吳春領(lǐng)，徐懷兵

（中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，武漢 430205）

我國(guó)是世界焦炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，焦?fàn)t煙囪排放煙氣為焦?fàn)t燃燒后產(chǎn)生的廢氣，主要含有SO2、NOx及煙塵等污染物，呈有組織高架點(diǎn)源連續(xù)性排放。每年污染物的大量排放，使焦化工業(yè)成為大氣污染最為嚴(yán)重的行業(yè)之一[1]。

2012年6月，環(huán)保部及國(guó)家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171-2012），明確規(guī)定了焦化工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)焦?fàn)t煙囪排放煙氣中SO2、NOx和顆粒物，自2015年1月1起，要求所有焦化企業(yè)焦?fàn)t煙囪排放煙氣中SO2、NOx和顆粒物濃度分別執(zhí)行50 mg/Nm3、500 mg/Nm3和30 mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)地區(qū)企業(yè)執(zhí)行特殊地區(qū)排放限值，即SO2≤50 mg/Nm3、NOx≤150 mg/Nm3和顆粒物≤15 mg/Nm3。針對(duì)嚴(yán)格的排放要求和焦化的特殊性，本文對(duì)焦?fàn)t煙氣的脫硫脫硝除塵一體化進(jìn)行了探討。

1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)

煙氣脫硫脫硝一體化工藝是在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫除SO2、NOx和粉塵的技術(shù)，具有裝置少、投資低的特點(diǎn)，而且可減少?gòu)U水、廢物產(chǎn)生[1]。

根據(jù)焦?fàn)t煙道氣溫度低、SO2、NOx呈周期性變化和鋼鐵煉焦廠可再建設(shè)空間小的特點(diǎn)，脫硫脫硝一體化技術(shù)受到煉焦廠的青睞。該技術(shù)可以同時(shí)為企業(yè)解決脫硫脫硝問(wèn)題，對(duì)于煙氣成分比較復(fù)雜，需要同時(shí)處理SO2和NOx的企業(yè)，尤其是低溫?zé)煔馀盼垲I(lǐng)域，如焦化、鋼鐵燒結(jié)、水泥窯等不能采用傳統(tǒng)SCR技術(shù)的行業(yè)，是具有相當(dāng)吸引力的選擇，其推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

現(xiàn)對(duì)邯鄲某焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工程項(xiàng)目資料和對(duì)焦?fàn)t煙氣成分進(jìn)行分析，以進(jìn)行工藝路線的選取，分析如下。

首先，如選用先脫硝后脫硫時(shí)，由于焦?fàn)t入口煙氣溫度為180～240℃，受焦?fàn)t竄漏的影響，在煙道氣溫度較低時(shí)，煙氣組分反應(yīng)生成的各種氨鹽類(lèi)物質(zhì)會(huì)析出，焦油、碳粉、煤粉、灰塵等物質(zhì)與氨鹽類(lèi)物質(zhì)裹挾在一起，會(huì)附著在煙道及脫硝催化劑床層表面，會(huì)導(dǎo)致脫硝裝置阻力增加，嚴(yán)重的話(huà)影響脫硝裝置的正常運(yùn)行和造成催化劑失活。

其次，若先進(jìn)行低溫脫硝處理，當(dāng)單獨(dú)使用焦?fàn)t煤氣時(shí)，因入口煙氣SO2濃度最高可達(dá)800 mg/Nm3，而目前國(guó)內(nèi)大部分低溫催化劑能承受最高的SO2濃度均不高于50 mg/Nm3，現(xiàn)較高濃度的SO2將使低溫催化劑中毒、失活，故對(duì)該項(xiàng)目選取先脫硫后脫硝的處理工藝。

另外，針對(duì)焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)和治理要求，污染物控制技術(shù)方案從安全性、技術(shù)成熟性、投資性?xún)r(jià)比及設(shè)備布置方面綜合考慮，提出最優(yōu)處理方案。

