焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用研究

徐雙全

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

燃煤煙氣中的SO2和NO2是造成酸雨、光化學(xué)煙霧和霧霾等環(huán)境污染的元兇，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，還嚴(yán)重侵害了人們的身體健康。大部分煤電企業(yè)SO2和NO2的排放已達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，但是焦化領(lǐng)域發(fā)展相對(duì)粗放，多數(shù)焦化企業(yè)煙氣排放尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，還存在一定的差距。

1 焦?fàn)t煙氣脫硫、脫硝技術(shù)概述

1.1 搗固爐脫硫技術(shù)概述

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)煙氣脫硫技術(shù)主要包括三種：濕法煙氣脫硫技術(shù)、干法煙氣脫硫技術(shù)和半干法煙氣脫硫技術(shù)，各技術(shù)原理和特點(diǎn)主要為：

1）濕法煙氣脫硫技術(shù)是在脫硫塔中注入液態(tài)脫硫劑與煙氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)煙氣硫元素的洗滌、吸收和脫除。由于濕法煙氣脫硫技術(shù)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生鹽顆粒，并經(jīng)煙氣排放到空氣形成PM2.5顆粒物，對(duì)生態(tài)環(huán)境具有二次污染作用，因此，濕法煙氣脫硫技術(shù)在煤化工行業(yè)中應(yīng)用較少。

2）干法煙氣脫硫技術(shù)是以無(wú)液相物質(zhì)介入脫硫反應(yīng)，在干燥環(huán)境下進(jìn)行的煙氣脫硫技術(shù)。干法脫硫技術(shù)具有耗水量少、無(wú)污水排出、設(shè)備腐蝕性小等特點(diǎn)，經(jīng)脫硫后的煙氣溫度無(wú)顯著下降，有利于煙氣熱量回收利用。在干法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用中，可直接向裝置內(nèi)噴涂脫硫劑進(jìn)行脫硫，相關(guān)研究表明干法煙氣脫硫效果可達(dá)到90%～95%。

3）半干法煙氣脫硫技術(shù)是將脫硫液霧化滴入脫硫塔中，通過(guò)與煙氣中SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成干粉狀脫硫灰。由于煙氣溫度較高，脫硫液中水汽經(jīng)加熱蒸發(fā)，因此，該方法不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，能夠取得良好的脫硫效果[1]。

1.2 搗固爐脫硝技術(shù)概述

當(dāng)前，在煤化工搗固爐煙氣脫硝方法主要采用燃燒后脫氮技術(shù)，通過(guò)選擇性催化還原（SCR）法或非選擇性催化還原（SNCR）方法，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。各技術(shù)原理為：

1）SCR 法是在250～450 ℃下，通過(guò)SCR 催化劑選擇性與煙氣中NO2發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)N2和H2O，從而達(dá)到脫硝的目的。根據(jù)相關(guān)研究，在煙氣溫度大于255 ℃情況下，SCR 脫硝方法脫硝率可達(dá)到90%以上。

2）SNCR 法是以還原劑作為反應(yīng)原料，在特定溫度下，還原劑與煙氣中的NO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成N2和H2O 的脫硝技術(shù)。SNCR 法反應(yīng)溫度一般控制在800～1 000 ℃，將混入NH3、H2O 的還原劑噴入煙氣中，還原劑受熱分解為NH3，并與煙氣中NO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成N2和H2O。根據(jù)相關(guān)研究，在實(shí)驗(yàn)室條件下，SNCR 法脫硝效率可達(dá)到75%以上，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于還原劑易出現(xiàn)泄露損耗等問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)際脫硝效率下降[2]。

