焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)分析

董延軍

（平頂山市東鑫焦化有限責(zé)任公司， 河南 平頂山 467000）

環(huán)境保護(hù)問(wèn)題是近年來(lái)社會(huì)關(guān)注熱點(diǎn)，焦化廠焦?fàn)t煙氣排放前的處理對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。焦?fàn)t煙氣中所含有的氮氧化物與二氧化硫等對(duì)環(huán)境有著嚴(yán)重不利影響，因此煙氣處置的重點(diǎn)也就放在了脫硫脫硝上。作為焦化廠生產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，焦?fàn)t煙氣的脫硫脫硝工序具有極強(qiáng)的綜合性，當(dāng)下焦化廠的煙氣脫硫脫硝工藝在工藝流程與技術(shù)細(xì)節(jié)上還存在一定的難點(diǎn)需要克服，因此需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。

1 焦化廠焦?fàn)t煙氣處理難點(diǎn)

結(jié)合焦?fàn)t煙氣處理的行業(yè)特征與筆者的從業(yè)經(jīng)歷，分析當(dāng)下焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理過(guò)程中存在的多方面的技術(shù)難點(diǎn)。

1.1 煙氣溫度高

工廠鍋爐燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，焦?fàn)t煙氣的一般生產(chǎn)過(guò)程：所裝潔凈煤經(jīng)煤塔進(jìn)行煤炭輸送，然后進(jìn)入焦化區(qū)炭化室進(jìn)行高溫蒸餾生成焦炭；對(duì)其熱處理操作過(guò)后，將之與空氣進(jìn)行混合燃燒，產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過(guò)交換和熱處理后，通過(guò)垂直排放通道、蓄熱室等區(qū)域，最后到主煙道和煙囪。在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，焦?fàn)t煙氣生成和排出的初始熱度較高，盡管經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)裝置操作后，溫度會(huì)發(fā)生一定程度的下降，但大部分焦?fàn)t煙氣從煙囪排出后還是處于高溫狀態(tài)。除此之外，在焦化廠鍋爐的燃燒使用中，焦?fàn)t煙囪必須做好長(zhǎng)久的保溫措施。這個(gè)問(wèn)題的存在會(huì)使焦?fàn)t煙氣的實(shí)際排出溫度大于或等于限定溫度值。

1.2 煙氣成分復(fù)雜，設(shè)備不穩(wěn)定

在焦?fàn)t煙氣的生產(chǎn)和排放中，煙氣中混有多種含塵氣體和混合物質(zhì)，如氮氧化物、二氧化硫等。另外，散布在煙道中的二氧化硫氣體在與反應(yīng)劑接觸時(shí)還會(huì)與氨發(fā)生反應(yīng)，形成腐蝕性強(qiáng)的硫酸。煙氣所含成分過(guò)于復(fù)雜，增加了處理工藝的復(fù)雜程度與難度，且在長(zhǎng)期針對(duì)含硫氨基酸的處理過(guò)程中，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備發(fā)生了不同程度的腐蝕與損害，焦?fàn)t煙氣中的各種污染物難以單獨(dú)完成轉(zhuǎn)化。

2 焦化廠主要焦?fàn)t煙氣脫硫技術(shù)

焦?fàn)t燃燒煤炭產(chǎn)生的煙氣中含有二氧化硫，其具有弱酸性，因此可以通過(guò)堿性物質(zhì)與焦?fàn)t煙氣中和以除去二氧化硫。焦?fàn)t煙氣脫硫所使用的吸收劑在形式上有所不同，因此將脫硫技術(shù)分為干法與濕法兩種不同工藝[1]。

2.1 干法脫硫技術(shù)

干法脫硫工藝技術(shù)原理：碳酸鈣固體在高溫下噴入爐中進(jìn)行鍛造和燃燒，反應(yīng)生成氧化鈣，后與焦?fàn)t煙氣中的二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸鈣?；蚋鶕?jù)焦化廠的具體情況，通過(guò)活性炭吸附或電子束輻照的方式，將煙氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸或硫酸銨，該工藝也稱為干法脫硫技術(shù)。

