張超，葉昊，嚴(yán)大群

（江蘇科行環(huán)保股份有限公司，江蘇 鹽城 224051）

目前，焦?fàn)t煙道氣常用的治理工藝為“中低溫SCR 脫硝+余熱回收+氨法脫硫+（消白）+煙囪直排”，該工藝存在脫硫塔腐蝕、脫硝效率衰減、余熱鍋爐阻力異常等問題，影響焦?fàn)t正常生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，焦化廠逐步采用“SDS 脫硫除塵+中低溫SCR 脫硝”工藝方案改造，表現(xiàn)較優(yōu)。柳鋼首套“SDS 脫硫除塵+中低溫SCR 脫硝”裝置投運以來，焦?fàn)t煙氣的二氧化硫、氮氧化物及顆粒物均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放[1]，目前陜西一批焦化單位也正進(jìn)行相關(guān)的脫硫脫硝工藝改造。

1 SDS 脫硫脫硝工藝流程

焦?fàn)t煙氣通過地下煙道引出，先進(jìn)入換熱器降溫至260℃以下后，進(jìn)入SDS 脫硫除塵系統(tǒng)，去除煙氣中SO2、粉塵，再進(jìn)入SCR 脫硝反應(yīng)器，脫除煙氣中的NOx，然后進(jìn)入余熱鍋爐回收余熱，最后進(jìn)入原混凝土煙囪排放。煙氣排放溫度為130℃—160℃，不存在冒白煙現(xiàn)象。

1.1 SDS 脫硫工藝

煙氣進(jìn)入脫硫反應(yīng)器，并噴入碳酸氫鈉（小蘇打，NaHCO3）超細(xì)粉。碳酸氫鈉在高溫下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)（如SO3、HF、HCl 等）發(fā)生反應(yīng)后，被吸收凈化。脫硫后粉狀顆粒產(chǎn)物隨氣流進(jìn)入布袋除塵器后被收集。同時碳酸氫鈉還可通過物理吸附去除一些無機(jī)和有機(jī)微量物質(zhì)。反應(yīng)式如下：

煙氣溫度在160℃以上時，SDS 脫硫效率可以達(dá)到95℃，而且?guī)缀醪辉黾訜煔庀到y(tǒng)的運行阻力。另外，相較于其他脫硫工藝，SDS 工藝溫降小（可控制在10℃—15℃）、布置緊湊、無廢水產(chǎn)生。

1.2 中低溫SCR 系統(tǒng)工藝

SCR 技術(shù)成熟，脫硝效率高且穩(wěn)定，是煙氣脫硝超低排放應(yīng)用最廣的工藝之一。其原理是在高溫和催化劑的作用下，利用噴入煙氣中的NH3將煙氣中的NOx還原為N2和水。SCR 技術(shù)的核心是催化劑，在焦化行業(yè)脫硫中，主要使用中低溫催化劑，反應(yīng)溫度區(qū)間為160℃—250℃。脫硝效率和催化劑活性下降的主要原因是：1）煙氣夾帶的焦油黏附在催化劑表面；2）硫酸鹽化和表面硫酸銨的沉積造成催化劑中毒[2]。

在SDS 脫硫脫硝工藝中，SDS 脫硫除塵前置，可以改性吸附煙氣中的焦油和其他雜質(zhì)，為催化劑的使用創(chuàng)造理想的條件。此外，裝置增加催化劑熱解析系統(tǒng)，將脫硝反應(yīng)器周期性加熱至350℃左右，將黏附在催化劑表面的硫酸氫氨可以通過熱解析的方式進(jìn)行分解去除。

2 SDS 脫硫脫硝工藝在陜西某焦化項目上的應(yīng)用

2.1 項目概述

以陜西某焦化廠2#煙氣脫硫改造項目為例，焦?fàn)t規(guī)格為：2×65 孔、5.5m 搗固爐，焦?fàn)t煙氣參數(shù)如表1 所示。原焦?fàn)t脫硫脫硝采用的工藝路線為“中低溫SCR 脫硝+余熱回收+氨法脫硫+脫硫塔煙囪直排”，改造后的工藝路線為“換熱器+鈉基干法脫硫+布袋除塵+SCR 脫硝（利舊）+余熱鍋爐（利舊）+引風(fēng)機(jī)（利舊）+焦?fàn)t煙囪排放”。該改造項目現(xiàn)已投入運行，各項指標(biāo)均達(dá)到了排放要求。

表1 焦?fàn)t煙氣與實際排放參數(shù)

2.2 項目設(shè)計總結(jié)

2.2.1 SDS 脫硫工藝設(shè)計總結(jié)

（1）小蘇打料倉防堵。市場袋裝小蘇打一般粒徑小于1mm，易壓實結(jié)塊，而且儲存時易吸潮板結(jié)。設(shè)計時考慮：1）料倉設(shè)計按24 小時容量考慮，每天需加料一次；2）料倉內(nèi)部設(shè)計拱裝支撐，防止物料壓實；3）料斗設(shè)計大功率振壁器。

