蓋曉英

山東國舜建設集團有限公司 山東濟南 250000

1 項目背景與意義

目前我國已經成為世界上最大焦炭生產國和消費國，焦炭產能超過6．8億噸，年產量達到4億多噸，占全球焦炭產能和產量的70%以上。在2015年前，我國煉焦企業(yè)的煙氣幾乎不經過任何處理就直接排放。假設全國每年4億噸焦炭產量，按照焦爐煙氣中二氧化硫含量為250-500mg/Nm3，氮氧化物含量為800-1300mg/Nm3計算，二氧化硫和氮氧化物的排放量分別達到每年15萬-30萬噸和50萬-80萬噸。顯而易見，焦化行業(yè)在霧霾的形成中扮演著并不太光彩的角色。我國焦化企業(yè)主要集中在煤炭富集區(qū)河北、山西、陜西、山東、河南、內蒙古等地。有專家指出，華北地區(qū)的重霧霾天氣頻現，與這一地區(qū)電廠焦化、鋼鐵、水泥、玻璃等重工業(yè)企業(yè)集中有直接關系。隨著國家節(jié)能減排政策的出臺，對二氧化硫、氮氧化物、顆粒物的排放要求更加嚴格，目前，燃煤發(fā)電領域煙氣的脫硝技術相對成熟，NOx排放濃度大部分已到達超凈排放標準。作為傳統(tǒng)的煤化工行業(yè)，焦化行業(yè)的發(fā)展相對寬松，隨著國家對污染治理要求不斷嚴苛的政策下，焦爐煙氣NOx的治理也迫在眉睫。

2 焦化行業(yè)NOx排放現狀

煤炭焦化是工業(yè)用煤領域主要污染源之一，焦爐煙氣是焦化企業(yè)中最主要的廢氣污染源，約60%的SO2及90%的NOx來源于焦化企業(yè)。焦爐煙氣中的NOx濃度與燃燒溫度、空氣過剩系數、燃料氣在高溫火焰區(qū)停留時間等密切相關。NOx直接排放濃度為600-900mg/m3(最高時可達1000mg/m3以上); 如果不經過治理，煙氣中的NOx濃度達不到標準限值排放要求。

3 目前焦爐煙氣脫硝主要技術

目前，焦爐煙氣常用脫硝技術主要有低氮燃燒技術、低溫選擇性催化還原技術、中溫選擇性催化還原技術和氧化脫硝技術等。

（1）低氮燃燒技術是通過改變燃燒條件來降低NOx生成，減少NOx的排放。

（2）低溫選擇性催化還原技術與火電廠煙氣相比，焦爐的煙氣排放溫度相對較低，一般為170-280℃；目前國內已開發(fā)出低溫催化劑，但是低溫催化劑的脫硝效率較低，且低溫下脫硝存在硫酸氫銨堵塞催化劑的問題，催化劑是制約低溫SCR脫硝的關鍵點[1]。

（3）氧化法脫硝技術。氧化法脫硝技術是利用強氧化劑將NO氧化成高價態(tài)的氮氧化物，利用堿液進行噴淋吸收的脫硝工藝；目前，強氧化劑主要為臭氧。氧化法脫硝運行費用高、能耗高、對設備材質要求高，且易產生臭氧二次污染等問題。

（4）中溫SCR脫硝技術。中溫SCR脫硝一般是指煙氣溫度在300℃以上進行脫硝。中溫SCR脫硝技術是目前效率最高、運行最穩(wěn)定的脫硝技術?；痣姀S90%的脫硝是采用中溫SCR脫硝技。目前中溫SCR脫硝技術在焦爐煙氣的脫硝應用也越來越廣，已運行的工程證明此技術在焦爐煙氣脫硝中也是成功的。當然，焦爐煙氣的中溫脫硝與火電廠的脫硝還是有一定的差異性，需要改進。焦爐煙氣的脫硝系統(tǒng)主要包括以下系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)、煙氣加熱系統(tǒng)、噴氨系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)、焦油去除系統(tǒng)、氨水儲存和輸送系統(tǒng)、氨水計量分配系統(tǒng)等。

