焦爐煙氣脫硫脫硝凈化技術與工藝分析

閆紅霞 山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司

2012 年，國家出臺了《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》，其中指出，2015 年之后新建的煉焦爐二氧化硫（SO2）的排放濃度不得高于50mg/Nm3，氮氧化物的排放濃度不得高于500mg/Nm3，對于一些存在特別排放限制的地區(qū)，這兩項物質的排放限額則分別需要低于30mg/Nm3和150mg/Nm3。倘若未切實落實針對焦爐的凈化措施，將難以滿足達標排放要求。這不僅會影響相關企業(yè)的經濟效益，還會對生態(tài)環(huán)境產生較大的危害。基于此，須得將行之有效的焦爐煙氣脫硫脫硝工藝貫徹落實。

1 焦爐煙氣脫硫脫硝凈化技術與工藝形式

1.1 干法脫硫技術

干法脫硫工藝與半干法脫硫工藝在實際應用時，需要在煙道氣流內噴射固體堿性吸收劑，或者是使得在堿性吸收劑中穿透焦爐煙氣的形式，使之與吸收劑之間相互接觸。一般情況下，無論在實際運用的時候通過何種形式，焦爐煙氣中所存在的二氧化硫都會和固體堿性物質之間產生相應的化學反應，進而生成亞硫酸鹽或硫酸鹽。為了能夠加快上述反應的效率，所使用的固體堿性物質通常需要呈現(xiàn)出疏松或細碎的特征。此外，在半干法脫硫工藝實際應用期間，還需要在煙道氣中添加適當?shù)乃郑瑥亩沟脡A性物質顆粒表層能夠生成一層液膜，在這一條件的支撐下，二氧化硫將會在其中更加順利地溶入進去，可以正向影響固體堿性物質和脫硫的反應效率。無論是干法脫硫技術中的脫硫吸收環(huán)節(jié)，還是處理產物環(huán)節(jié)，其所進行的環(huán)境均為相對干燥的情況，并且此類處理工藝在使用期間不會明顯腐蝕設備，同時還可以在很大程度上實現(xiàn)污水排放過程的有效規(guī)避。不僅如此，在煙氣處理的具體過程中，也不會發(fā)生明顯的溫度下降情況。因此，一般來說，干法脫硫工藝的運用能夠使煙氣排放和擴散變得更加簡單，但干法脫硫工藝在實際運行期間，往往無法取得較高的脫硫效率，且脫硫劑的利用效率也不高，在凈化處理時還需要使用較為龐大的設備，占用過多空間。

1.2 濕法脫硫技術

就現(xiàn)階段在全球范圍內不同國家所采用的焦爐煙氣濕法脫硫工藝而言，其所采用的技術類型、運行機制以及工藝原理都存在著明顯的相似性。在實際應用濕法脫硫技術的過程中，通常借助石灰、碳酸鈉和石灰石等材料，用上述材料充當反應用的洗滌劑，再使焦爐煙氣在反應塔中加以洗滌，以此達到將焦爐煙氣所存在的二氧化硫高效除去的目的。當前，濕法脫硫技術已經有了數(shù)千年的應用歷史，而且一直在經過逐步的完善和改進，時至今日，這種工藝已呈現(xiàn)了相當完善的發(fā)展狀態(tài)，在實際使用中可以實現(xiàn)超過95%的脫硫效果，且回收反應副產品的難度也較低。以濕法脫硫工藝中的石灰石-石膏脫硫技術作為案例，這種脫硫技術在實際應用時所使用的吸收劑價格不高，因此，其在這一行業(yè)之中實現(xiàn)了應用范圍的擴散。不僅如此，石灰石-石膏濕法脫硫技術在進行期間吸收劑的利用效率和脫硫效率均可以達到較高水準，特別是在一些二氧化硫含量較高的煙氣中，能夠取得理想的脫硫效果。

1.3 SCR 脫硫脫硝凈化工藝

SCR 指的是選擇性催化還原法，這種方法在實際應用期間所選用的還原劑通常為氨，并依托于催化劑的功能，將焦爐煙氣之中存在的NOX還原為H20和N2，即對大氣不會產生污染的水和氮氣。當溫度較低時，這一還原反應的速度相對較慢，因此，一般會采用添加催化劑的形式來加快反應速度。以催化器適用的煙氣溫度條件作為依據(jù)，能夠將SCR 凈化工藝劃分為三種類型：①高溫工藝，即焦爐煙氣自身溫度高于450℃；②中溫工藝，即焦爐煙氣自身溫度處于320 ～450℃；③低溫工藝，即焦爐言其自身溫度處于120 ～320℃。就現(xiàn)階段的工藝水準來看，在眾多脫硝工藝之中，SCR 工藝是一種最為成熟且脫硝效率最為理想的凈化工藝。不僅如此，通過多種技術和設備的組合，SCR 同樣可以在脫硫方面發(fā)揮一定的效能。基于此，在針對焦爐煙氣開展脫硫脫硝凈化處理時，即可以使用SCR 工藝，一般來說，當前具備代表性的SCR 脫硫脫硝工藝主要有SCR 脫硝及雙堿煙氣脫硫技術、SCR 脫硫塔+除塵器+加熱爐+SCR 脫硝的焦爐煙氣治理工藝。

