焦爐煙氣脫硫脫硝余熱回收技術改造

李金鳳

(西山煤電(集團)有限公司，山西 太原 030053)

焦化廠是專門從事冶金焦炭生產(chǎn)及冶煉焦化產(chǎn)品、加工、回收的專業(yè)工廠，焦爐煙氣主要成分是二氧化硫、氮氧化物，在我國二氧化硫、氮氧化物是大氣中主要污染物，是衡量大氣是否遭到污染的重要標志。近幾年來，隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的不斷調(diào)整、環(huán)保法規(guī)的不斷完善以及對煉焦行業(yè)準入標準的提高[1]，使得高效、無污染、資源化成為脫硫工藝的發(fā)展主流。2012年6月27日發(fā)布了《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)，煙氣中二氧化硫排放要達到50 mg/m3，氮氧化物不超500 mg/m3. 山西西山煤氣化有限責任公司焦化一廠二氧化硫、氮氧化物平均排放濃度均無法滿足新的大氣污染物二氧化硫、氮氧化物排放濃度限值，故對焦爐煙氣系統(tǒng)進行脫硫脫硝技術改造。

1 項目概況

山西西山煤氣化有限責任公司焦化一廠現(xiàn)有1×65孔5.5 m搗固焦爐，產(chǎn)能60萬t/年，由一根煙囪排放廢氣，廢氣量約在130 000 m3/h，其排放煙氣中SO2排放濃度約為120 mg/m3，NOX排放濃度約1 000 mg/m3. 如何配套煙氣的脫硫脫硝裝置以滿足排放標準成為亟待解決的一個關鍵問題。

結合實際生產(chǎn)情況，采用高效純干法脫硫技術和SCR法低溫脫硝技術，并聯(lián)合余熱鍋爐系統(tǒng)，采用焦爐煙氣“脫硫-除塵脫硝一體化-余熱回收”裝置，實現(xiàn)焦爐煙氣高效率的脫硫脫硝，同時能夠最大程度地回收煙氣熱量，并產(chǎn)生0.8 MPa低壓飽和蒸汽，余熱后煙氣直接回原焦爐煙囪排放，流程見圖1.

圖1 煙氣脫硫脫硝改造流程圖

2 技術方案

2.1 脫硫技術方案

結合國內(nèi)焦化行業(yè)多套投運的脫硫脫硝項目運行情況，并根據(jù)該項目的特點和實際情況選擇純干法脫硫—循環(huán)流化床干法脫硫。溫度為240 ℃～300 ℃的焦爐煙氣被引風機抽取進入循環(huán)流化床干法脫硫塔，煙氣中的二氧化硫與塔內(nèi)噴入的研磨后的碳酸氫鈉干粉充分混合反應，生成亞硫酸鈉和硫酸鈉，發(fā)生的主要反應如下：

SO2+ 1/2O2+2NaHCO3→ Na2SO4+H2O+2CO2
SO2+2NaHCO3→Na2SO3+H2O+2CO2

脫硫后煙氣在上升過程中，未反應完的碳酸氫鈉干粉及顆粒物一部分隨煙氣被帶出吸收塔，一部分因自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)。

循環(huán)流化床干法脫硫具有以下技術特點：

1) 系統(tǒng)簡單，造價較低，占地面積小，約為濕法脫硫的1/2；遠高于常規(guī)干法，接近濕法脫硫效率。

2) 無需水，無溫降，對后續(xù)脫硝裝置的效率無影響；由于是干法，無需大量用水，不需要設置復雜的排水處理裝置。

3) 采用碳酸氫鈉脫除煙氣中的二氧化硫，生成的亞硫酸鈉或者硫酸鈉，可用于水泥、造紙、制作鈉劑玻璃[2].

2.2 脫硝技術方案

焦化脫硝有一個難題就是脫硫脫硝后的副產(chǎn)物的處理問題，由于煙氣中的氮氧化物含量大，氮氧化物中主要含有一氧化氮和二氧化氮，其中一氧化氮的含量占90%左右，脫除難度比較大。而一氧化氮難溶于水，如果采用濕法脫除，必須通過加入氧化劑將其氧化成溶解性較高的二氧化氮等高價氮氧化物，然后通過洗滌等方式進行脫除。在一氧化氮氧化成高價態(tài)氮氧化物的過程中，會生成硝酸和亞硝酸，如果硝酸和亞硝酸處理不好而進入排污系統(tǒng)，勢必形成二次污染，這樣就很難達到污染治理的目標。因此，用什么工藝消除副產(chǎn)物的污染將是焦化行業(yè)脫硝的難題。

