閆書山，趙海燕

（邢臺鋼鐵有限責任公司焦化廠，河北 邢臺 054000）

2014年環(huán)保部發(fā)布的《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》規(guī)定，自2017年10月1日起，特殊地區(qū)企業(yè)焦爐煙氣排放質量濃度限值為：廢氣顆粒物≤15 mg/m3，二氧化硫排放≤30 mg/m3，氮氧化物排放≤150 mg/m3。2019年1月1日實施的河北省《煉焦化學工業(yè)大氣污染物超低排放標準》規(guī)定，焦爐煙囪煙氣超低排放限值為：在基準含氧體積分數(shù)8%條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為10 mg/m3、30 mg/m3、130 mg/m3，達到了國內(nèi)外現(xiàn)行標準的最嚴水平。

為實現(xiàn)焦爐煙氣的超低排放，提升企業(yè)節(jié)能減排力度，邢臺鋼鐵有限責任公司焦化廠（簡稱邢鋼焦化廠）采用煙氣凈化一體技術，開展了焦爐煙氣深度治理環(huán)境提升項目，在1#、2#焦爐建設了煙氣脫硫、脫硝和余熱回收及附屬配套設施各1套，經(jīng)過治理，焦爐煙氣二氧化硫和氮氧化物的排放濃度滿足排放要求，現(xiàn)介紹如下，為相關裝置技改提供借鑒。

1 焦爐煙氣凈化工藝

邢鋼焦化廠現(xiàn)有JN43-804型焦爐2座，共2×65孔，其中1#焦爐投產(chǎn)于2004年3月，2#焦爐投產(chǎn)于2000年12月。焦爐煙氣深度治理環(huán)境提升項目于2017年1月開始實施。

1.1 改造背景

改造前，邢鋼焦化廠焦爐加熱產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物不經(jīng)處理通過煙囪直排，不僅對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響，而且無法滿足嚴苛的排放標準限值要求。針對此情況，結合生產(chǎn)實際，邢鋼焦化廠最終選用了目前國內(nèi)大型鋼聯(lián)企業(yè)焦爐煙道氣大多選用的“SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝+余熱回收”脫硫脫硝工藝，進行煙道氣凈化，并于2017年10月份建成了1#、2#焦爐煙氣脫硫、脫硝和余熱回收及附屬配套設施各1套。

1.2 工藝流程

SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝+余熱回收流程示意圖見圖1。

圖1 SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝+余熱回收流程示意圖

從焦爐總煙道排出的220℃～250℃的焦爐煙氣，經(jīng)SDS脫硫段，與噴入的碳酸氫鈉超細粉充分混合。在高溫煙氣的作用下，碳酸氫鈉超細粉分解出高活性碳酸鈉（Na2CO3）和二氧化碳，Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質充分接觸發(fā)生化學反應，脫除SO2及其他酸性氣體。

經(jīng)反應后的煙氣進入袋式除塵系統(tǒng)中，收集脫硫副產(chǎn)物。

進入SCR反應器的煙氣、氨與混合氣，溫度在215℃～245℃，自上而下均勻的通過SCR反應器中的催化層。氨與氮氧化物在催化劑作用下進行還原反應，煙氣中氮氧化物氧化分解成氮氣和水，隨煙氣排出SCR反應器。SCR反應器中發(fā)生的主要化學反應見式（4）～（6）：

經(jīng)SCR反應器脫硝處理后的煙氣溫度降至210℃～240℃，進入余熱回收系統(tǒng)，經(jīng)余熱回收后的煙氣溫度降至160℃，并產(chǎn)生155℃、0.6 MPa、2.7 t/h的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)送蒸汽用戶。經(jīng)余熱回收后的焦爐煙氣由增壓風機送入原焦爐煙囪排放。整個煙氣治理過程中，要保證每一個反應單元所需的溫度條件，以確保焦爐煙囪始終處于熱態(tài)運行。當遇到突然停電或設備故障時，焦爐煙囪底部能夠保證一定的吸力，確保安全生產(chǎn)。此外由于焦爐原有總煙道翻板處于關閉狀態(tài)，為保證故障狀態(tài)下焦爐煙氣能夠順利經(jīng)過煙囪排出，將煙氣旁路蝶閥與總煙道吸力設定值進行聯(lián)鎖，當引風機停止運行、供電中斷、系統(tǒng)壓差過大等因素導致焦爐吸力低于安全生產(chǎn)所需設定值時，迅速聯(lián)鎖打開旁路蝶閥，實現(xiàn)焦爐安全生產(chǎn)。

1.3 主要技術參數(shù)

SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝+余熱回收系統(tǒng)的主要技術參數(shù)見表1。

表1 主要技術參數(shù)

2 運行效果及特點

2.1 運行效果

該系統(tǒng)自2017年10月份運行以來，各項指標穩(wěn)定，裝置操作彈性強。2018年2#焦爐煙氣排放連續(xù)監(jiān)測值見表2。從表2可以看出，采用煙氣脫硫脫硝技術后，煙氣排放的各項指標滿足了《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》和《煉焦化學工業(yè)大氣污染物超低排放標準》排放限值指標。