1.1 焦?fàn)tSO2、顆粒物控制技術(shù)

現(xiàn)有焦?fàn)t煙氣脫硫技術(shù)主要有濕法脫硫、半干法脫硫和干法脫硫[2]?？紤]到脫硫脫硝處理后的凈煙氣需返回原有混凝土煙囪進(jìn)行熱備，要求熱備煙氣溫度≥130℃，該項(xiàng)目的SO2最高脫除率為96.25%。若脫硫采用濕法工藝，脫硫后的凈煙氣溫度≤55℃，后置的脫硝工藝溫度要求至少≥180℃，相當(dāng)于要將煙氣升溫130℃，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)能耗太大，從能耗和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫婵紤]都是不可取的，故該項(xiàng)目不適合采用濕法脫硫工藝。經(jīng)分析，為滿(mǎn)足脫硫后溫度降小和脫硫效率高的要求，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上綜合考慮，擬采用半干法（SDA法）脫硫工藝。該項(xiàng)目最終選用脫硫技術(shù)路線為：旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫+布袋除塵。

1.2 焦?fàn)tNOx控制技術(shù)

現(xiàn)有焦?fàn)tNOx控制技術(shù)主要采用燃燒后控制技術(shù)，即選擇性催化還原法（SCR）、吸收法和固體吸附法等。而SCR法采用氨作為還原劑，在催化劑的作用下，選擇性地將NOx還原成N2和H2O，是煙氣脫硝技術(shù)中脫硝效率最高、最為成熟、無(wú)二次污染源的技術(shù)，全世界約有80%的煙氣脫硝采用SCR技術(shù)。

結(jié)合焦?fàn)t煙道氣溫度低特點(diǎn)，本文提出在焦?fàn)t煙道氣上采用成熟的SCR脫硝技術(shù)，催化劑采用中低溫脫硝技術(shù)，適用煙氣溫度范圍為≥180℃。

2 本工程實(shí)際技術(shù)應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目背景

邯鄲某焦化廠現(xiàn)4臺(tái)焦?fàn)t為4×42孔7 m頂裝焦?fàn)t，2臺(tái)焦?fàn)t使用一個(gè)煙囪，共2個(gè)；焦?fàn)t平時(shí)使用高爐煤氣加熱，摻燒少量焦?fàn)t煤氣，摻燒量約為3%～7%，但當(dāng)高爐休風(fēng)或高爐煤氣管道檢修時(shí)，個(gè)別焦?fàn)t或全部焦?fàn)t倒為焦?fàn)t煤氣加熱。另外，焦?fàn)t爐墻存在竄漏現(xiàn)象，焦?fàn)t煙氣中的SO2、NOx含量較高而且有較大波動(dòng)。

單個(gè)煙囪原始焦?fàn)t煙道氣參數(shù)如下：煙氣量302 422 Nm3/h（標(biāo)態(tài)、濕基、實(shí)際氧），廢氣溫度180～240℃；煙氣中SO2濃度≤800 mg/Nm3，煙氣中NO2濃度≤1 000 mg/Nm3；煙氣中粉塵濃度≤30 mg/Nm3。為滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中焦?fàn)t煙囪SO2和NOx排放濃度要求，每個(gè)煙囪各設(shè)置一套焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝凈化裝置。

2.2 工藝技術(shù)路線

煙氣脫硫脫硝工程采用SDA（半干法脫硫）+SCR脫硝技術(shù)路線，凈煙氣送焦?fàn)t煙囪。SCR脫硝采用低塵布置形式，工藝流程如圖1所示。

焦?fàn)t煙道氣（180～240℃）通過(guò)煙道接入半干法脫硫塔（SDA塔），煙氣從脫硫塔上部煙氣分配器進(jìn)入塔體，與經(jīng)霧化的脫硫劑在塔內(nèi)充分接觸，迅速完成物理、化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫除SO2及其他酸性介質(zhì)的目的。脫除SO2后的干燥含塵煙氣排出脫硫塔，進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行除塵處理，煙氣中的干燥顆粒物先被濾袋過(guò)濾收集，過(guò)濾后含未反應(yīng)脫硫劑的粉塵層進(jìn)一步脫除煙氣中的SO2，同時(shí)吸附焦油等黏性組分。除塵后的煙氣進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，NOx和噴入的氨在催化劑作用下反生催化還原反應(yīng)，脫除NOx。

