焦爐煙氣SDS 脫硫脫硝技術探討

張超，葉昊，嚴大群

（江蘇科行環(huán)保股份有限公司，江蘇 鹽城 224051）

目前，焦爐煙道氣常用的治理工藝為“中低溫SCR 脫硝+余熱回收+氨法脫硫+（消白）+煙囪直排”，該工藝存在脫硫塔腐蝕、脫硝效率衰減、余熱鍋爐阻力異常等問題，影響焦爐正常生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，焦化廠逐步采用“SDS 脫硫除塵+中低溫SCR 脫硝”工藝方案改造，表現(xiàn)較優(yōu)。柳鋼首套“SDS 脫硫除塵+中低溫SCR 脫硝”裝置投運以來，焦爐煙氣的二氧化硫、氮氧化物及顆粒物均穩(wěn)定達標排放[1]，目前陜西一批焦化單位也正進行相關的脫硫脫硝工藝改造。

1 SDS 脫硫脫硝工藝流程

焦爐煙氣通過地下煙道引出，先進入換熱器降溫至260℃以下后，進入SDS 脫硫除塵系統(tǒng)，去除煙氣中SO2、粉塵，再進入SCR 脫硝反應器，脫除煙氣中的NOx，然后進入余熱鍋爐回收余熱，最后進入原混凝土煙囪排放。煙氣排放溫度為130℃—160℃，不存在冒白煙現(xiàn)象。

1.1 SDS 脫硫工藝

煙氣進入脫硫反應器，并噴入碳酸氫鈉（小蘇打，NaHCO3）超細粉。碳酸氫鈉在高溫下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)（如SO3、HF、HCl 等）發(fā)生反應后，被吸收凈化。脫硫后粉狀顆粒產(chǎn)物隨氣流進入布袋除塵器后被收集。同時碳酸氫鈉還可通過物理吸附去除一些無機和有機微量物質(zhì)。反應式如下：

煙氣溫度在160℃以上時，SDS 脫硫效率可以達到95℃，而且?guī)缀醪辉黾訜煔庀到y(tǒng)的運行阻力。另外，相較于其他脫硫工藝，SDS 工藝溫降小（可控制在10℃—15℃）、布置緊湊、無廢水產(chǎn)生。

1.2 中低溫SCR 系統(tǒng)工藝

SCR 技術成熟，脫硝效率高且穩(wěn)定，是煙氣脫硝超低排放應用最廣的工藝之一。其原理是在高溫和催化劑的作用下，利用噴入煙氣中的NH3將煙氣中的NOx還原為N2和水。SCR 技術的核心是催化劑，在焦化行業(yè)脫硫中，主要使用中低溫催化劑，反應溫度區(qū)間為160℃—250℃。脫硝效率和催化劑活性下降的主要原因是：1）煙氣夾帶的焦油黏附在催化劑表面；2）硫酸鹽化和表面硫酸銨的沉積造成催化劑中毒[2]。

在SDS 脫硫脫硝工藝中，SDS 脫硫除塵前置，可以改性吸附煙氣中的焦油和其他雜質(zhì)，為催化劑的使用創(chuàng)造理想的條件。此外，裝置增加催化劑熱解析系統(tǒng)，將脫硝反應器周期性加熱至350℃左右，將黏附在催化劑表面的硫酸氫氨可以通過熱解析的方式進行分解去除。

2 SDS 脫硫脫硝工藝在陜西某焦化項目上的應用

2.1 項目概述

以陜西某焦化廠2#煙氣脫硫改造項目為例，焦爐規(guī)格為：2×65 孔、5.5m 搗固爐，焦爐煙氣參數(shù)如表1 所示。原焦爐脫硫脫硝采用的工藝路線為“中低溫SCR 脫硝+余熱回收+氨法脫硫+脫硫塔煙囪直排”，改造后的工藝路線為“換熱器+鈉基干法脫硫+布袋除塵+SCR 脫硝（利舊）+余熱鍋爐（利舊）+引風機（利舊）+焦爐煙囪排放”。該改造項目現(xiàn)已投入運行，各項指標均達到了排放要求。

表1 焦爐煙氣與實際排放參數(shù)

2.2 項目設計總結

2.2.1 SDS 脫硫工藝設計總結

（1）小蘇打料倉防堵。市場袋裝小蘇打一般粒徑小于1mm，易壓實結塊，而且儲存時易吸潮板結。設計時考慮：1）料倉設計按24 小時容量考慮，每天需加料一次；2）料倉內(nèi)部設計拱裝支撐，防止物料壓實；3）料斗設計大功率振壁器。