1.3.1 SCR 脫硝及雙堿煙氣脫硫技術

在SCR 脫硝工藝實際應用期間，主要是依托于催化劑的作用，將尿素、NH3一類的還原劑選擇性地與NOx 進行反應，反應之后生成無害的H2O 和N2，并非被O2氧化，所以，SCR 凈化工藝被稱為選擇性催化還原法。在SCR 脫硝工藝之中，主要的反應方程式如下：

在SCR 脫硝工藝應用期間，焦爐煙氣需要先后經過氨水儲罐、氨水蒸發(fā)器、壓力變送器、噴氨格柵、SCR 反應器、余熱鍋爐、脫硫塔進行凈化處理，在完成化學反應之后，即可以將潔凈的煙氣排放至大氣環(huán)境之中。

鈣鈉雙堿法煙氣脫硫工藝在應用期間，需要通過具備可溶性的溶液作為吸收劑，對二氧化硫進行吸收，能夠作為吸收劑的溶劑主要有NaOH 溶液和Na2CO3溶液。在完成二氧化硫的吸收之后，還需要借助石灰漿液，再生吸收液，其中，石灰漿液主要是作為第二堿。在吸收液再生之后，可以進行重復應用，節(jié)約這一方面所投入的成本。在這種工藝應用期間，由于使用到了吸收劑和石灰漿液兩種物質，并且其均為堿性物質，因此這一處理工藝亦被稱為雙堿法。在雙堿法處理焦爐煙氣時，共涉及兩種反應，分別是吸收反應、再生反應，所以，在這一方法之中，涉及兩個層面的化學方程式。吸收反應化學方程式為：

在此期間，因為所使用的吸收液為鈉堿，所以在吸收系統(tǒng)之中，并不會在反應之后出現(xiàn)沉淀物質。

當使用的再生劑為石灰漿液時，具體的再生反應化學方程式為：

在經過再生反應之后，所生成的NaOH 液需要再次轉移至吸收系統(tǒng)之中，同時，在再生反應之中所產生的CaSO3·1/2H2O（半水亞硫酸鈣）需要經過壓縮空氣氧化處理，并由此產生，CaSO4·2H2O，即石膏，并將其轉移至脫水裝置之中進行處理。

SCR 脫硝及雙堿煙氣脫硫技術在實際應用期間，具備如下技術特點。這一凈化技術所采用的吸收劑為鈉堿，此類物質自身具備較強的活性，且有著較大的溶解度，在對焦爐煙氣進行處理時，可以取得較高的脫硫效率。除此之外，憑借脫硫塔外石灰再生反映的形式，將以往石灰法應用期間磨損和結垢情況發(fā)生可能性較大的局面實現(xiàn)了有效解決。脫硫溶液主要是鈉堿和Na 鹽的水溶液，這些溶液本身呈現(xiàn)出弱堿性或中性，在凈化焦爐煙氣的過程之中，不會對設備、管道和水泵等產生較為嚴重的腐蝕，為設備的保養(yǎng)和長久運行提供了有利條件。

1.3.2 SCR 脫硫塔+除塵器+加熱爐+SCR 脫硝的焦爐煙氣治理工藝

在使用這種處理工藝凈化焦爐煙氣時，通常需要憑借脫硫塔、除塵器、氨氣、SCR 脫硝反應塔、刮板機以及循環(huán)風機，圖1 所示為其凈化工藝流程。

圖1 SCR脫硫塔+除塵器+加熱爐+SCR脫硝的焦爐煙氣治理工藝流程圖

在這一凈化工藝實際應用的過程中，具體需要經歷如下步驟。當精洗煤從備煤車間運輸而來，并進入在焦化爐中燃燒時，能夠在950 ～1000℃溫度環(huán)境之下，將精洗煤進行干餾。在這個過程中，高溫條件是造成焦炭煙氣之中存在氮氧化合物的主要條件。當焦爐煙氣的溫度變化為180 ～300℃時，需要將其轉移至脫硫塔中，在經過脫硫處理之后，需要將焦爐煙氣轉移至除塵器中，并使用加熱爐，對煙氣進行加熱處理，再轉移至SCR 脫硝塔中，對煙氣進行脫硝處理，在此之后，即可以將有害物質含量達標的煙氣排放至大氣環(huán)境之中。當實際應用這一處理系統(tǒng)時，熱風機出口位置的煙氣溫度需要高于125℃，從而防止溫度較低損壞煙筒內部部件。在對煙氣流量進行控制時，則需要憑借循環(huán)風機，通過變頻控制的手段加以調控。