干法脫硫工藝的主要特點(diǎn)：無(wú)論采用何種方式，焦?fàn)t煙氣都與固體堿反應(yīng)劑接觸，煙氣中的二氧化硫與固體堿吸收劑發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硫酸鹽。為保證煙氣脫硫的效率，加入的固體堿性反應(yīng)劑應(yīng)預(yù)先粉碎。在半干法脫硫過(guò)程中，所使用的堿性物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)會(huì)形成一層液膜，煙氣中的二氧化硫會(huì)與液膜進(jìn)行反應(yīng)融合，從而提升煙氣脫硫轉(zhuǎn)化的效果。采用干法進(jìn)行煙氣脫硫處理時(shí)，需要保證焦?fàn)t煙氣的反應(yīng)通道保持相對(duì)干燥。

干法脫硫工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：與其他焦?fàn)t煙氣脫硫工藝相較，干法煙氣脫硫工藝在應(yīng)用上擁有許多優(yōu)勢(shì)，如傳熱、傳質(zhì)能力強(qiáng)，脫硫系統(tǒng)建設(shè)投入較低（無(wú)需進(jìn)行鮮明的煙氣冷卻，且鍋爐效率高），具有較強(qiáng)的煙囪通風(fēng)能力等。但該工藝同時(shí)還應(yīng)用到諸多大型設(shè)備的建設(shè)與應(yīng)用中，有占地面積大、脫硫吸附劑在使用中消耗量較大、煙氣處理效率不高且處理后的氣體含塵量高的缺點(diǎn)。

2.2 濕法脫硫技術(shù)

當(dāng)下，在大部分焦化廠的運(yùn)作和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，濕法煙氣脫硫工藝有諸多形式，應(yīng)用最為廣泛的有石膏法、廢渣法和氨法三種。這里具體介紹這三種煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用原理、工藝特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。

石膏法脫硫的技術(shù)原理與操作流程：空氣被吹入轉(zhuǎn)化設(shè)施后，硫酸鈣被立刻氧化并轉(zhuǎn)化為石膏，吹入的空氣使灌漿更加均勻，并略微增加煙氣脫硫率。煙氣脫硫工業(yè)處理中，石膏法是大部分焦化廠最常用的濕法煙氣脫硫手段之一，石灰石是重要的脫硫劑。這種脫硫方法在實(shí)際應(yīng)用中具有使用范圍較廣、效果好、吸收劑利用率高且轉(zhuǎn)化效果好、處理效果穩(wěn)定的特點(diǎn)。同時(shí)，這種方法也具有煙氣脫硫投入高、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定（經(jīng)常發(fā)生設(shè)備腐蝕嚴(yán)重）、改造后石膏處置路徑單一等缺點(diǎn)。

廢渣法則是將吸收塔煙氣中的二氧化硫采用石灰石漿液進(jìn)行洗滌，從而將煙氣中分布的二氧化硫接連轉(zhuǎn)化為亞硫酸鈣和硫酸鈣，以達(dá)到有效脫除二氧化硫的目的。盡管固體廢物處理工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，該工藝往往存在設(shè)備結(jié)垢、堵塞和各種沉積物等問(wèn)題，吸收塔內(nèi)這些物質(zhì)的連續(xù)積累導(dǎo)致煙氣脫硫可靠性不高[2]。

氨法主要利用氨水作為脫硫劑，液體轉(zhuǎn)化劑用于凈化焦?fàn)t煙氣。處理后，煙氣中的二氧化硫被去除。與其他工藝手段相較，氨法脫硫工藝對(duì)焦?fàn)t煙氣處理產(chǎn)物有著較高的回收價(jià)值（產(chǎn)生的硫酸等物質(zhì)可回收使用），此外還有氨蒸餾系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷小等應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。然而，氨法煙氣脫硫工藝不是一種綜合煙氣處理方案，不能與其他焦?fàn)t煙氣脫硝工藝相結(jié)合，須要安裝特定的處理裝置。此外，該工藝還存在一些缺點(diǎn)，如副產(chǎn)品純度波動(dòng)大、煙氣處理溫度低、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定（經(jīng)常造成設(shè)備腐蝕損壞）等。

3 常見(jiàn)的焦?fàn)t煙氣脫硝工藝

3.1 SCR 煙氣脫硝工藝原理

SCR 工藝技術(shù)系統(tǒng)是最為成熟的。煙氣脫硝工藝的理念是在適宜的溫度下創(chuàng)造一個(gè)焦?fàn)t煙氣脫硝環(huán)境，調(diào)節(jié)催化反應(yīng)溫度，采用適當(dāng)類型的催化劑和還原劑，將煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化形成水和氮?dú)狻?/p>

