國內焦化企業(yè)煙氣脫硫脫硝技術現(xiàn)狀分析

樊琪(山西焦化集團有限公司，山西 臨汾 041606)

0 引言

隨著我國經濟的發(fā)展進步，我國各類生產產業(yè)都有了顯著的技術提升和產量提升，但是這也隨之而來帶來許多環(huán)境污染問題，在工業(yè)生產領域中，煙氣脫硫脫硝技術的應用就會帶來一定的硫化物污染排放或氮氧化物污染排放問題。近年來，我國環(huán)保部門對于工業(yè)生產有了越發(fā)嚴格的要求，在此環(huán)境下，本文將探討焦化企業(yè)脫硫脫硝工藝技術，并進行環(huán)保性能分析，來幫助企業(yè)更好的選擇適宜的生產技術，來促進環(huán)保目的的實現(xiàn)

1 焦化企業(yè)煙氣中二氧化硫和氮氧化物的情況概述

1.1 焦化企業(yè)煙氣中二氧化硫和氮氧化物的產生

焦化企業(yè)焦爐在生產加熱的過程中，由于會使用煤氣加熱技術，焦爐內的炭化室中心溫度會高達1000℃。每生產一噸焦炭就要燃燒200多立方米的焦爐煤氣，由此將產生約1300m3、溫度230-300℃的煙道廢氣。煤氣中的二氧化硫含量一般是取決于裝爐煤含硫量或者是煤氣脫硫的效果，而且與爐體的密封性也有直接的關聯(lián)。沒有經過處理的廢氣煤氣中二氧化硫的含量將是凈化后的幾倍，而這就會導致爐體串漏釋放出大量的二氧化硫煙氣。由于各焦化企業(yè)爐體的結構、用煤的方式和種類以及質量各不相同，導致所排放出的煙氣中二氧化硫的成分含量也各不相同。原有的生產技術中，焦爐多采用焦爐煤氣加熱方式，煙氣中的二氧化硫含量將在約200mg/m3以上，高的時候甚至能達到300mg/m3，所以必須使用煙氣脫硫裝置才能夠保證煙氣達到國家標準。

此外，煙氣中還會含有氮氧化物，其中主要是一氧化氮，氮氧化物的生成分分為熱力型、燃料型和快速型。絕大部分的氮氧化物都是由熱力型而產生的，即在空氣中的氮氣在溫度達到一些400℃以上時，便會發(fā)生氧化反應，生成氮氧化物；燃料型是煤氣中所含有氮的成分，比如氨、喹啉等通過燃燒而生成；快速型是指煤氣中所含有的碳氫化合物經過燃燒會分解出氰化碳或二氰化碳等物質會與空氣中的氮氣發(fā)生化學反應生成氮氧化物。如果焦爐采用的是一段加熱的方式，燃氣室內就很容易出現(xiàn)局部迅速高溫，從而產生熱力型的氮氧化物，尤其是焦爐煤氣的燃燒方式，主要燃燒成分是氫氣，氫氣燃點極低，并且燃燒速度快，火焰的中心溫度可以高達兩千攝氏度，所以用焦爐煤氣加熱時，煙氣中的氮氧化物成分含量會高達1000mg/m3以上，傳統(tǒng)工藝往往需要使用煙氣脫硝裝置，才能夠保證排放達標。

1.2 焦化企業(yè)煙氣中脫硫脫硝的要求及原則

相較于燃煤鍋爐或燒結機等，焦爐的煙氣雖然排放量較小，但是成分極其復雜，往往含有二氧化硫、氮氧化物等多種污染物質，處理的難度也非常大，煙氣中的成分參數(shù)會隨著熱煤氣的煙氣量和溫度的變化而有巨大的波動，與此同時，污染物的濃度也會隨著生產程度的變化而產生波動。就是要我們在設計的時候應根據(jù)不同的生產情況來進行余量設計，充分保證排煙量能夠達標。焦爐煙氣的脫硫脫硝工作：一是，需要具備一定的安全性，煙氣排放的負壓應在300帕以上，反之就會容易出現(xiàn)安全生產事故，所以，在進行煙氣處理設備新加裝的時候，外排煙囪的熱備狀態(tài)，并且確保一旦出現(xiàn)事故能夠進行快速的反應；二是，脫硫脫硝后，煙氣需要直接經過原煙囪進行排放的話，排放在溫度不能低于140℃，負荷的適應性也要更高；三是，由于焦爐煙氣的參數(shù)以及污染物濃度都會受到生產情況的影響，所以就要求煙氣凈化設施必須保持達標的狀態(tài)下進行生產。

2 焦化企業(yè)煙氣中源頭二氧化硫和氮氧化物技術分析

焦爐煙氣中所含有的二氧化硫和氮氧化物成分，會與煉焦煤質、煤氣凈化技術、爐體的密封性能、加熱的介質、溫度控制等有直接的關聯(lián)，所以在進行煤氣燃燒之前和過程之中，應該采用一些前端控制技術，從源頭加以抑制，就可以使焦爐煤氣中的二氧化硫和氮氧化物污染成分得到有效的降低，然后再根據(jù)生產情況的不同，再進行后端脫硫脫硝工藝技術的處理。在源頭中進行二氧化硫和氮氧化物的抑制，雖然不能夠達到完全達標的排放需求，但是可以起到顯著的抑制效果，有利于后端進行脫硫脫硝處理工作。所以焦化企業(yè)有必要使用源頭抑制手段，使焦爐煙氣中的二氧化硫和氮氧化物成分得到有效的控制。具體的方法包括：爐體嚴密性的控制、使用低硫煤進行煉焦的控制，以及研究開發(fā)出更為合理的多段加熱、廢氣循環(huán)等生產方式。

