李 妍，劉 耀

（內(nèi)蒙古包鋼慶華煤化工有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

焦化行業(yè)是大氣污染防治的重點(diǎn)行業(yè)之一，焦?fàn)t煙囪排放污染物，主要為SO2、NOX及顆粒物，SO2是焦?fàn)t加熱煤氣中所含硫化物燃燒產(chǎn)生的，根據(jù)各廠煤氣凈化的程度和焦?fàn)t管理水平，一般在100 mg/m3～600 mg/m3。燃?xì)庠诮範(fàn)t立火道燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生NOX，以5.5m（6.05m）搗固焦?fàn)t為例，其排放濃度一般在500 mg/m3～1000 mg/m3。

自2015年1月1日起，現(xiàn)有企業(yè)執(zhí)行《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171-2012“表5”（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）規(guī)定大氣污染 物 排 放 限 顆 粒 物 30mg/m-3、SO250mg.m-3、NOX500mg.m-3；在國(guó)土開(kāi)發(fā)密度較高、環(huán)境承載能力開(kāi)始減弱，或大氣環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱，容易發(fā)生嚴(yán)重大氣污染環(huán)境問(wèn)題而需要采取特別保護(hù)措施的地區(qū)，執(zhí)行GB16171-2012“表6”15mg.m-3、SO230mg.m-3、NOX150mg.m-3；規(guī)定大氣污染物排放限值。目前煉焦行業(yè)中以焦?fàn)t煤氣為熱源加熱的焦?fàn)t，在沒(méi)有配套建設(shè)相關(guān)脫硫脫硝設(shè)施的情況下，焦?fàn)t煙囪大氣污染物排放的濃度和總量均超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，焦?fàn)t煙氣能否達(dá)標(biāo)排放，嚴(yán)重制約焦行業(yè)污染物達(dá)標(biāo)排放［1］。

1 焦?fàn)t煙道廢氣脫硝的特點(diǎn)及技術(shù)瓶頸

焦?fàn)t煙道廢氣溫度較低，受焦?fàn)t爐型、燃料類型、操作制度、現(xiàn)場(chǎng)管理水平等因素的影響，不同焦化廠焦?fàn)t煙道廢氣溫度差別很大，一般在220℃～310之間（電廠煙道廢氣溫度為300℃～400）。如果直接采用電廠煙道廢氣脫硝所用的催化劑進(jìn)行脫硝，脫硝效率低，很難滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，低溫催化劑的研發(fā)和選型是SCR技術(shù)能否在焦?fàn)t煙氣治理中應(yīng)用的核心問(wèn)題。

2 焦?fàn)t煙囪必須始終處于熱備狀態(tài)

焦?fàn)t正常生產(chǎn)所需的動(dòng)力來(lái)自于焦?fàn)t煙囪產(chǎn)生的熱壓吸力，煙氣溫度是產(chǎn)生熱壓吸力的根本原因，焦?fàn)t煙氣凈化系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，只有處于熱備的焦?fàn)t煙囪才能提供熱壓吸力，使煙道廢氣應(yīng)能夠迅速排放到大氣，保證焦?fàn)t生產(chǎn)不受影響。

為達(dá)到該工藝控制條件，要求在日常生產(chǎn)過(guò)程中，原有煙囪必須保持-350Pa的抽力，即保證焦?fàn)t煙囪必須處于熱備狀態(tài)。因此，在保證安全生產(chǎn)的工藝條件下，如何降低能耗指標(biāo)，使環(huán)保設(shè)施能夠在綠色低碳模式下運(yùn)行，也是該工藝的能否長(zhǎng)期運(yùn)行的重要制約條件。

3 低溫SCR技術(shù)在焦?fàn)t煙道廢氣治理中的應(yīng)用

低溫SCR技術(shù)在焦?fàn)t煙道廢氣脫硫脫硝中的應(yīng)用，相當(dāng)直接地借鑒了成熟的電廠脫硫脫硝流程。從焦?fàn)t煙囪出來(lái)的280℃～290℃的煙氣首先進(jìn)入SCR反應(yīng)器在催化劑作用下，還原劑與煙氣的NOX發(fā)生還原反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，從而達(dá)到脫硝的效果，脫硝后的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱回收后的煙氣溫度大約在160℃～170℃，此時(shí)再進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫硫，脫硫后的煙氣經(jīng)脫硫塔除霧后排入大氣。

這種技術(shù)存在著一個(gè)核心問(wèn)題，即脫硝反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)溫度低，煙氣SO2含量高，這樣對(duì)催化劑的工作環(huán)境極為不利。使得催化劑的抗硫性能、低溫性能和機(jī)械性能等都要達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，才能達(dá)到目標(biāo)脫硝效率。因此，SCR催化劑選用特殊的新型低溫催化劑，以高比表面積二氧化鈦為載體，主要活性成分為稀土，其在180℃～320℃范圍都具有很好的催化活性，且脫硝過(guò)程中無(wú)SO3的轉(zhuǎn)換，大大減少了煙氣脫硝過(guò)程中硫銨對(duì)催化劑及后續(xù)設(shè)備的影響。

“低溫SCR技術(shù)+余熱回收+煙氣脫硫技術(shù)”的流程設(shè)計(jì)，最為直接利用煙道氣原有溫度進(jìn)行脫硝，工藝簡(jiǎn)明，余熱回收資源多、效率高。