（2）反應(yīng)溫度確定。SDS 脫硫要求反應(yīng)溫度大于140℃，提高溫度有利于提高脫硫效率，減小脫硫劑的小時耗量，同時考慮除塵器濾袋的耐溫，控制溫度一般不超過260℃。

（3）反應(yīng)時間確定。根據(jù)工程實例，脫硫反應(yīng)2s 即可；進(jìn)一步延長反應(yīng)時間，脫硫效率無明顯提升。噴射口應(yīng)布置在有利于脫硫劑與煙氣混合的位置。

（4）脫硫溫降控制。除塵器濾袋濾料最高耐溫為260℃，中低溫SCR 要求溫度越高越好，這就要求除塵器本體及除塵與脫硝間的連接煙道溫降越低越好。設(shè)計時考慮：1）相關(guān)煙道和除塵器本體保溫采用硅酸鋁棉且增加厚度；2）除塵器檢修門、孔等均采用雙層保溫結(jié)構(gòu)。項目實際控制溫降在10℃左右。

2.2.2 中低溫SCR 工藝設(shè)計總結(jié)

（1）反應(yīng)溫度的確定。脫硝效率隨著溫度的升高而快速增大，溫度超過230℃時，脫硝效率隨溫度升高的增速變緩[3]，這就要求前端脫硫系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格控制溫降。催化劑溫度與脫硝效率曲線見下圖。焦?fàn)t推薦SCR 反應(yīng)溫度為200℃—250℃，無需額外加熱煙道氣。

催化劑溫度與效率曲線

（2）反應(yīng)器流場模擬。設(shè)計結(jié)合流場分析結(jié)果并進(jìn)行合理優(yōu)化，確保滿足《火力發(fā)電廠煙氣脫硝設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5480—2013）的相關(guān)要求。

（3）優(yōu)化噴氨格柵的設(shè)計，控制氨氮摩爾比。增加氨氮比可以提高脫硝效率，但氨逃逸超過3ppm，會加劇催化劑活性下降，并造成二次污染。

（4）催化劑熱解析系統(tǒng)。項目設(shè)計反應(yīng)器分四個倉室，可實現(xiàn)單倉獨立在線解析。熱解析流程：將高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)抽取脫硝后的高溫?zé)煔猓捎媒範(fàn)t煤氣加熱爐進(jìn)行加熱，保證脫硝單倉室溫度為350℃左右，保溫12—24h，排出的含硫氣體返回SDS 脫硫前端。

2.2.3 新增阻力控制

焦?fàn)t現(xiàn)場布置緊湊，改造空間小，煙道路徑長。項目要求舊引風(fēng)機(jī)不改造，而且不影響焦?fàn)t正常生產(chǎn)，明確“換熱器+SDS 脫硫除塵”阻力不得高于1800Pa。設(shè)計時考慮：1）選用上升管式余熱鍋爐，設(shè)置蒸汽吹灰裝置，可在線清灰；2）優(yōu)化煙道設(shè)計，如連接煙道布置順暢、風(fēng)速≤15m/s、彎曲半徑1.5D、異徑接頭增加導(dǎo)流板等；3）布袋除塵器過濾風(fēng)速選擇0.7—0.8m/min。

項目實際運行時，“換熱器+SDS 脫硫除塵”阻力可保證不大于1500Pa，確保了焦?fàn)t正常生產(chǎn)。

2.2.4 副產(chǎn)物回收

SDS 脫硫副產(chǎn)物主要為Na2SO4，一般為灰色粉末狀物質(zhì)，有一定的吸潮性，屬于一般工業(yè)廢棄物。副產(chǎn)物化學(xué)分析詳見表2。

表2 陜西某焦化廠SDS 副產(chǎn)物化學(xué)分析

應(yīng)在方案初期與業(yè)主溝通脫硫副產(chǎn)物去向，避免二次污染。目前有部分企業(yè)將脫硫副產(chǎn)物配煤煉焦，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)將脫硫副產(chǎn)物回配燒結(jié)機(jī)處理[4]。

3 結(jié)語

在焦化行業(yè)，SDS 干法脫硫脫硝工藝在溫降低、無廢水、系統(tǒng)阻力低等方面較其他工藝，有較好的優(yōu)勢。SDS 脫硫前置，保證了較高的脫硫效率，脫硫除塵后的煙氣進(jìn)一步進(jìn)行中低溫SCR 脫硝，有效保證了脫硝效率的穩(wěn)定性，并延長了催化劑使用壽命。該工藝更可拓展到其他行業(yè)。同時，SDS 干法脫硫脫硝工藝缺點也很明顯，脫硫的副產(chǎn)物綜合利用還有待進(jìn)一步開發(fā)，避免成為新的污染源。