焦?fàn)t煙氣超低排放技術(shù)的研究與應(yīng)用

吉武平 安占來(lái) 王 軍

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司）

關(guān)鍵字 超低排放 半干法脫硫 噴氨格柵 脫硫塔 袋式除塵器

0 引言

自2018年開(kāi)始，全國(guó)鋼鐵行業(yè)的焦化企業(yè)陸續(xù)開(kāi)展超低排放改造工作，部分焦化廠(chǎng)已經(jīng)上了以半干法為核心的脫硫、除塵設(shè)備，所以超低排放改造僅需提高脫硫除塵效率，而脫硝需要在原有脫硫除塵基礎(chǔ)上選擇兼容性更強(qiáng)的技術(shù)。因此，需要根據(jù)焦化煙氣的特征選擇合適的脫硝方法，進(jìn)而通過(guò)關(guān)鍵工藝裝備的改進(jìn)，集成基于煙氣特征適應(yīng)性的超低排放技術(shù)。

1 研究背景

焦化焦?fàn)t加熱產(chǎn)生的煙道氣中含有大量的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX），直接排放到大氣中,SO2和NOX會(huì)參與和加劇光化學(xué)污染、酸沉降污染，嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量。因此，對(duì)焦?fàn)t廢氣污染物實(shí)施高效治理已迫在眉睫，并成為焦化企業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵所在。

生態(tài)環(huán)境部在《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》中提出，新建（含搬遷）鋼鐵項(xiàng)目原則上要全部達(dá)到超低排放水平，2020 年10 月底前，大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域具備改造條件的鋼鐵企業(yè)需基本完成超低排放改造，鋼鐵企業(yè)完成超低排放改造勢(shì)在必行。

在嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出眾多針對(duì)焦?fàn)t廢氣脫硫脫硝治理的技術(shù)。主流技術(shù)有三類(lèi)，均存在不足，如高溫催化還原脫硫脫硝技術(shù)，需要對(duì)焦?fàn)t廢氣再加熱至320 ℃以上，大幅增加了工序能耗；而SICS法催化氧化脫硫脫硝工藝，必須對(duì)廢氣進(jìn)行冷卻，冷卻至150 ℃以下，不僅增加了額外工序，還因?yàn)榻範(fàn)t廢氣溫度的下降，對(duì)煙囪吸力造成了明顯影響；活性炭脫硫脫硝技術(shù)雖然凈化效果好，但凈化效果持續(xù)性不強(qiáng)，副產(chǎn)品的硫酸質(zhì)量差，活性炭可能存在爐內(nèi)燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于上述情況，針對(duì)邯鋼焦化廠(chǎng)1#、2#焦?fàn)t廢氣污染問(wèn)題，對(duì)焦?fàn)t廢氣污染物源頭治理技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)半干法脫硫低溫脫硝工藝進(jìn)行了技術(shù)開(kāi)發(fā)，為我國(guó)焦?fàn)t廢氣治理技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步進(jìn)行了有益探索與實(shí)踐。

2 方案研究

根據(jù)煙氣特征結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定了工藝路線(xiàn)，通過(guò)調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)（邯鋼東區(qū)4.3 m焦?fàn)t）檢測(cè)確定了各工序煙氣的特征參數(shù)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 焦?fàn)t煙氣參數(shù)

根據(jù)焦?fàn)t煙氣溫度較高、含塵較少的特點(diǎn)，選擇在脫硫前增加中高溫SCR脫硝裝置，但相對(duì)中高溫SCR所需溫度280 ℃來(lái)說(shuō)焦?fàn)t煙氣溫度（180～250 ℃）較低，需要在脫硝前增加升溫裝置，然后在進(jìn)脫硫塔前將余熱回收利用。因此，選擇熱風(fēng)爐升溫?zé)煔?，余熱鍋爐回收余熱蒸汽。

1#、2#焦?fàn)t煙氣密相半干法脫硫脫硝項(xiàng)目針對(duì)溫度較高的焦?fàn)t煙氣，研究了多污染物中高溫選擇性催化還原與余熱梯級(jí)利用耦合機(jī)制，構(gòu)建出了以半干法為核心的溫度及流量適應(yīng)性煙氣超低排放治理技術(shù)體系，流程如圖1所示。

圖1 中高溫SCR+余熱利用+半干法脫硫超低排放技術(shù)流程

脫硫脫硝裝置處理后的焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171—2012中特殊地區(qū)排放限值（表2）。為了實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)到超低排放，在不改變?cè)邪敫煞摿虺龎m工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M及技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了超低排放，指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

3 改造方案

3.1 氨水雜質(zhì)化驗(yàn)及應(yīng)對(duì)措施

氨水雜質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果顯示：雜質(zhì)大部分為硫化物的結(jié)晶體，粒度較小，在氨水中懸浮，當(dāng)加熱到60 ℃左右時(shí)雜質(zhì)全部溶解。

應(yīng)對(duì)措施：在氨水罐與蒸氨冷凝器之間加裝直徑Φ2 000 mm、高4 000 mm的儲(chǔ)罐，作為氨水雜質(zhì)沉淀罐。根據(jù)雜質(zhì)的特性，在輸送管道上加蒸汽伴熱，使雜質(zhì)在輸送過(guò)程中溶解在氨水中不結(jié)晶。