2 焦爐煙氣脫硫脫硝凈化技術與工藝優(yōu)化措施

2.1 先脫硝再脫硫

自焦化煙囪之中排放出的煙氣第一步需要通過SCR 反應器，完成脫硝處理，在此之后，其需要轉移至空氣換熱器之中，開展換熱處理，此后，經過上述處理的煙氣需要轉移至余熱鍋爐之中。通過余熱回收之后，煙氣的溫度將會保持在160℃左右。接下來，煙氣需要轉移至脫硫塔之中，完成脫硫，經過脫硫凈化處理之后的煙氣需要繼續(xù)在脫硫塔之中完成除霧處理，經過這些工序的煙氣，即可以排放至大氣環(huán)境之中，換熱加溫之后的空氣需要轉移至原本的煙囪之中，開展煙囪熱備工作。這種焦爐煙氣處理工藝最突出的應用優(yōu)勢在于，當焦爐煙氣沒有通過處理之前，其溫度能夠與低溫SCR 脫硝工藝反映需求相滿足。在煙氣完成脫硝處理之后，能夠直接進入余熱鍋爐，充分回收利用余熱。圖2 所示為該技術的凈化處理工藝流程。

圖2 焦爐煙氣先脫硝再脫硫工藝流程

這種先脫硝再脫硫的凈化處理工藝在實際應用期間還存在一些問題，共涉及兩個方面：

①通常情況下，焦爐煙氣之中會含有焦油和SO2等物質，而當處于180 ～230℃的溫度區(qū)間時，二氧化硫將會與凈化系統(tǒng)之中的氨氣發(fā)生反應，進而產生硫酸氫氨和硫酸銨等物質，這些銨鹽還會與煙氣中存在的焦油共同在催化劑表層吸附，一方面，這會加大反應過程中的阻力，另一方面，催化劑自身的活性將會被削弱甚至是喪失，在一些情況下，還可能會對設備造成腐蝕作用，或者是將管道阻塞，影響焦爐煙氣脫硫脫硝效果。若想將這一問題加以有效解決，相關工作人員可以在設計裝置的過程之中在其中添加相應的熱風解析系統(tǒng)以及焦油預處理系統(tǒng)等，將能夠在催化劑表層吸附的雜質或焦油進行有效去除。

②在該凈化工藝系統(tǒng)之中，所使用的脫硫方式一般是濕法脫硫，在此期間，反應溫度通常為60℃左右，而經過這種凈化技術處理之后的焦爐煙氣的溫度則保持在45℃左右，低于露點?；谶@種情況，一旦沒有對煙氣進行加熱處理即從煙囪中排放，極有可能產生酸雨，這不僅會對煙囪造成腐蝕作用，同時還會對焦爐煙氣的擴散效率產生不利影響。所以，需要將經過脫硫脫硝凈化的煙氣進行再一次的加熱，使之溫度達到130℃，基于此，需要保證焦爐煙囪始終處于熱備運行狀態(tài)。

2.2 先脫硫再脫硝

先脫硫再脫硝的處理技術在應用的過程中，煙氣經脫硫凈化處理之后，其中存在的二氧化硫將會被大幅度家那個地。在這種情況下，脫硝催化反應期間所生成的硫酸氫氨和硫酸銨等物質的含量將會被充分降低，催化劑的活性將會被有效保持，其使用年限也可以得到充分延長。不過，在先脫硫再脫硝的凈化處理工藝之中，所使用的脫硫方法切忌使用濕法脫硫，但是，盡管所使用的脫硫方法為干法脫硫，也會使得煙氣溫度下降10 ～20℃，這會影響到后續(xù)所進行的脫硝反應的有序性，如果在處理工藝之中引入煙氣加熱系統(tǒng)，也無法取得較高的余熱利用率。

伴隨著化工企業(yè)自身規(guī)模的逐步擴大和不斷發(fā)展，其在生產期間對生態(tài)環(huán)境帶來的消極影響是不可忽視的，基于這種情況，怎樣實現(xiàn)化工企業(yè)污染排放規(guī)模的降低，是此類企業(yè)發(fā)展進程中不可忽視的一項嚴峻問題。相關主體應當憑借正確的、恰當?shù)拿撓趺摿騼艋に嚭图夹g，盡可能地縮減焦爐煙氣之中存在的有害物質規(guī)模，在此基礎上達成減少其對環(huán)境污染的目的。除此之外，還需要立足于焦爐煙氣的處理難點和基本特征，深入分析現(xiàn)有的脫硫脫硝凈化技術，探尋優(yōu)化煙氣處理工藝的有效路徑，促進相關企業(yè)的長久、健康發(fā)展。