3.2 SCR 工藝流程的優(yōu)缺點(diǎn)

使用SCR 技術(shù)進(jìn)行焦?fàn)t煙氣的脫硝處理，具有轉(zhuǎn)化效率高、效果穩(wěn)定的特點(diǎn)，煙氣中80%以上的氮氧化物能被有效轉(zhuǎn)化，且該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用范圍和成熟的煙氣脫硝處理系統(tǒng)。但該處理手段也有一些缺點(diǎn)，如流程繁瑣、經(jīng)濟(jì)投入高、需單獨(dú)建設(shè)焦?fàn)t煙氣加熱系統(tǒng)、沒(méi)有附加的經(jīng)濟(jì)效益等。此外，國(guó)內(nèi)某些焦化廠在處理煙氣時(shí)，一般采用改進(jìn)的SCR煙氣脫硝工藝配置催化劑，可有效降低煙氣反應(yīng)溫度。該工藝不僅存在催化劑性能波動(dòng)、催化劑中毒等技術(shù)層面上的問(wèn)題，而且目前普遍使用的低溫脫硝催化劑收購(gòu)價(jià)格高[3]。

4 焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝的改進(jìn)措施

4.1 先脫硫后脫硝

焦?fàn)t煙氣先脫硫后脫硝工藝的具體操作工序：首先將焦?fàn)t煙氣引入到干燥脫硫裝置中去除煙氣中的二氧化硫；然后將其導(dǎo)進(jìn)脫硫焦?fàn)t煙氣SCR 脫硝系統(tǒng)進(jìn)行脫硝轉(zhuǎn)化，在此過(guò)程中需要對(duì)煙氣進(jìn)行持續(xù)加熱；之后焦?fàn)t煙氣進(jìn)入余熱鍋爐并持續(xù)加熱；最后將經(jīng)過(guò)脫硫脫硝操作的焦?fàn)t煙氣從煙囪排到大氣中。

此種工藝的特點(diǎn)：煙氣先脫硫后脫硝工藝在大大降低焦?fàn)t煙氣中二氧化硫濃度的前提下，還減少了煙氣處理過(guò)程中產(chǎn)生的硫酸等雜質(zhì)的總量，延長(zhǎng)了焦?fàn)t的實(shí)際使用壽命。但在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到成本投入，不建議采用濕法煙氣脫硫工藝。此外，還有必要增設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)，將焦?fàn)t煙氣脫硝反應(yīng)中的熱煙氣引入余熱鍋爐。

4.2 先脫硝后脫硫

焦?fàn)t煙氣先脫硝后脫硫工藝的具體操作工序：將焦?fàn)t引入SCR 煙氣脫硫系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況選擇是否加熱煙氣，然后將煙氣引入余熱鍋爐，再進(jìn)行氨法煙氣脫硫工藝，最后將焦?fàn)t煙氣通過(guò)煙囪脫硫后排出，煙氣從余熱鍋爐通往煙囪過(guò)程中持續(xù)加熱[4]。

這種工藝方法存在一定的技術(shù)缺陷。在先脫硝后脫硫的具體操作流程中，存在催化劑中毒概率高和煙氣反應(yīng)溫度低的問(wèn)題，因此有必要找出問(wèn)題源頭，并選用科學(xué)有效方法來(lái)解決。催化劑中毒概率大的首要原因是焦?fàn)t煙氣經(jīng)過(guò)脫硫脫硝系統(tǒng)后，二氧化硫含量有所提升，在一定溫度條件下與氨發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，而生成的硫酸氫鹽中含有一定的有毒物質(zhì)，從而引起催化劑中毒、失活、堵塞等衍生問(wèn)題。因此，應(yīng)該采用煙氣脫硝裝置的前端過(guò)濾和清洗設(shè)備，按時(shí)對(duì)附著在催化劑表層的多種雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾和清洗。此外，焦?fàn)t煙氣在熱處理時(shí)應(yīng)保證煙氣熱度維持在一定條件下，且煙囪應(yīng)長(zhǎng)期處于熱備狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理過(guò)程還會(huì)受到煙氣溫度高、煙氣成分復(fù)雜以及設(shè)備不穩(wěn)定等因素的影響，這都是煙氣處理過(guò)程中的難點(diǎn)所在，在很大程度上限制著煙氣脫硫脫硝處理的效率，經(jīng)過(guò)對(duì)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝流程進(jìn)行深入剖析，提出了的具體改進(jìn)措施，以加強(qiáng)焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理的效率和水平。