3.2 噴氨格柵優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

噴氨格柵作為脫硝系統(tǒng)的核心部件，在煙道截面的2D范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)整各噴點(diǎn)的噴氨量，相對(duì)增加中心部位的噴灑流量，使還原劑與煙氣在到達(dá)催化劑之前按照設(shè)計(jì)的氨氮摩爾比混合，以匹配此處的NOX濃度，并能有效解決噴氨過(guò)量的問(wèn)題，緩解NH4HSO4的生成。

3.3 脫硫塔技術(shù)創(chuàng)新

采用雙級(jí)密相干塔脫硫技術(shù)，通過(guò)二級(jí)脫硫塔，進(jìn)一步保證了脫硫效率。脫硫塔中的脫硫劑量為120～140 t，已經(jīng)達(dá)到脫硫系統(tǒng)的極限，只能從氣流分布入手，均勻脫硫劑的分布，增加脫硫劑的循環(huán)次數(shù)，進(jìn)而提高脫硫效率。

雙級(jí)密相干塔的CFD模擬及優(yōu)化（在兩級(jí)塔中間加設(shè)擋板后進(jìn)行模擬）：探究不同進(jìn)氣方式、擾流措施等對(duì)系統(tǒng)流場(chǎng)、壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)和顆粒物濃度場(chǎng)分布的影響，優(yōu)化脫硫劑分布。中間擋板與中線(xiàn)距離為1 150 mm和800 mm的出口煙氣速度分布見(jiàn)表3。

具體實(shí)施方案：二級(jí)塔加導(dǎo)流板，檔板與中心線(xiàn)的距離調(diào)整為800 mm，尺寸為3 900 mm×500 mm×10 mm，與塔頂?shù)乃綂A角為50°；在一級(jí)塔螺旋給料機(jī)上方增加中間倉(cāng)，10個(gè)均風(fēng)閥處各加一塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板為R800弧形板，弧長(zhǎng)292 mm，弧心向下，與均分口頂?shù)拈g距為100 mm。將中間檔板與中心線(xiàn)的距離調(diào)整為800 mm后，稍有利于煙氣充滿(mǎn)大灰斗的下半部分，但在大灰斗上半部分形成的回流空間會(huì)略有增大，有利于提高脫硫效率。改造后的效果：一級(jí)塔、二級(jí)塔、除塵倉(cāng)室氣流分布均勻，脫硫灰循環(huán)分布正常，改善了脫硫效果，并減少氣流對(duì)布袋的沖刷。

表3 中間擋板與中線(xiàn)距離為1 150 mm和800 mm的出口煙氣速度分布

3.4 袋式除塵器的優(yōu)化

通過(guò)熒光粉實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)除塵器內(nèi)均風(fēng)不夠均勻，各個(gè)除塵室之間的阻力偏差較大，導(dǎo)致最前端除塵器的布袋磨損較嚴(yán)重。通過(guò)調(diào)整噴吹次序和脈沖寬度來(lái)調(diào)整各個(gè)除塵室的阻力，進(jìn)而調(diào)整脫硫劑灰倉(cāng)的灰量，使得脫硫劑能夠均勻循環(huán)。

增加倒流板后，除塵器內(nèi)均風(fēng)分布更加均勻，布袋[1]也沒(méi)有發(fā)生大的磨損。為穩(wěn)定排放指標(biāo)，把布袋全部更換為浙江華基的PPS+超細(xì)纖維+覆膜布袋，效果良好。

4 實(shí)施效果

應(yīng)用以來(lái)，焦?fàn)t煙氣SO2、NOX、顆粒物含量顯著降低，焦?fàn)t煙氣排放SO2≤20 mg/m3、NOX≤130 mg/m3、顆粒物≤10 mg/m3，改造前后月平均數(shù)對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 改造前后焦?fàn)t煙氣含量月平均數(shù)對(duì)比 mg/m3

5 與同類(lèi)技術(shù)的主要參數(shù)對(duì)比

當(dāng)前滿(mǎn)足煙氣超低排放要求且技術(shù)相對(duì)成熟的技術(shù)路線(xiàn)為：活性焦干法一體化[2]和半干法為核心煙氣超低排放技術(shù)，兩者的主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 活性焦干法一體化和半干法為核心煙氣超低排放技術(shù)對(duì)比

相較于活性焦干法一體化，以半干法為核心的煙氣脫硫脫硝除塵技術(shù)脫除效率高，副產(chǎn)物為固體粉末，沒(méi)有腐蝕現(xiàn)象，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程無(wú)燃燒風(fēng)險(xiǎn)，投資和運(yùn)行成本較低，是適用于鋼鐵行業(yè)典型工序的最佳可行性超低排放技術(shù)體系之一。

6 結(jié)語(yǔ)

該研究技術(shù)的創(chuàng)新成果推動(dòng)了鋼鐵大氣污染物控制技術(shù)升級(jí)，該技術(shù)在全行業(yè)進(jìn)行推廣與應(yīng)用，將極大推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、助力打贏(yíng)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。