經(jīng)過多方面調(diào)研，結合企業(yè)實際情況，脫硝采用氨水作為還原劑，脫硫后的煙氣進入除塵脫硝一體化反應器，氮氧化物在塔內(nèi)催化劑作用下與氨水(NH3)反應生成氮氣(N2)和水(H2O)，反應化學方程式如下：

4NO+ 4NH3+O2→4N2+6H2O(主要反應)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

NO+NO2+2NH3+O2→2N2+3H2O

SCR系統(tǒng)NOX脫除效率通常很高(煙氣中90%的NOX是以NO形式存在的)，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和NOX反應。有一小部分氨不反應而是作為氨逃逸離開了反應器。一般來說，對于新的催化劑，氨逃逸量很低。

2.3 綜合技術方案

處理焦爐煙道廢氣，降低焦爐煙囪SO2、NOX及粉塵的排放濃度，并最大限度降低系統(tǒng)對余熱回收蒸汽產(chǎn)量的影響[3]，使系統(tǒng)出口污染物濃度達到國家相關排放標準。對比分析后選用了 “純干法脫硫→除塵脫硝一體化→余熱回收→風機機組→原焦爐煙囪排放”工藝。

此工藝具有以下優(yōu)點：

1) 煙氣首先經(jīng)循環(huán)流化床干法脫硫、布袋脫硝一體化反應器進行二次脫硫、除塵與脫硝。凈化后的煙氣進入余熱鍋爐回收煙氣余熱，最大限度提高蒸汽產(chǎn)量，余熱后潔凈煙氣經(jīng)引風機直接回焦爐煙囪排放，保證煙囪熱態(tài)運行。在突然斷電或設備故障時，煙囪底部能夠保證一定吸力，保障安全生產(chǎn)。

2) 前置脫硫、除塵為脫硝催化劑創(chuàng)造良好的運行環(huán)境，保證脫硝效率的前提下可延長催化劑使用壽命。其中脫硫系統(tǒng)不但可以脫除煙氣中的SO2還可脫除HF、HCl等酸性物質(zhì)，如此可減輕酸性物質(zhì)對凈化系統(tǒng)后設置的余熱鍋爐的腐蝕。

3) 先脫硫后除塵再脫硝，為凈化系統(tǒng)后設置的余熱鍋爐創(chuàng)造低硫、低塵、低酸性物質(zhì)的運行環(huán)境，可最大限度保證余熱鍋爐的正常運行。

4) 系統(tǒng)沒有腐蝕，脫硫、除塵脫硝反應器、余熱鍋爐及前后設備、煙囪等不用防腐。運行穩(wěn)定性更高，設備運行率全年不低于98%.

5) 脫硝后產(chǎn)物為N2和氣態(tài)H2O，無二次污染。脫硫后的產(chǎn)物為干燥脫硫廢渣，可做水泥添加劑，系統(tǒng)沒有廢水排放。

6) 該焦化企業(yè)在建設時期沒有預留煙氣脫硫脫硝和預熱回收的位置，該套裝置結構緊湊，能夠有效利用空間，解決了現(xiàn)場工況的限值問題。

3 改造后效果

焦爐煙氣脫硫脫硝技術改造完成后，委托有資質(zhì)單位進行了專業(yè)監(jiān)測，監(jiān)測結果表明，焦爐煙囪排放的煙氣中二氧化硫排放濃度平均值為34 mg/m3，最大值為38 mg/m3，氮氧化物排放濃度平均值為74 mg/m3，最大值為80 mg/m3，顆粒物排放濃度平均值為12.0 mg/m3，最大值為13.1 mg/m3，污染物排放濃度均到了《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)表5 規(guī)定的SO250 mg/m3、NOX500 mg/m3、顆粒物30 mg/m3排放限值要求。具體監(jiān)測結果見表1.

表1 脫硫脫硝處理設施排氣筒出口監(jiān)測結果表

4 小 結

通過實際操作運行3個月，這套脫硫脫硝系統(tǒng)簡單，流程緊湊，占地少，好操作，維護量小，焦爐煙氣中二氧化硫和氮氧化物均能穩(wěn)定達標排放，該建設項目符合國家產(chǎn)業(yè)和環(huán)保政策，減小了環(huán)境污染，較好地改善了企業(yè)環(huán)境。

參 考 文 獻

〔1〕 訾東升.焦化廠脫硫系統(tǒng)改造[J].山西焦煤科技，2014，38(10)：33-34+47.

〔2〕 湯平發(fā),廖旭果,劉孝元,等.2014年高考化學復習試題精粹[J].中學化學教學參考,2014(Z1):65-135.

〔3〕 于守立,王 莉.焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術的研究[J].低碳世界,2018(02):10-11.