表2 2018年2#焦爐煙氣排放連續(xù)監(jiān)測值

2.2 運行特點

2.2.1 裝置投用后不影響焦爐的安全生產(chǎn)，凈化后的煙氣返回原焦爐煙囪，使其始終在熱態(tài)運行，滿足焦爐生產(chǎn)所需的吸力。

2.2.2 裝置操作彈性強，大氣污染物可以穩(wěn)定達到排放限值標準。

2.2.3 采用干法脫硫，不需要創(chuàng)造化學反應的離子界面，但是要求脫硫劑必須有足夠的比表面積，即要求脫硫劑的粒度≤30 μm，且比例不小于90%；特別是煙氣在整個反應過程中不發(fā)生相變，沒有濕法脫硫帶來的“氣溶膠”產(chǎn)生的次生大氣污染問題。

2.2.4 脫硝反應是在脫硫+除塵之后進行，將煙氣中對脫硝催化劑有影響的焦油、多銨鹽、粉塵顆粒物等脫除，脫硝催化劑的催化活性得到充分的發(fā)揮，脫硝效率大大提高。同時，延長脫硝催化劑的使用壽命，減少頻繁再生導致的開工率低下的問題。

2.2.5 整套工藝裝置投用后，不產(chǎn)生次生污染等環(huán)保問題，操作簡單方便。

2.2.6 能源消耗較低，脫硫、除塵、脫硝、余熱回收工藝布局合理，完全滿足焦爐原有生產(chǎn)工藝要求，且不需要二次升溫，節(jié)約燃料消耗。

2.2.7 一次性投資省，運行費用較低，經(jīng)過實踐統(tǒng)計，噸焦運行費用在9元左右（不含投資費用）。

2.2.8 相比濕法、活性焦等工藝，占地面積少。脫硫、脫硝不影響焦爐煙道廢氣余熱回收，不損失企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3 運行存在問題和措施

3.1 脫硫生成的除塵灰，可以與水泥廠、玻璃廠、路政公司等有關單位合作處置。

3.2 脫硫后的煙氣需要通過耐高溫的覆膜布袋除塵，按原焦爐運行工況，進入除塵器的煙氣溫度需控制在250℃以下，現(xiàn)階段因加熱工藝條件變化，時常超限值。國產(chǎn)布袋耐高溫性能低，使用壽命較短，目前邢鋼焦化廠已采用高耐溫性能布袋，但是成本增加較大，需與專業(yè)生產(chǎn)單位共同研究解決此問題。

3.3 脫硫劑NaHCO3在進系統(tǒng)前，經(jīng)SDS工序研磨系統(tǒng)研磨，粒徑在800目以上，由噴射系統(tǒng)噴入反應裝置。投產(chǎn)初期，為降低運行成本，曾改用國產(chǎn)NaHCO3，但因純度、形態(tài)、Cl離子等因素，導致脫硫劑吸潮流動性變差，使用過程中經(jīng)常堵塞磨機和管道，需頻繁停工清理?，F(xiàn)采用進口磨機和進口NaHCO3，雖保證了脫硫效率和裝置開工率，但是對外依賴性較強，運行成本高。

為降低運行成本，可使用性能改善的國產(chǎn)NaHCO3作為脫硫劑；研磨系統(tǒng)再建時如改國產(chǎn)設備，需解決國產(chǎn)設備研磨過程中發(fā)熱導致的設備堵塞等問題。

3.4 投產(chǎn)至今，2#脫硝系統(tǒng)已停工檢修4次，主要原因是氨水蒸發(fā)器故障、氨空混合器和稀釋風管道堵塞。

分析原因：氨水蒸發(fā)器故障，主要是外殼裂縫和內(nèi)部蒸汽管道出現(xiàn)露點，后經(jīng)分析為設備質量原因。經(jīng)查閱相關資料，發(fā)現(xiàn)濃氨水、氯離子的存在，也可能導致不銹鋼焊縫應力不均，出現(xiàn)裂縫。氨空混合器和稀釋風管道堵塞，經(jīng)與1#系統(tǒng)對比分析，發(fā)現(xiàn)1#、2#焦爐分別使用焦爐煤氣和高爐煤氣加熱，因高爐煤氣采用干法除塵，含塵高，易在稀釋風高溫下結垢、板結。

針對上述在線問題，邢鋼焦化廠已總結出一套脫硝系統(tǒng)停工4 h以內(nèi)、不影響在線NOx指標的檢修方案：在氨空混合器前管道兩側開孔，以霧化噴頭形式嵌入，利用氮氣、稀釋風將氨水通過噴頭輸送到脫硝分配器，實現(xiàn)在線NOx可控不超標。

4 結 語

4.1 焦爐煙道廢氣脫硫脫硝的工藝順序選擇非常關鍵，合理的工藝組合是裝置穩(wěn)定運行的基礎。邢鋼焦化廠的生產(chǎn)實際證明，焦爐煙道廢氣脫硫脫硝比較適合采用“SDS脫硫+除塵+SCR脫硝+余熱回收”工藝技術路線。

4.2 通過優(yōu)化加熱技術，可以從根源上降低氮氧化物排放濃度，同時降低煉焦耗熱量2%～5%，從而降低噸焦成本，降低后續(xù)脫硝工藝運行成本。

4.3 建議通過優(yōu)化凈化車間脫硫運行工藝，降低加熱焦爐煤氣硫含量，以降低焦爐煙道廢氣二氧化硫含量，保證焦爐煙囪出口二氧化硫穩(wěn)定，降低碳酸氫鈉消耗量，降低運行成本。

4.4 如焦爐加熱煤氣為高爐煤氣，必須保證除塵效果或進行二次除塵，滿足脫硝設備運行工況。