綜上所述，在搗固爐脫硫技術(shù)選擇時(shí)，由于濕法煙氣脫硫技術(shù)對(duì)環(huán)境具有二次污染作用，本研究不考慮采用，僅對(duì)干法脫硫和半干法脫硫技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比研究。在脫硫劑選擇方面，常用的脫硫劑包括Ca 基和Na 基脫硫劑，但由于Ca 基脫硫劑容易堵塞管路，因此，本研究選用成本相對(duì)較高的Na 基脫硫劑。在脫硝技術(shù)選擇方面，由于SNCR 方法脫硝效率較低，且其反應(yīng)產(chǎn)生的N2O 對(duì)環(huán)境具有一定的破壞作用，因此，本研究選用SCR 法脫硝技術(shù)方案。脫硝劑選用專用納米陶瓷低溫脫硝催化劑。

2 搗固焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)試驗(yàn)研究

2.1 煙氣脫硫技術(shù)試驗(yàn)

2.1.1 干法脫硫工藝流程

干法脫硫系統(tǒng)由干法脫硫塔、干法脫硫劑粉倉(cāng)、變頻挨給料機(jī)、格式給料閥和干法脫硫劑給料風(fēng)機(jī)組成。本系統(tǒng)工藝流程為：脫硫劑粉倉(cāng)中NaHCO3經(jīng)給料閥進(jìn)入給料機(jī)中，給料機(jī)按比例將脫硫劑輸送到煙氣管道中進(jìn)行脫硫反應(yīng)。脫硫塔為立式塔，搗固爐煙氣自塔的下部進(jìn)入，自塔頂流出，塔中部為脫硫反應(yīng)段，反應(yīng)段設(shè)有脫硫劑噴掃口，脫硫劑經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后輸入至脫硫反應(yīng)器反應(yīng)段，使脫硫劑與煙氣充分混合、膨化。脫硫劑在脫硫塔系統(tǒng)總流動(dòng)，經(jīng)脫硝系統(tǒng)時(shí)被除塵器布袋捕集，集聚形成粉塵層，避免粉塵顆粒物造成二次污染，符合煙氣改造系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)要求[3]。

2.1.2 半干法噴霧脫硫工藝流程

本系統(tǒng)由半干法脫硫塔、雙流體霧化器、半干法脫硫制備裝置、脫硫液泵等組成。工藝流程為：在脫硫液配液罐中按一定溶解度將Na2CO3粉劑配置成脫硫溶液，并將脫硫溶液輸送至儲(chǔ)罐內(nèi)保溫?cái)嚢瑁柚┍米⑷胫撩摿蛩磻?yīng)段，通過(guò)雙流體噴嘴霧化裝置高壓霧化，由于霧化脫硫溶液噴射速度可達(dá)100～340 m/s，而霧化液體速度小于2 m/s，能夠確保霧化脫硫溶液與煙氣充分接觸，脫硫溶液在氣體的沖擊下形成霧狀小液滴。脫硫溶液液滴經(jīng)煙氣高溫蒸發(fā)后成為干粉脫硫劑，并經(jīng)脫硝系統(tǒng)時(shí)被袋狀脫硝催化劑捕集，逐漸形成粉塵層，與煙氣中SO2繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，干法煙氣脫硫工藝和半干法煙氣脫硫工藝均能實(shí)現(xiàn)顆粒物捕集、回收和利用，煙氣帶出的顆粒物量小于15 mg/m3，符合國(guó)家有關(guān)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)脫硝袋狀脫硝催化劑捕集的顆粒留存于布袋表層，經(jīng)壓縮空氣吹掃清灰后落入灰斗內(nèi)，經(jīng)格式排料閥排出[4]。

