焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析

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摘 要：焦炉烟气经脱硝系统脱除NOx，余热锅炉系统对烟气进行降温并产生低压蒸汽，脱硫系统脱除烟气中SO2，除尘系统脱除烟气中颗粒物，最终排放烟气符合GB16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》相关规定。
关键词：焦炉烟道气；脱硫脱硝；改造
近年来，由于环境的日益恶化，雾霾的加剧，严重影响人民的日常生活，国家环保部和国家质检总局联合发布了新的炼焦环保标准，对炼焦污染物的排放值，特别是二氧化硫和氮氧化物做了更加严格的要求。而国内焦炉烟气脱硫脱硝行业尚处于起步阶段，面对国家环保政策的压力，必须加快研发进程。
1 焦炉烟气的特点
由备煤车间来的洗精煤，由运煤通廊运入煤塔，由煤塔漏嘴经装煤车按序装入炭化室，在950～1050℃的温度下高温干馏成焦炭。焦炉加热用回炉煤气由外管送至焦炉各燃烧室，在燃烧室内与经过蓄热室预热的空气混合燃烧，燃烧后的废气经跨越孔、立火道、斜道，在蓄热室与格子砖换热后经分烟道、总烟道，最后从烟囱排出。烟气中NOx主要是在煤气高温燃烧条件下产生的，焦炉煤气含50%以上的氢气，燃烧速度快，火焰温度高达1700～1900℃，在1300℃以上时氮气与氧气在会发生激烈的氧化反应，生成NOx。总体来说，焦炉烟气具有以下特点：一是焦炉烟气温度范围基本为180～300℃，温度波动范围较大；二是焦炉烟气成分复杂，NOx含量偏高，浓度一般为350mg/Nm3～1200mg/Nm3；三是焦炉烟气中含有SO2，在180℃至230℃温度区间内，SO2易与氨反应转化为硫酸铵，造成管道堵塞和设备腐蚀；四是焦炉烟囱必须始终处于热备状态。也就是说，烟气经脱硫脱硝后，最后排放温度还得保证在130℃以上。
2 焦化行业常见的几种脱硫脱硝技术
2.1 SDA半干法脱硫+除尘SCR脱硝一体化工艺+烟气回原烟囱
此技术的优点：A.在脱硝之前脱硫除尘，为脱硝催化剂创造低硫低尘条件，有效延长脱硝催化剂的使用寿命。B.SDA法烟气脱硫，脱硫后的烟气温降小，脱硫后烟气温度约降15℃，有效保证低温脱硝的烟气温度在180℃以上。C.旋转喷雾半干法（SDA法）烟气脱硫，在脱除烟气中的SO2同时，还能吸附烟气中焦油、硫醚等有机硫的粘性物质，解决因焦炉窜漏带来的烟气中含有焦油、有机硫等其他组分对脱硝效率及脱硝催化剂寿命的影响。缺点：A.半干法脱硫产生的硫酸钠、亚硫酸钠需处理。B.SDA脱硫的核心设备是旋转雾化器，目前依赖进口，单价为380万元。C.脱硫后的烟气中含有颗粒物，因此脱硫后的烟气需增加布袋除尘器方能使颗粒物达标排放。
工艺流程及原理：焦炉烟气被引风机抽取，首先进入旋转喷雾半干法（SDA法）脱硫塔，烟气从脱硫塔上部烟气分配器进入塔体，烟气中的SO2 与塔顶旋转雾化器喷出的雾化状态的Na2CO3溶液充分混合反应，生成Na2SO3、Na2SO4，随烟气一起进入布袋除尘器。烟气中的颗粒物被除尘滤袋过滤，经压缩空气反吹后由输灰系统收集，其中未反应的Na2CO3可循环使用，脱硫除尘后的烟气进入脱硝反应器。NOx在塔内催化剂的作用下，与NH3反应生成N2和H2O。脱硝反应器配有声波吹灰器，定期对催化剂进行吹扫，保证脱硝效率延长催化剂使用寿命。脱硝后的净烟气最终回到焦炉烟囱达标排放。
2.2 SCR 脱硝+半干法脱硫+布袋除尘+（升温热备）
此类技术较为成熟，但半干法脱硫技术的成熟度略低于湿法脱硫技术。该技术相比湿法脱硫技术。该技术相比湿法脱硫技术对烟气本身的热能浪费要少了许多，可以满足130℃的烟囱热备要求。此外还带来了另一种风险：颗粒物。本来焦炉烟气中颗粒物含量很低，一般都是可以达标的。但半干法脱硫技术会在脱硫后使颗粒物大幅度上升，如果后面的除尘设备不过关的话，最终排放时颗粒物很有可能超标。此类技术目前也在大量应用，但相比而言，此类技术的操作难度较大，特别是旋转喷雾对操作要求很高，处理不当容易发生高浓度颗粒物的排放事故，虽然不会造成污水等二次污染，但脱硫产物也需另行处理，同时能耗也不低。此类技术的一次性投资要高于第一类技术，但如果操作管理过关，综合运行成本会比第一类技术有很大降幅。
2.3 SCR脫硝+气气换热器+氨法脱硫+气气换热器+烟气回原烟囱
工艺优缺点。优点：①为防止焦炉烟气中焦油，焦尘、无定型炭黑等对催化剂的影响，特在脱硝反应器前设置高温分级过滤器，该设备可有效过滤焦油，焦尘、无定型碳等烟气中的颗粒物，特别防止焦炉串漏时产生大量黑烟时对催化剂的影响；②采用先脱硝工艺，有效保证烟气温度，提高脱硝效率；③采用氨法脱硫，化学吸收反应速度快，脱硫效率高，能达到98%以上。生成硫酸铵送入现硫铵工段，不产生多余的固废。缺点：①氨法脱硫后的烟气温度较低，经气气换热器后烟气温度必须保证在酸露点130℃以上，防止对原烟囱的腐蚀。由于烟囱自身的散热（特别在北方冬季），且湿法脱硫后烟气含湿量大，可能会在烟囱中上部出现酸腐蚀的现象；②采用先脱硝工艺，催化剂容易中毒，影响使用寿命；③GGH换热器长期运行，设备易结垢、堵塞影响换热效率，且增加后期维护费用。
3 结语
综合以上分析，考虑到焦炉的安全、稳定生产和焦炉烟气脱硫脱硝工艺的稳定性，最终采用工艺路线为SDA半干法脱硫+除尘SCR脱硝一体化工艺+烟气回原烟囱。
参考文献：
[1]张薇，杨国栋，朱广起.现行焦炉烟气SO2排放现状及整改措施分析[J].环境与可持续发展，2015，40（2）：91-93.