中煤旭陽焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝的應(yīng)用與實(shí)踐

尹祖建，于立乾，牛敬超

（1.邢臺(tái)旭陽科技有限公司，河北邢臺(tái) 054000；2.河北中煤旭陽能源有限公司，河北邢臺(tái) 054000）

2015年焦化行業(yè)開始推行煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo) 準(zhǔn)GB1617—2012[1]，焦化企業(yè)煙氣排放SO2≤50mg/m3、NOx≤500mg/m3、顆粒物≤30mg/m3，而 在2+26城市和關(guān)于推進(jìn)鋼鐵行業(yè)超低排放的意見中排放指標(biāo)更加嚴(yán)格，要求SO2≤30mg/m3，NOx≤150mg/m3、顆粒物≤10mg/m3。中煤 旭陽能源有限公司原有500萬t/a的焦化產(chǎn)能，2018年、2019年分別淘汰了4.3m搗固焦?fàn)t240萬t/a焦化產(chǎn)能，現(xiàn)擁有兩座5.5m 2×65孔的鞍山焦耐院設(shè)計(jì)的復(fù)熱式焦?fàn)t。分別于2015年、2016年投產(chǎn)了焦化脫硫脫硝裝置，進(jìn)行了煙氣治理，隨著2020年邢臺(tái)地區(qū)實(shí)行空氣質(zhì)量退倒十計(jì)劃，實(shí)行了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)原有的裝置進(jìn)行了改造和操作上的調(diào)整，達(dá)到了NOx≤30mg/m3、SO2≤10mg/m3、顆粒物≤10mg/m3。

1 焦?fàn)t煙氣排放狀況

中煤旭陽能源4組焦?fàn)t分別編號(hào)為1#、2#、3#、4#，其中1#、2#為4.3m搗固焦?fàn)t2018年停產(chǎn)淘汰，3#為5.5m搗固焦?fàn)t產(chǎn)能130萬t/a，煙氣分別由兩根煙囪排放、4#焦?fàn)t產(chǎn)能130萬t/a共用一座煙囪，煙氣量250 000Nm3/h。焦?fàn)t燃燒后的煙氣分別通過座煙囪進(jìn)行排放，焦?fàn)t采用的凈化后的煤氣進(jìn)行加熱，煤氣中的含H2S≤50mg/m3，立火道中心溫度控制在（1 350±10）℃，在2015年、2016年、2017年、2020年四年不斷的進(jìn)行改造和操作的調(diào)整等多種措施、控制了SO2和NOx排放濃度，焦?fàn)t煙氣通過低氮燃燒使NOx由原有的1 200~1 400mg/m3控制在800~900mg/m3，硫含量為200~300mg/m3，煙氣排煙溫度280~300℃。

2 中煤旭陽能源有限公司焦?fàn)t脫硫脫硝的工藝選擇

各企業(yè)焦?fàn)t煙氣由于SO2含量、含水率、排煙溫度不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的技術(shù)路線。脫硝主要為SCR脫硝，脫硫常見的有濕法脫硫、半干法脫硫、干法脫硫等。

2.1 SCR脫硝+余熱+濕法脫硫

該技術(shù)的開發(fā)比較早，濕法脫硫主要有氨法脫硫、石灰石膏法脫硫、氧化鎂脫硫，其中氨法脫硫的建設(shè)成本最低，被廣泛采用。SCR脫硝被前置，一般要求煙溫較高，一般在260℃以上，SO2含量要求低，一般在300mg/m3以下，否則SCR脫硝催化劑容易失活。主要缺點(diǎn)：

（1）當(dāng)煙氣溫度較低時(shí)，還原劑NH3容易與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氨，溫度越低生成速度越快，吸附在催化劑的表面，導(dǎo)致SCR脫硝催化劑活性降低。

（2）噴入氨與煙氣中的SO2反應(yīng)不可避免，生成的硫酸氫氨會(huì)附著在余熱鍋爐的換熱管上，特別是帶翅片的熱管長(zhǎng)時(shí)間不清理會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管的換熱效率降低，生成的鹽會(huì)腐蝕換熱管。

