焦化廠燃?xì)忮仩t超低排放工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王秀花 張坤有

摘要：焦?fàn)t煤氣是焦化廠煉焦過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，大部分企業(yè)通過(guò)內(nèi)部能源平衡，將此部分煤氣用于燃?xì)忮仩t發(fā)電，根據(jù)國(guó)家及地方環(huán)保超低排放要求，本文設(shè)計(jì)選用SNCR脫硝+石灰石膏法脫硫工藝。本文對(duì)焦化廠燃?xì)忮仩t超低排放工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：焦化廠;燃?xì)忮仩t;脫硫;脫硝

1工藝選擇

某焦化廠燃?xì)忮仩t排放指標(biāo)與超低排放指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

常用的脫硝方式有SCR、SNCR兩種方式，從表1可以看出，氮氧化物排放值與超低排放指標(biāo)相差不大（鍋爐本體燃燒采用了低氮燃燒），選用簡(jiǎn)單的SNCR爐內(nèi)脫硝的方式即可滿足排放。此工藝與SCR相比投資成本低，不使用催化劑，運(yùn)行費(fèi)用低，不產(chǎn)生固體廢料，不需要對(duì)鍋爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改造，建設(shè)周期短，同時(shí)對(duì)鍋爐和生產(chǎn)工藝無(wú)不良影響，改造使用后無(wú)須調(diào)整其他設(shè)備的運(yùn)行。煙氣脫硫技術(shù)中，按脫硫劑的種類，大致有五種：鈣法、鎂法、鈉法、氨法、有機(jī)堿法;按吸收劑干濕狀態(tài)又分為濕法、干法和半干（半濕）法。其中約90%以上的工藝技術(shù)選用鈣法。工藝選用鈣法（石灰石膏濕法），運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，脫硫效率高，反應(yīng)產(chǎn)生的石膏可作為水泥廠的生產(chǎn)原料，無(wú)固廢外排。同時(shí)為滿足煙氣顆粒物排放，在脫硫塔頂部加設(shè)管式除霧器，達(dá)到顆粒物排放要求。

2設(shè)計(jì)方案

2.1工藝流程

脫硝采用SNCR脫硝，即在鍋爐合適溫度范圍內(nèi)進(jìn)行爐內(nèi)脫硝，工藝流程見(jiàn)圖1。袋裝或其他封裝形式的固體脫硝劑運(yùn)輸入廠后，儲(chǔ)存在庫(kù)房?jī)?nèi)，通過(guò)電葫蘆吊裝倒入料斗，再經(jīng)過(guò)斗提機(jī)提升進(jìn)入料倉(cāng)儲(chǔ)存。料倉(cāng)里面的脫硝劑經(jīng)脫硝島輸送至鍋爐區(qū)，經(jīng)過(guò)噴頭流化后直接噴射到爐膛合適位置進(jìn)行脫硝反應(yīng)。按照反應(yīng)的要求，在鍋爐爐膛處合適溫度位置開(kāi)孔安裝噴槍。同時(shí)為了保證脫硝效果，噴頭的還原劑濃度和噴入量可進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)。

脫硫采取“單塔雙循環(huán)：石灰-石膏法”對(duì)鍋爐煙氣中的SO2進(jìn)行脫除，吸收塔采用空塔噴淋形式，工藝流程見(jiàn)圖2。鍋爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫塔，與噴淋層的脫硫液逆流接觸充分反應(yīng)后去除煙氣中的SO2。脫硫后煙氣經(jīng)噴淋塔上方的管式除霧器分離出凈煙氣中的霧滴，再經(jīng)直排煙囪達(dá)標(biāo)排放。系統(tǒng)采用塔外氧化，設(shè)置氧化風(fēng)機(jī)向循環(huán)池底部鼓入空氣對(duì)脫硫中間產(chǎn)物亞硫酸鈣進(jìn)行強(qiáng)制氧化，將漿液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-。循環(huán)池內(nèi)設(shè)攪拌器，保證混合均勻，防止?jié){液沉淀;石膏排出泵引出部分脫硫液，維持塔內(nèi)漿液密度恒定。通過(guò)向塔內(nèi)加入石灰漿液，維持循環(huán)池漿液的pH值穩(wěn)定，保證脫硫效率。