半干法脫硫溫降控制在30℃以?xún)?nèi)，進(jìn)入脫硝段的煙氣溫度為130～210℃，利用熱風(fēng)爐對(duì)煙氣加熱，使進(jìn)入脫硝段的煙氣溫度保持180℃以上,滿(mǎn)足脫硝催化劑催化反應(yīng)溫度要求。經(jīng)過(guò)脫硫脫硝除塵后的潔凈煙氣由引風(fēng)機(jī)輸送至焦?fàn)t煙囪排放，同時(shí)滿(mǎn)足煙囪熱備溫度≥130℃的要求。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

采用的“SDA半干法脫硫+低溫SCR選擇性催化還原脫硫脫硝除塵一體化”焦?fàn)t煙氣凈化工藝具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

2.3.1 脫硫效率高，適用范圍廣

在脫硝前高效脫硫，不僅使脫硫處理后的煙氣SO2濃度低于30 mg/Nm3，也適應(yīng)焦?fàn)t煙道氣廢氣組分的變化，為低溫高效脫硝創(chuàng)造條件，延長(zhǎng)脫硝催化劑的使用壽命，降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。

2.3.2 可有效去除影響脫硝反應(yīng)的雜質(zhì)

圖1 煙氣脫硫脫硝工藝流程

利用Na2CO3溶液作為脫硫劑，采用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA法）進(jìn)行高效低溫降煙氣脫硫，滿(mǎn)足SO2排放要求的同時(shí)，吸附煙氣中焦油等黏性物質(zhì)，降低煙氣中SO2及其他組分對(duì)低溫催化劑的影響。脫硫效率可根據(jù)煙氣入口SO2濃度，通過(guò)調(diào)節(jié)脫硫溶液的噴入量，實(shí)現(xiàn)在滿(mǎn)足排放要求的前提下減少脫硫劑的用量，以最經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。

2.3.3 脫硝效率高

項(xiàng)目采用低溫脫硝催化劑，適用溫度為180～350℃，該項(xiàng)目采用的低溫催化劑通過(guò)成功的工程實(shí)例運(yùn)行證明，對(duì)焦化煙氣具有很強(qiáng)的適用性和良好的低溫活性，180℃以上低溫脫硝效率不低于85%。

2.3.4 有效去除粉塵

在脫硝前設(shè)置除塵器，可減少煙氣中的粉塵在通過(guò)脫硝催化劑層時(shí)對(duì)催化劑表面的摩擦，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，同時(shí)可以脫除煙氣中粉塵顆粒物，使系統(tǒng)顆粒物達(dá)標(biāo)排放。

2.3.5 系統(tǒng)溫降低

采用半干法脫硫+低溫脫硝工藝，系統(tǒng)溫降小，處理后的凈煙氣煙溫≥130℃，可滿(mǎn)足原焦?fàn)t煙囪的熱備要求。

2.3.6 可在線更換催化劑

脫硝反應(yīng)器由獨(dú)立的單元構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線檢修或催化劑更換，單個(gè)單元檢修不影響其他單元的正常工作。

2.4 脫硫脫硝反應(yīng)機(jī)理

2.4.1 SDA半干法脫硫技術(shù)

對(duì)負(fù)荷的變動(dòng)具有良好的適應(yīng)性，無(wú)廢水產(chǎn)生。半干法脫硫工藝采用Na2CO3飽和溶液與煙氣中的SO2進(jìn)行反應(yīng)，生成Na2SO4，實(shí)現(xiàn)SO2的脫除，化學(xué)反應(yīng)為：