（3）脫硫采用濕法脫硫會(huì)導(dǎo)致氣溫較低出現(xiàn)白色煙羽、裝置周邊出現(xiàn)大量的白色漂浮物，產(chǎn)生的脫硫廢水很難處理，特別是氨法脫硫產(chǎn)生的廢水更難處理，塔器的腐蝕較為嚴(yán)重，近些年不少地區(qū)要求進(jìn)行消白處理，增加了煙氣治理成本。

2.2 SCR脫硝+余熱+半干法脫硫

該技術(shù)路線是將濕法脫硫改變?yōu)榘敫煞摿颍摿蛐式档?，投資升高，運(yùn)行費(fèi)用有所增加，但解決了濕法脫硫的白色煙羽問題。脫硫產(chǎn)生的廢棄物硫酸鈣易于處理，可用于水泥廠或道路工程。該脫硫方法主要缺點(diǎn)：操作比較繁瑣，不容易控制，特別是脫硫需要形成床層要一定的時(shí)間。

2.3 余熱+SDS脫硫+SCR脫硝

該技術(shù)路線在焦?fàn)t脫硫脫硝中應(yīng)用最為廣泛，主要優(yōu)點(diǎn)有脫硫操作方便，煙氣的SO2能夠控制在10mg/m3以下，但存在脫硫產(chǎn)物硫酸鈉處理困難，處理費(fèi)用較高，另外煙氣余熱利用不完全。

2.4 余熱+臭氧法脫硫脫硝一體化

該技術(shù)主要原理為以高壓電為能源，采用大型的臭氧機(jī)制臭氧，利用臭氧在≤120℃的條件下，與脫硫液混合，同時(shí)脫硫液中含有硫氧官能團(tuán)的有機(jī)催化劑的作用下，將SO2和NOx進(jìn)行催化氧化生成SO3和NO2溶入脫硫液中，與脫硫液中堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行脫除，同時(shí)也能對(duì)煙氣中的汞、氟進(jìn)行脫除。如果以氨源為脫硫脫硝劑，生成的硫酸氨、硝酸氨的混合物可以用于復(fù)合肥的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。但該工藝只適用于含NOx較低的煙氣中，含NOx較高的煙氣被氧化后，生成的NO2吸收不完全，煙囪排放的煙氣為紅棕色。

2.5 其他

隨著技術(shù)的發(fā)展，焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝還發(fā)展了固定床脫硫+脫硝+余熱、活性炭脫硫脫硝一體化工藝[2-3]，都存在一定的問題和優(yōu)勢(shì)。

中煤旭陽根據(jù)焦?fàn)t的煙氣特點(diǎn)選擇了中低溫脫硝+余熱+半干法脫硫工藝，主要原因?yàn)椋?/p>

（1）焦?fàn)t煙氣的溫度較高，基本維持在280~300℃。

（2）煤氣脫硫運(yùn)行較好，焦?fàn)t竄漏較少，煙氣SO2含量低于300mg/m3，外排的SO2濃度可以比較好的控制（圖1）。

圖1 中煤旭陽脫硫脫硝工藝流程圖

3 裝置運(yùn)行存在的問題和改造

中煤旭陽4#焦?fàn)t的煙氣脫硫脫硝工程2015年12月投入使用，該裝置為河北省第一套脫硫脫硝裝置，投入使用的時(shí)間較早，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行設(shè)計(jì)還存在一些問題：

（1）沒有考慮停產(chǎn)檢修時(shí)間，要求連續(xù)運(yùn)行。

（2）余熱鍋爐的容易堵塞，平均2~3月需要進(jìn)行一次清理。

（3）除塵器的檢修，特別是布袋的更換比較頻繁；邢臺(tái)市2020年推出了空氣質(zhì)量退出全國倒十計(jì)劃，環(huán)保裝置不允許停產(chǎn)檢修，排放污染物在以前基礎(chǔ)上需減半排放，因此在2020年進(jìn)行了大范圍的改造，降低了污染物的排放濃度。