外購(gòu)脫硫劑由密封罐車送至石灰粉倉(cāng)儲(chǔ)存，脫硫劑制備采用連續(xù)制漿方式。轉(zhuǎn)化成石膏的脫硫液通過(guò)旋流器進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)脫除石膏，石膏通過(guò)汽車送長(zhǎng)鋼水泥廠作原料。

2.2工藝設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算

（1）煙氣進(jìn)口參數(shù)。焦化廠燃?xì)忮仩t總煙氣量約39.5萬(wàn)m3/h，最大煙氣量40萬(wàn)m3/h，煙氣溫度正常135℃，溫度區(qū)間在80～160℃，氧含量3%。

（2）脫硝劑消耗計(jì)算。脫硝劑在溫度大于300℃時(shí)熱解氣化產(chǎn)生活性氨氣體，活性氨比NH3具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性，可在無(wú)催化劑、反應(yīng)溫度650～950℃的工藝條件下與NO迅速反應(yīng)，生成無(wú)害的氣態(tài)物質(zhì)N2、CO、CO2和H2O，反應(yīng)方程式見(jiàn)（1），脫硝運(yùn)行效率按照50%計(jì)算，脫硝劑用量為30kg/h，爐內(nèi)脫硝工藝不增加壓損。

其中：NR為“活性氨”，非單一物質(zhì)，為氨的系列衍生物;R為H、C、O的系列元素組合。

（3）脫硫劑消耗計(jì)算。脫硫工藝原料為CaO，將其溶解后制成脫硫吸收劑Ca（OH）2，反應(yīng)鈣硫比（摩爾比）1.02，氧化鈣的消耗量見(jiàn)公式（2），

其中：G（CaO）為生石灰用量，t/h;M（SO2）為脫硫前二氧化硫含量，t/h;η（SO2）為脫硫效率，%;（Ca/S）為反應(yīng)鈣硫比（摩爾比），宜為1.02～1.03。核算氧化鈣消耗量為0.04t/h。

（4）吸收塔的計(jì)算

為保證SO2的吸收效率，脫硫塔內(nèi)煙氣設(shè)計(jì)流速3.5m/s，煙氣量按照最大煙氣量設(shè)計(jì)40萬(wàn)m3/h，脫硫塔塔體直徑為6.4m，計(jì)算見(jiàn)公式（3）

其中：Q為設(shè)計(jì)煙氣量，m3/h;v為煙氣流速，m/s;A為脫硫塔直徑，m;

2.3脫硝設(shè)施設(shè)計(jì)

脫硝系統(tǒng)脫硝劑供出量10～80kg/h，采用變頻調(diào)節(jié)閥控制脫硝劑供出量，保證脫硝劑的有效供出，脫硝劑采用氣力輸送的方式供給，管道采用304不銹鋼管，系統(tǒng)設(shè)計(jì)料倉(cāng)儲(chǔ)存量為4m3，料倉(cāng)采用304不銹鋼。為保證脫硝劑能均勻分布在鍋爐內(nèi)，設(shè)置專用噴涂，保證噴灑面積及噴灑量。

2.4脫硫設(shè)施設(shè)計(jì)

2.4.1煙風(fēng)系統(tǒng)

（1）吸收塔入口設(shè)預(yù)噴淋緊急降溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)在溫度高于設(shè)計(jì)條件下，充分保護(hù)吸收塔內(nèi)煙氣入口處的防腐材料，延長(zhǎng)其使用壽命。

（2）吸收塔防腐內(nèi)襯采用目前濕法脫硫最常用的玻璃鱗片內(nèi)襯。玻璃鱗片與橡膠襯里相比，在耐溫性能上比較好，在濕態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行溫度可達(dá)到160℃以上。因此，采用玻璃鱗片作為吸收塔的內(nèi)襯材料，結(jié)合預(yù)噴淋系統(tǒng)，可以使吸收塔適應(yīng)不同煙溫，安全運(yùn)行更有保障。

（3）吸收塔入口的干濕、冷熱交界面為吸收塔防腐最薄弱之處，本工程采用內(nèi)襯4mm耐高溫玻璃鱗片。

2.4.2吸收塔系統(tǒng)