碳酸鈉粉末通過(guò)給料螺旋定量加入溶解罐，加水配制成一定濃度的碳酸鈉溶液，溶液經(jīng)振動(dòng)篩篩分后自流入溶液罐，根據(jù)原煙氣SO2濃度，由碳酸鈉漿液泵定量送入置于脫硫塔頂部的溶液頂罐，頂罐內(nèi)漿液自流入脫硫塔頂部霧化器，經(jīng)霧化器霧化成約50 μm的霧滴，與脫硫塔內(nèi)煙氣接觸迅速完成吸收SO2等酸性氣體。碳酸鈉溶液被霧化成極細(xì)小的霧滴，大大增加了脫硫劑與SO2接觸的比表面積，反應(yīng)極其迅速且有極高的脫除SO2效率。

脫硫后，干燥的粉狀顆粒隨氣流進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)一步凈化處理，除塵器截留下粉塵定期外運(yùn)。粗顆粒落入塔底定期外排。

2.4.2 低溫脫硝技術(shù)

中低溫催化劑在現(xiàn)有煙氣溫度下能達(dá)到所需的反應(yīng)溫度，減少煙氣升溫耗能。脫硝段煙氣最低溫度為180℃，可滿(mǎn)足催化劑活性適用性要求。煙氣中90%以上NOx是以NO形式存在。脫硝系統(tǒng)以氨（NH3）為還原劑，在SCR催化劑作用下與煙氣中的NOx反應(yīng)，生成N2和H2O，實(shí)現(xiàn)NOX脫除，并控制NH3的逃逸率。其間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

脫硝采用煤氣凈化蒸氨工段產(chǎn)生的氨氣作為還原劑，通過(guò)外線管道接至焦?fàn)t煙氣凈化裝置區(qū)域，利用稀釋風(fēng)機(jī)稀釋后，送入反應(yīng)器噴氨段，與脫硫、除塵后的高溫?zé)煔?，?jīng)充分混合后通過(guò)催化劑發(fā)生反應(yīng)。氨氣流量通過(guò)煙氣負(fù)荷、出口NOx濃度及設(shè)定的NOx濃度作為反饋來(lái)修正。

2.4.3 熱風(fēng)加熱技術(shù)

根據(jù)脫硫脫硝工藝流程，脫硫系統(tǒng)在完成反應(yīng)后，有一定的溫度降低，故需對(duì)煙氣檢測(cè)溫度后，根據(jù)需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，以滿(mǎn)足后續(xù)脫硝系統(tǒng)要求。

2.4.4 焦?fàn)t煙道脫硫脫硝系統(tǒng)阻力

焦?fàn)t煙道脫硫脫硝系統(tǒng)由以下幾部分組成：沿程煙道、SDA脫硫塔、布袋除塵器、燃燒器和SCR脫硝反應(yīng)器等。本工程脫硫脫硝的阻力損失由引風(fēng)機(jī)克服，引風(fēng)機(jī)設(shè)置于SCR反應(yīng)器和煙囪之間，為滿(mǎn)足生產(chǎn)和脫硫脫硝需要，每套脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)。

3 結(jié)論

通過(guò)采用本文介紹的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝一體化工藝治理技術(shù)，使得邯鄲某焦化廠的焦?fàn)t煙道氣主要污染物SO2排放濃度≤30 mg/Nm3，脫硫率≥96.25%；顆粒物排放濃度≤15 mg/Nm3；NOx排放濃度≤150 mg/Nm3，脫硝率≥85%；各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均已達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）中特殊地區(qū)排放限值要求。

本工程不僅具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)生示范效應(yīng)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)我國(guó)煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放控制和排放總量控制、改善城市和區(qū)域空氣質(zhì)量提供技術(shù)和裝備上的支撐。