3.1 SCR脫硝改造

本次對(duì)原有的脫硝反應(yīng)器進(jìn)行改造，由原有的只有一個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)了一個(gè)反應(yīng)器，可以停其中的一臺(tái)反應(yīng)器而啟用另外一臺(tái)，做到不停產(chǎn)檢修。催化劑由原有的20孔換成22孔脫硝催化劑，提高脫硝效率，通過運(yùn)行情況來看，反應(yīng)器的壓降沒有明顯變化。在煙氣的煙道上增加了一臺(tái)煙氣加熱器，以便在減產(chǎn)的條件下保證煙氣的溫度，同時(shí)可以提高煙氣溫度。

3.2 余熱鍋爐的改造

余熱鍋爐增加了余熱的換熱面積，鍋爐的產(chǎn)氣量由原有的12t/h增加到18t/h，余熱鍋爐的翅片管換為光滑的圓管。避免了灰塵在翅片上的積累，余熱鍋爐的清掃由原有的3個(gè)月清掃一次轉(zhuǎn)變?yōu)榘肽昵鍜咭淮?，余熱鍋爐的煙氣溫度出口可由原有的190~200℃降到170~180℃，減少了高溫對(duì)布袋的損害。

3.3 脫硫除塵系統(tǒng)的改造

原有的除塵系統(tǒng)是未進(jìn)行分倉，當(dāng)需要更換布袋時(shí)，需要將整個(gè)脫硫系統(tǒng)停工才能更換布袋，本次將除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造，進(jìn)行了分倉，使更換布袋能在線進(jìn)行。加大了循環(huán)灰的循環(huán)量，布袋的差壓由原有的900Pa增加到1 200Pa，同時(shí)脫硫塔的差壓由原有的300~400Pa增加到了600~700Pa，煙氣的SO2含量可以從原有的15~20mg/m3降到6~9mg/m3之間。

4 改造后的運(yùn)行對(duì)比

從表1可以看出，在2015年脫硫脫硝未投產(chǎn)時(shí)，煙氣的NOx和SO2都還比較高，遠(yuǎn)超GB 1617-2012規(guī)定的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，2015年12月采用SCR脫硝+余熱+循環(huán)流化床脫硫（CFB）投入使用，2016年煙氣排放指標(biāo)滿足了2+26城市圈的要求，2017年進(jìn)行煙氣低氮燃燒的改造，通過將煙氣回配到空氣中，降低吸入空氣的含氧量，同時(shí)對(duì)煙氣中的余熱進(jìn)行了利用，SCR脫硝進(jìn)氣口的NOx降低到800~900mg/m3，噴氨量由原來的60~70kg/h降低到了40~50kg/h，煙氣出口NOx降低到了70~80mg/m3，該措施的實(shí)施節(jié)約了噴氨量，減少了焦?fàn)t耗煤氣量1%~2%，拉長(zhǎng)了燃燒的火焰，對(duì)焦?fàn)t的立向加熱的均勻性有明顯的改善，2020年進(jìn)行了脫硫裝置的改進(jìn)，脫硫劑消石灰的循環(huán)量加大，消石灰的消耗量減少了1/4，脫硝催化劑進(jìn)行了更換，外排指標(biāo)達(dá)實(shí)現(xiàn)了超低排放，證明采用SCR脫硝+余熱+半干法脫硫達(dá)到焦?fàn)t煙氣達(dá)到超低排放的技術(shù)成熟，在設(shè)計(jì)上進(jìn)行分倉可實(shí)現(xiàn)在線檢修。

表1 4#焦?fàn)t外排煙氣2015—2020年對(duì)比

5 結(jié)語

目前已經(jīng)成熟的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝多種多樣，各焦化企業(yè)應(yīng)根據(jù)自有焦?fàn)t煙氣的特點(diǎn)采用適合該焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝的工藝。中煤旭陽能源有限公司采用的SCR脫硝+余熱+循環(huán)流化床脫硫能夠滿足超低排放的要求，通過分倉設(shè)計(jì)改造后能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢修，經(jīng)過5a的正常運(yùn)行，實(shí)踐證明該工藝運(yùn)行可靠成熟。