（1）吸收塔采用噴淋塔，吸收塔本體包括：三層逆流噴淋裝置和除霧器。吸收塔殼體由碳鋼制作，內(nèi)表面采用內(nèi)襯玻璃鱗片樹(shù)脂。

（2）吸收塔配有3臺(tái)循環(huán)泵，采用單元制運(yùn)行方式，每臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)一層噴淋裝置。循環(huán)泵將循環(huán)池的漿液打到噴淋層，經(jīng)過(guò)噴嘴噴淋，形成顆粒細(xì)小、反應(yīng)活性很高的霧化液滴。噴淋層的布置增加了漿液與氣體的接觸面積和概率，保證吸收塔橫截面能被完全布滿，使SO2、SO3、HF、HCl等被充分去除。由于在吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過(guò)循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高。當(dāng)鍋爐較低負(fù)荷工況時(shí)或煙氣中的含硫量較低時(shí)，可關(guān)停一層噴淋裝置，以達(dá)到節(jié)能和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）吸收系統(tǒng)循環(huán)池配備2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，1用1備。提供將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣所需的空氣量，氧化系統(tǒng)采用噴管式系統(tǒng)。

（4）吸收塔循環(huán)池功能。完成酸性物質(zhì)和脫硫劑的反應(yīng)，提供脫硫劑足夠的溶解時(shí)間。事故池配備有一臺(tái)循環(huán)泵和一臺(tái)攪拌器，并由石灰漿液加入系統(tǒng)，從而確保脫硫塔能夠?qū)崿F(xiàn)100%的利用率。為了防止吸收塔煙道入口倒灌漿液，在吸收塔循環(huán)池上部設(shè)溢流口。

（5）循環(huán)池漿液攪拌系統(tǒng)能防止?jié){液沉淀結(jié)塊，合理的設(shè)計(jì)布置保證氧化空氣的最佳分布和漿液的充分氧化，保證氧化過(guò)程不需添加任何化學(xué)藥劑。

（6）除霧器安裝在吸收塔上部，用以分離凈煙氣攜帶的霧滴。除霧器采用一級(jí)板式除霧器+一級(jí)管束除霧器，保證煙氣含塵量<5mg/m3。

2.4.3脫硫劑制備系統(tǒng)

漿液輸送系統(tǒng)包括一個(gè)石灰漿液罐及一個(gè)石灰儲(chǔ)倉(cāng)。石灰漿液罐按設(shè)計(jì)工況下3h的耗量設(shè)計(jì)。石灰儲(chǔ)倉(cāng)按設(shè)計(jì)工況下3d的耗量設(shè)計(jì)

2.4.4石膏處理系統(tǒng)

在漿液循環(huán)池底部鼓入空氣對(duì)脫硫液進(jìn)行氧化，使?jié){液循環(huán)池漿液得到徹底氧化。氧化后的石膏漿液通過(guò)石膏漿液泵送入石膏旋流器濃縮，濃縮后的石膏漿液送到真空皮帶脫水機(jī)，經(jīng)脫水處理后的表面含水率不超過(guò)10%。

2.4.5工藝水及輔助系統(tǒng)

吸收塔塔內(nèi)的水蒸發(fā)會(huì)造成脫硫系統(tǒng)水流失，為了維持整套脫硫系統(tǒng)的水平衡，必須對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。

3運(yùn)行結(jié)果

項(xiàng)目投產(chǎn)實(shí)施后鍋爐進(jìn)出口煙氣實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，通過(guò)煙氣超低排放改造后，煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放指標(biāo)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定。

結(jié)束語(yǔ)

煙氣超低排放改造后煙氣排放指標(biāo)穩(wěn)定，優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，選用SCR脫硝+石灰石膏法煙氣脫硫技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煙氣的超低排放，此項(xiàng)目的實(shí)施為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境改善起積極作用，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，也為此種工藝煙氣超低排放提供了參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]孫冰冰，呂建明，吳迪，等.唐鋼中厚板公司燃?xì)忮仩t煙氣凈化脫硫脫硝工藝選擇與應(yīng)用[J].冶金能源，2019（4）：54-57.