3.1 煙氣加熱系統(tǒng)

焦爐來的煙氣溫度相對較低，一般不超過260℃，目前SCR脫硝能夠長時間安全溫度運行溫度300℃以上，雖然市場上有低溫催化劑，但很少有能長時間運行的。為達到煙溫300℃以上，需要對焦爐煙氣進行加熱升溫[2]。目前煙氣加熱升溫方式有煙道外加熱、煙道內加熱，煙道外加熱即加熱爐布置在煙道外，加熱爐燃燒生成的高溫風通過風道進入到煙道內，在煙道內高溫風與煙氣混合達到升溫的目的。煙道內加熱即燃燒器布置在煙道內部，相當于把煙道的一部分作為燃燒爐，焦爐煤氣或高爐煤氣直接在煙道內燃燒加熱煙氣的方式，此種加熱方式結構簡單，安裝方便，制造成本相對較低，但此種加熱方式適用于煙氣量較少的工程。

3.2 氨噴射與計量分配系統(tǒng)

目前焦爐煙氣脫硝還原劑大部分采用20%左右濃度的氨水，氨水作為還原劑運行成本較低、易儲存。20%的氨水在噴槍內與壓縮空氣進行混合噴入到SCR前的煙道內，一般噴槍布置在加熱后的煙道。噴入到煙道內的氨水被高溫煙氣加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氨氣與煙氣在煙道內進行混合，混有氨氣的煙氣進入SCR反應器內，在催化劑的作用下，煙氣中的NOx與NH3進行反應生成N2和H2O，達到去除NOx的目的。計量分配系統(tǒng)，由氨水輸送泵打過來的氨水通過計量分配模塊均勻的分配至每一支噴槍，噴槍的數量根據煙道的寬度進行設置，保證氨水與煙氣盡量混合均勻；噴槍為雙流體噴槍，噴槍入口的壓力要求液體及氣體的壓力基本相同。噴槍設有冷卻風，噴槍不工作時，需打開冷卻風，以免噴槍在高溫下損壞；噴槍工作時需關閉冷卻風。

3.3 SCR系統(tǒng)

SCR系統(tǒng)包括反應器框架、整流格柵、催化劑、吹灰系統(tǒng)等。反應器大小的設置根據催化劑模塊數量進行設計的，保證催化劑的流速控制在合理的范圍內。催化劑的選取，焦爐煙氣中含塵量較小，催化劑選用的孔數一般為22孔或25孔。吹灰器選用聲波吹灰器。

3.4 焦油去除系統(tǒng)

為保證催化劑能夠安全穩(wěn)定的運行，在煙氣進入反應器器前設焦油去除裝置，焦油去除裝置主要有電捕焦裝置、焦炭吸附裝置等。

3.5 氨水儲存和輸送系統(tǒng)

氨水區(qū)設備主要包括卸氨泵、氨水輸送泵、地坑及地坑輸送泵、氨水儲罐等，氨水區(qū)的泵需防爆，氨水區(qū)設淋浴式洗眼器、靜電釋放器、氨檢測儀，氨水罐設遮陽棚等安全防護設施[3]。氨水罐車運送來的氨水通過卸氨泵打到氨水儲罐，氨水儲罐一般儲存量為5-7天的量。氨水區(qū)設置圍堰，圍堰內的容積不小于氨水儲罐的容積。氨水輸送泵一般采用多級變頻泵。

4 結語

焦爐煙氣脫硝技術還需要進一步的優(yōu)化改進，尋求更適合的焦爐煙氣脫硝的技術，目前采用的中溫SCR脫硝技術需要消耗大量的焦爐煤氣或是高爐煤氣，需要進一步降低能耗，節(jié)約能源，打造綠色環(huán)保的焦化行業(yè)。