2.2 搗固爐SCR 法脫硝技術(shù)研究

本研究中，脫硝系統(tǒng)主要由脫硝塔、清灰系統(tǒng)、噴氨系統(tǒng)、單倉(cāng)熱解系統(tǒng)和煙道廢氣加熱系統(tǒng)組成。搗固爐煙氣經(jīng)脫硫和噴氨處理后，煙氣溫度約為160℃，在煙氣進(jìn)入脫硝系統(tǒng)前加設(shè)燃?xì)鉄犸L(fēng)爐加熱煙氣至220℃。脫硝反應(yīng)器采用長(zhǎng)方形鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，煙氣自反應(yīng)器下部進(jìn)入，自上部排出，入口處設(shè)置導(dǎo)流板，脫硝反應(yīng)器采用模塊化倉(cāng)室結(jié)構(gòu)，各倉(cāng)室設(shè)置檢查門和可拆卸測(cè)試元件，可通過(guò)閥門啟閉實(shí)現(xiàn)催化劑的投用、維修、更換等操作。本研究中，脫硝還原劑為NH3，可在催化劑與煙氣中NO2發(fā)生反應(yīng)，生成N2和H2O，實(shí)現(xiàn)NO2的脫除。

2.3 脫硫脫硝技術(shù)效果分析

在試驗(yàn)條件一定的情況下，分析搗固爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)效果：

1）干法脫硫過(guò)程中，調(diào)節(jié)干粉輸送風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)脫硫劑給劑量，煙氣溫度控制在180～300 ℃范圍內(nèi)。經(jīng)試驗(yàn)研究，干法脫硫系統(tǒng)中，隨煙氣溫度升高，干法脫硫系統(tǒng)脫硫效果越明顯，而后呈下降趨勢(shì)，經(jīng)試驗(yàn)研究，干法煙氣脫硫工藝最佳操作溫度為235～255 ℃，溫度過(guò)高則容易引起NaHCO3和Na2CO3出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致脫硫效率下降。從堿硫體積比來(lái)看，當(dāng)堿硫體積比小于1 時(shí)，脫硫效率隨脫硫劑輸入量而上升；當(dāng)堿硫體積比大于1 時(shí)，脫硫率趨于平緩，脫硫劑利用率下降，因此，綜合成本和脫硫率，可以1.5～2 作為最佳堿硫比。在最佳操作溫度范圍和堿硫比條件下，采用干法煙氣脫硫工藝脫硫率可達(dá)到80%～85%；

2）半干法煙氣脫硫工藝。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的碳酸鈉溶液作為脫硫劑，脫硫塔入口溫度為180 ℃條件下，煙氣駐留時(shí)間越長(zhǎng)則脫硫效率上升，但脫硫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致煙氣中硫元素溶于液體中形成“煙雨”現(xiàn)象，并出現(xiàn)堵管和設(shè)備腐蝕問(wèn)題，脫硫塔出口煙氣接近飽和溫度，導(dǎo)致大量未反應(yīng)完全的液滴經(jīng)煙氣帶出造成二次污染。經(jīng)本研究表明，在半干法煙氣脫硫系統(tǒng)中，最低出口溫度為115 ℃。半干法煙氣脫硫系統(tǒng)堿硫比與干法煙氣脫硫系統(tǒng)一致，以1.5～2 為最賤堿硫體積比。經(jīng)試驗(yàn)研究，采用半干法煙氣脫硫技術(shù)脫硫率可達(dá)到 90%左右，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）納米陶瓷低溫脫硝SCR 法脫硝。在180～240 ℃操作溫度條件下，研究表明，由于催化劑對(duì)溫度要求較高，脫硝效率隨溫度上升而提高，催化劑溫度達(dá)到240 ℃時(shí)，脫硝效率可達(dá)到85%。同時(shí)，以NH3作為還原劑情況下，為避免多余的氨氣逸出，應(yīng)脫硝塔出口前增設(shè)除氨工段，保障在噴氨過(guò)量的情況下氨逃逸不會(huì)過(guò)高。經(jīng)本試驗(yàn)研究，采用SCR 法脫硝技術(shù)脫硝率可達(dá)到90%左右，滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在研究煤化工搗固爐脫硫脫硝工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)研究分析了煙氣脫硫技術(shù)和脫硝技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，半干法煙氣脫硫技術(shù)和納米陶瓷低溫脫硝SCR 法脫硝技術(shù)可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠改善搗固爐煙氣脫硫脫硝排放要求，對(duì)搗固爐技術(shù)改造升級(jí)具有重要指導(dǎo)意義。