（2）反應溫度確定。SDS 脫硫要求反應溫度大于140℃，提高溫度有利于提高脫硫效率，減小脫硫劑的小時耗量，同時考慮除塵器濾袋的耐溫，控制溫度一般不超過260℃。

（3）反應時間確定。根據(jù)工程實例，脫硫反應2s 即可；進一步延長反應時間，脫硫效率無明顯提升。噴射口應布置在有利于脫硫劑與煙氣混合的位置。

（4）脫硫溫降控制。除塵器濾袋濾料最高耐溫為260℃，中低溫SCR 要求溫度越高越好，這就要求除塵器本體及除塵與脫硝間的連接煙道溫降越低越好。設計時考慮：1）相關煙道和除塵器本體保溫采用硅酸鋁棉且增加厚度；2）除塵器檢修門、孔等均采用雙層保溫結構。項目實際控制溫降在10℃左右。

2.2.2 中低溫SCR 工藝設計總結

（1）反應溫度的確定。脫硝效率隨著溫度的升高而快速增大，溫度超過230℃時，脫硝效率隨溫度升高的增速變緩[3]，這就要求前端脫硫系統(tǒng)應嚴格控制溫降。催化劑溫度與脫硝效率曲線見下圖。焦爐推薦SCR 反應溫度為200℃—250℃，無需額外加熱煙道氣。

催化劑溫度與效率曲線

（2）反應器流場模擬。設計結合流場分析結果并進行合理優(yōu)化，確保滿足《火力發(fā)電廠煙氣脫硝設計技術規(guī)程》（DL/T 5480—2013）的相關要求。

（3）優(yōu)化噴氨格柵的設計，控制氨氮摩爾比。增加氨氮比可以提高脫硝效率，但氨逃逸超過3ppm，會加劇催化劑活性下降，并造成二次污染。

（4）催化劑熱解析系統(tǒng)。項目設計反應器分四個倉室，可實現(xiàn)單倉獨立在線解析。熱解析流程：將高溫循環(huán)風機抽取脫硝后的高溫煙氣，采用焦爐煤氣加熱爐進行加熱，保證脫硝單倉室溫度為350℃左右，保溫12—24h，排出的含硫氣體返回SDS 脫硫前端。

2.2.3 新增阻力控制

焦爐現(xiàn)場布置緊湊，改造空間小，煙道路徑長。項目要求舊引風機不改造，而且不影響焦爐正常生產(chǎn)，明確“換熱器+SDS 脫硫除塵”阻力不得高于1800Pa。設計時考慮：1）選用上升管式余熱鍋爐，設置蒸汽吹灰裝置，可在線清灰；2）優(yōu)化煙道設計，如連接煙道布置順暢、風速≤15m/s、彎曲半徑1.5D、異徑接頭增加導流板等；3）布袋除塵器過濾風速選擇0.7—0.8m/min。

項目實際運行時，“換熱器+SDS 脫硫除塵”阻力可保證不大于1500Pa，確保了焦爐正常生產(chǎn)。

2.2.4 副產(chǎn)物回收

SDS 脫硫副產(chǎn)物主要為Na2SO4，一般為灰色粉末狀物質(zhì)，有一定的吸潮性，屬于一般工業(yè)廢棄物。副產(chǎn)物化學分析詳見表2。

表2 陜西某焦化廠SDS 副產(chǎn)物化學分析

應在方案初期與業(yè)主溝通脫硫副產(chǎn)物去向，避免二次污染。目前有部分企業(yè)將脫硫副產(chǎn)物配煤煉焦，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)將脫硫副產(chǎn)物回配燒結機處理[4]。

3 結語

在焦化行業(yè)，SDS 干法脫硫脫硝工藝在溫降低、無廢水、系統(tǒng)阻力低等方面較其他工藝，有較好的優(yōu)勢。SDS 脫硫前置，保證了較高的脫硫效率，脫硫除塵后的煙氣進一步進行中低溫SCR 脫硝，有效保證了脫硝效率的穩(wěn)定性，并延長了催化劑使用壽命。該工藝更可拓展到其他行業(yè)。同時，SDS 干法脫硫脫硝工藝缺點也很明顯，脫硫的副產(chǎn)物綜合利用還有待進一步開發(fā)，避免成為新的污染源。