4 低溫SCR技術(shù)在焦?fàn)t煙道廢氣治理中的運(yùn)行實(shí)踐

以某105萬(wàn)噸/年搗固焦?fàn)t為例，工藝主要分為4部分：包括焦?fàn)t煙道廢氣低溫SCR脫硝、余熱回收、煙氣脫硫及副產(chǎn)品硫酸鎂回收系統(tǒng)4個(gè)單元。

圖1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝流程

（1）焦?fàn)t煙道廢氣低溫SCR脫硝系統(tǒng)。焦?fàn)t煙道廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送到SCR反應(yīng)器。來(lái)自液氨儲(chǔ)罐的液氨靠自身壓力進(jìn)入蒸發(fā)器中，被蒸發(fā)器內(nèi)的熱水加熱蒸發(fā)成氨氣；從氨氣緩沖罐出來(lái)的氨氣與稀釋風(fēng)機(jī)出來(lái)的空氣經(jīng)過(guò)混合稀釋，通過(guò)噴氨系統(tǒng)被注入煙氣中。在SCR反應(yīng)器內(nèi)氨與氧化氮反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，反?yīng)生成水和氮?dú)怆S煙道廢氣進(jìn)入余熱鍋爐。反應(yīng)方程式如下：

4NO+4NH3+O2=6H2O+4N2；NO+NO2+2NH3=3H2O+2N2

以焦?fàn)t煤氣為熱源加熱的焦?fàn)t煙道氣中SO2值普遍偏高，在180℃～230℃溫度區(qū)間內(nèi)，SO2易轉(zhuǎn)化為SO3，進(jìn)而與NH3反應(yīng)生成粘稠狀的硫酸銨鹽粘附催化劑，造成管道堵塞和設(shè)備腐蝕，催化脫硝效率急劇下降。因此，在SCR煙道入口處設(shè)置一臺(tái)加熱爐，通過(guò)燃燒產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣與煙氣混合后提高煙氣溫度，除去催化劑表面可能會(huì)形成的硫銨鹽。

（2）余熱回收系統(tǒng)。從焦?fàn)t煙道廢氣脫硝裝置來(lái)的煙道廢氣為230℃～310℃，經(jīng)過(guò)熱管蒸發(fā)器煙氣溫度降至193℃，進(jìn)入省煤器余熱鍋爐給水后溫度降至183℃。而后煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器，利用余熱預(yù)熱新鮮空氣至150℃，將熱空氣送入焦?fàn)t煙囪保持煙囪的吸力和溫度，達(dá)到備熱煙囪的目的。煙道廢氣溫度進(jìn)一步降低至165℃進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。通過(guò)余熱鍋爐和空氣預(yù)熱器兩部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢熱煙氣的余熱利用和焦?fàn)t煙囪的備熱。

（3）煙氣脫硫系統(tǒng)。煙氣脫硫系統(tǒng)采用鎂法脫硫除塵一體化技術(shù)，將氧化鎂經(jīng)過(guò)漿液制備系統(tǒng)制成氫氧化鎂，吸收漿液在吸收塔內(nèi)被強(qiáng)烈霧化，漿液形成的液膜、液滴、液霧充滿反應(yīng)器空間，并與煙氣充分接觸反應(yīng)，生成亞硫酸鎂溶液和硫酸鎂溶液，吸收反應(yīng)完成后煙氣經(jīng)除霧器除去煙氣中夾帶霧滴。

脫硫塔內(nèi)煙氣和氧化鎂漿液采用逆流噴淋洗滌，液氣比控制在5L/m3以下（一般石灰石－石膏吸收塔的液氣比一般控制10 L/m3左右），其對(duì)不同煙氣量、煙氣濃度煙氣的適用范圍非常寬，可在30%～110%的負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行任意調(diào)整，也大大降低了漿液循環(huán)所需的能耗。

（4）工藝特點(diǎn)。①采用先脫硝后脫硫的工藝方案，充分利用系統(tǒng)自身熱能減少能耗；流程短、占地小；②凈化處理后焦化爐煙氣，SO2、NOx排放均滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求，NOx含量降至450mg/Nm3以下，考慮越來(lái)越嚴(yán)的環(huán)保要求，遠(yuǎn)期目標(biāo)應(yīng)能降至150mg/Nm3。可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)脫硝效率≥80%，脫硫率≥96%。③無(wú)廢水、固廢產(chǎn)生，脫硝裝置用催化劑可再生、回收，解決了企業(yè)存在的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。④工藝對(duì)余熱的充分利用和回收七水硫酸鎂，在解決環(huán)保問(wèn)題的同時(shí)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及污染物減排量

以105萬(wàn)t/a的一組焦?fàn)t為例，污染物減排量見(jiàn)表2，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表2 污染物減排量

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

6 結(jié)束語(yǔ)

焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝一體化工藝設(shè)計(jì)抓住了焦?fàn)t煙氣治理的關(guān)鍵——中低溫特性，充分考慮了焦?fàn)t生產(chǎn)對(duì)煙氣回送溫度的要求，能夠針對(duì)性地解決焦?fàn)t煙氣SO2和NOX污染物脫除問(wèn)題。為焦化企業(yè)煙氣達(dá)標(biāo)排放提供技術(shù)支持。