3 國內焦化企業(yè)煙氣脫硫脫硝技術現(xiàn)狀分析

3.1 低溫SCR脫硝+NH3濕法脫硫技術

低溫SCR脫硝+NH3濕法脫硫技術需要先進行脫硝處理，然后回收余熱，再脫硫處理。該技術一般適用于煙氣溫度高于280℃的煙氣脫硫脫硝技術，當煙氣溫度低于280℃時，還原劑會與煙氣中的二氧化硫生成硫酸氨。并且溫度越低，生成的速度越快。硫酸會附著在催化劑表面，降低催化劑的功能發(fā)揮。工藝流程為下圖：

焦爐煙囪煙氣→過濾器→燃燒器→ SCR 反應器→余熱回收→氨法脫硫→布袋除塵返回煙囪

低溫SCR脫硝+NH3濕法脫硫技術已經在市場上得到了一定的應用，脫硫脫硝后的煙氣能夠達到排放的標準。該技術的研發(fā)比較早，隨著不斷的使用，也已經發(fā)展成熟。脫硫脫硝效率較高、生產過程安全可靠，但是存在的缺陷是運用該技術投資和占地面積都會很大，并且需要加設加熱系統(tǒng)，導致生產成本進一步的提高，煙氣的含水量也會較高，冬季會排放出白汽，降低環(huán)保視覺效果。

3.2 石灰石—石膏法脫硫

該方法主要采用的石灰石或石灰作為吸收漿液，從而去除煙氣中二氧化硫。 工藝流程如下圖：

石灰石磨細成粉末狀→水混合制成的吸收漿→煙氣中的二氧化硫在吸收塔內與漿液中的碳酸鈣進行氧化反應→生成硫酸鈣與水的混合物→脫除出煙氣系統(tǒng)。

目前，石灰石—石膏法脫硫法在國際上應用十分廣泛，其所具備的有點也十分顯著：其一，該方法的脫硫技術源自于電廠脫硫，多年以來隨著經驗的積累，技術已經頗為成熟；其二，脫硫法技術使用中所需要使用的石灰石和石灰等材料來源廣泛，價格成本便宜，具有較高的經濟效益；其三，能夠生成優(yōu)秀的副產品石膏，該石膏純度高、質量好，可以用來再次利用，如作為水泥緩凝劑等，從而進一步提高經濟效益。

然而，該方法也存在一定的缺陷：設備投資費用偏高，且加工所需要的占地面積大。由于石灰石不溶于水，進行脫硫脫硝使用時，需配置磨漿系統(tǒng)，將石灰石進行磨碎才能融水制漿。

3.3 半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝技術

半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝技術于2014年進行試驗，后于2015年投入生產使用。主要特點是旋轉噴霧半干法脫硫，利用碳酸鈉制漿后，形成噴霧進行脫硫工藝。相較于濕法脫硫，能夠降低煙氣60℃，半干法煙氣將在20到30℃即可實現(xiàn)脫硫工藝，所以可以減少助燃的費用，具體工藝流程如圖1所示。

半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝技術已經成為我國脫硫脫硝重要工藝之一，但存在的缺陷仍然是投資較大，占地面積很大，運行的費用較高，需要得到進一步的設計升級。

圖1 SCR脫硝原理圖

3.4 干法SDS脫硫+低溫SCR脫硝技術

干法SDS脫硫+低溫SCR脫硝技術是引進比利時的技術所獲得的。具體的工藝流程如表1所示。

煙氣先脫硫→再低溫SCR脫硝→余熱回收。工藝的主要特點表現(xiàn)在取消了脫硫塔的設施，碳酸氫鈉進行磨粉噴入煙氣管道中，可以完成煙氣的脫硫工作。由于采用的是干粉脫硫劑，溫度保持在5℃左右就可以實現(xiàn)功能，所以不需要使用助燃裝置。取消了脫硫塔等設施建設，能夠減少投資和占地面積，在我國也得到了行業(yè)內的廣泛青睞，已經成為焦爐煙氣脫硫脫硝先進技術的重要研究方向之一。

表1 脫硫工藝比較

4 結語

我國快速的經濟發(fā)展環(huán)境下，導致了我國環(huán)境污染出現(xiàn)了諸多的問題，現(xiàn)在對于二氧化硫和氮氧化物的污染治理已經迫在眉睫，由于現(xiàn)在脫硫脫硝的費用較高，許多企業(yè)難以承受，所以我們必須加大運用煙氣脫硫脫硝技術的研發(fā)和升級，積極學習國際上先進的生產技術，并結合我國的生產國情，針對不同的技術生產所存在的不足和缺陷進行問題的解決和技術的升級。本文以上所闡述的幾種方法，只是行業(yè)內常用的幾種技術而已，在實際生產過程中，仍然存在諸多的技術，業(yè)界人士可以通過不斷的考察和調查研究來進一步地了解我國關于脫硫脫硝生產技術的發(fā)展現(xiàn)狀。通過加強交流等方式來共同促進工業(yè)生產中環(huán)境污染的治理水平，使我國工業(yè)生產能夠實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。