝的基本原理是：先對煙氣噴NH3進(jìn)行SCR脫硝，然后煙氣經(jīng)除塵、凈化、換熱后進(jìn)入脫硫塔，在氧化風(fēng)機(jī)鼓入空氣氧化的情況下，氨水與煙氣并流反應(yīng)，生成硫銨顆粒[14]，含硫銨顆粒的脫硫漿液去焦化硫銨系統(tǒng)結(jié)晶生產(chǎn)硫銨，而煙氣經(jīng)再次換熱升溫后經(jīng)焦?fàn)t煙囪排入大氣。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：采用先脫硝后脫硫的工藝，可充分利用焦?fàn)t煙氣的初始溫度，脫硝效率較高;脫硫使用焦化廠自有的氨水資源。缺點(diǎn)是：易發(fā)生NH4HSO4堵塞SCR催化劑的現(xiàn)象;煙氣中的氨逃逸指標(biāo)難以控制，產(chǎn)生的部分（NH4）2SO4氣溶膠難以脫除。

2.3活性焦一體化脫硫脫硝技術(shù)

活性焦一體化脫硫脫硝是利用活性焦具有的高比表面、高孔隙以及孔隙表面局部缺陷的催化特性對煙氣中的顆粒物、SO2及NOx進(jìn)行一體化脫除的工藝。其工藝流程為：先對焦?fàn)t煙氣噴氨并充分混合，然后經(jīng)廢熱鍋爐將煙氣溫度降至150℃左右，逆流通過吸附塔，在塔內(nèi)煙氣中的SO2被活性焦吸附，NOx則在活性焦催化下與氨發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和H2O，顆粒物等則被活性焦床層捕獲截留。反應(yīng)后的乏活性焦從吸附塔底排出，進(jìn)入解析塔，在400℃左右解析出SO2氣體后得到再生，再生后的活性焦重新進(jìn)入脫硫脫硝循環(huán)。該技術(shù)在安鋼、沙鋼等企業(yè)的焦?fàn)t得到工程應(yīng)用，污染物排放指標(biāo)可達(dá)國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，但也存在NH4HSO4堵塞的問題。

2.4低溫有機(jī)催化脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)

低溫有機(jī)催化脫硫脫硝除塵一體化工藝的基本原理是[15]：煙氣經(jīng)余熱回收系統(tǒng)降溫至170℃后，在煙氣中通入O3，將煙氣中的NO氧化為NO2/N2O3，煙氣進(jìn)入洗滌塔內(nèi)，與塔上段噴淋的混有氨水并含有亞砜官能團(tuán)的有機(jī)催化劑逆流接觸，同時(shí)在塔頂噴淋工藝水對煙氣除塵洗滌。煙氣中的SO2和NO2/N2O3先與水反應(yīng)生成H2SO3和HNO2，這2種弱酸會與亞砜形成穩(wěn)定的締合物而被吸收進(jìn)入油相，并逐步被煙氣中的殘余O2氧化為H2SO4和HNO3，進(jìn)而在塔底與亞砜解締重新進(jìn)入水相，并與氨生成（NH4）2SO4和NH4NO3，經(jīng)三相分離后濃縮進(jìn)入焦化廠硫銨系統(tǒng)制肥，有機(jī)催化劑則循環(huán)使用。經(jīng)水洗的煙氣經(jīng)過多級除塵除霧后，換熱到130℃，經(jīng)原焦?fàn)t煙囪排入大氣。該技術(shù)在山西某焦化廠得到了工程化應(yīng)用，煙氣排放指標(biāo)可達(dá)國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)。與其他技術(shù)相比，該技術(shù)工藝較為復(fù)雜，且涉及到氣、油、水三相間的反應(yīng)，增加了焦化廠的污水處理量。此外，雖然有機(jī)催化劑的沸點(diǎn)高達(dá)300℃且黏度較高，但難以避免會有微小液滴形成氣溶膠而被凈煙氣夾帶進(jìn)入大氣。

結(jié)束語

通過對脫硫脫硝工藝在生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)的問題進(jìn)行理論分析、工藝改進(jìn)、效果檢修，得出以下結(jié)論：針對脫硫系統(tǒng)阻力及穩(wěn)定運(yùn)行等問題，焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝應(yīng)根據(jù)煙氣溫度和污染物排放特征選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，同時(shí)還需考慮脫硫脫硝副產(chǎn)物的無害化處理，應(yīng)優(yōu)先選擇無廢水、廢渣產(chǎn)生的工藝。

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