焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)分析

劉 芳

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，濟(jì)南 250101）

焦化生產(chǎn)期間排放的煙氣含有氮氧化物和二氧化硫污染物，PM2.5 在此轉(zhuǎn)化中約占空氣總量的50%，同時(shí)，酸雨也會(huì)因此形成，這將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步為控制焦炭煙氣污染物提供了方向指導(dǎo)，尤其是氮氧化為工作的進(jìn)行提供了保證。本文主要分析目前相對完善的幾種方法，為之后的脫硫脫硝工作順利進(jìn)行提供保障。

1 焦?fàn)t煙氣特點(diǎn)概述

從儲煤區(qū)域生產(chǎn)的洗精煤直接從煤廊輸送到煤塔中，由漏嘴通過煤車并依次進(jìn)入炭化室，然后在 1 000℃的高溫下處理后成為焦炭，焦?fàn)t加熱使用回爐氣體從外管輸送到煉焦?fàn)t的不同燃燒室，并且在燃燒室與預(yù)熱的空氣混合并燃燒，燃燒得到的廢氣通過垂直火道和斜道后，在通過分煙道、總煙道時(shí)利用儲熱室和格子磚進(jìn)行換熱，然后排出。

焦?fàn)t具有比較特別的生產(chǎn)方式，其排出的熱煙氣含有各種混合物和粉塵等氣體，其中屬氮氧化物較多，需要煙氣脫硫、脫氮、除塵后方可排出。煙氣中的二氧化氮在高溫燃燒后出現(xiàn)，焦?fàn)t煤氣含有的氫氣體超過50%，燃燒速度相對較快，火焰燃燒溫度在 1 800℃左右，其間，氧氣和氮?dú)鈱⒃? 300℃左右發(fā)生明顯的氧化反應(yīng)后產(chǎn)生二氧化氮。

從一般的角度來看，焦?fàn)t煙氣具有以下明顯的特征。第一，其中煙氣的溫度范圍為180～300℃，其溫度易于上下波動(dòng)；第二，其中煙氣的組分比較復(fù)雜，二氧化硫的成分較高，其濃度在140～450 mg/Nm3，二氧化硫容易與氨發(fā)生反應(yīng)形成硫銨酸，會(huì)使管道堵塞和設(shè)備腐蝕；第三，焦?fàn)t煙囪需要一直處在受熱準(zhǔn)備的狀態(tài)，就是在脫硫脫硝后，最終排出溫度要控制在約130℃[1]。

2 煙氣脫硫工藝分析

煙氣中的二氧化硫本身是弱酸性物質(zhì)，通過與相應(yīng)的堿性物質(zhì)反應(yīng)后，它便可以被消除。根據(jù)吸收劑的形式不同，脫硫可分為濕法和干法。

2.1 干法脫硫

干燥和半干燥煙道氣脫硫系統(tǒng)中的固體堿性吸收劑，通過煙氣穿透堿性吸收劑和煙道氣的方式和煙道氣進(jìn)行接觸，無論何種環(huán)境下，其中含有的二氧化硫和固體堿性物質(zhì)都一定會(huì)反應(yīng)生成硫酸鹽和亞硫酸鹽。為了快速發(fā)生反應(yīng)，固體堿性物質(zhì)要細(xì)小或松散。半干法煙道將水加入到氣體脫硫系統(tǒng)的煙道氣中，使堿性物質(zhì)顆粒表面形成液膜，再將二氧化硫加入其中，可以使固體堿性物質(zhì)反應(yīng)速度提高，此技術(shù)中的脫硫和之后的處理都是在干燥環(huán)境中進(jìn)行，這種方法對設(shè)備的腐蝕不是很明顯，沒有存在污水排放現(xiàn)象，并且在排放氣體的過程中沒有顯著的溫度下降，它使煙囪更容易通風(fēng)和擴(kuò)散。但是，該方法存在脫硫劑使用效率低、設(shè)備龐大等缺陷。

2.2 濕法脫硫

世界各地的濕法煙氣脫硫工藝，其機(jī)理和形式都很相似，基本都是通過使用石灰石、碳酸鈉和其他物質(zhì)來當(dāng)成洗滌劑，并在反應(yīng)塔中通過洗滌煙氣以除去煙氣中的硫氧化物，這種方法至今已經(jīng)存在50年之久，并在不斷改進(jìn)和完善。之后，其技術(shù)開始成熟，脫硫效率超過95%。其產(chǎn)能相對較大，煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，運(yùn)行成本較低，副產(chǎn)品易于回收利用。

石灰石濕法脫硫工藝因?yàn)槭褂玫奈談┏杀镜停褟V泛用于濕法脫硫領(lǐng)域。此工藝具有脫硫率較高、吸收劑使用率高的優(yōu)勢，可以滿足高濃度下二氧化硫的處理要求。缺點(diǎn)是基本建設(shè)投資成本高，脫硫廢水具有一定的腐蝕性，更重要的是，需要連續(xù)采買石灰石，副產(chǎn)品亞硫酸鈣處理更加困難。

焦化廠通?？梢允褂冒泵摿蚣夹g(shù)。氨脫硫方法不僅可以消除管道中的氧氣，還可以利用焦化廠回收車間的處理系統(tǒng)，使二者結(jié)合發(fā)生反應(yīng)來生產(chǎn)硫酸銨。同時(shí)，選擇適合的媒介作為反應(yīng)的脫硫劑，如氨水等，從而減輕機(jī)器的負(fù)擔(dān)。氨脫硫方法使用液體吸收劑來洗滌煙道氣，以除去其中的氧氣。該器械簡單，比較易于操作，脫硫效率高[2]。

氨脫硫不是一種綜合方法，不能在同一時(shí)刻完成處理，只能單獨(dú)建立系統(tǒng)；副產(chǎn)硫酸銨肥料質(zhì)量受氨水質(zhì)量的影響，其純度難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。這對其本身質(zhì)量有著很大的要求，所以可以使用陶膜覆蓋，但其必須經(jīng)過過濾后方可使用；拖尾在溫度較低的情況下就會(huì)形成，為了防止這種情況發(fā)生，需要加裝發(fā)熱零件；硫酸銨鹽在液柱中結(jié)晶，易于黏附在塔壁或噴管上，從而產(chǎn)生管道堵塞和嚴(yán)重腐蝕，設(shè)備選擇要求高，腐蝕嚴(yán)重，需要考慮防腐和清潔設(shè)備。

2.3 其他方法

近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國脫硫技術(shù)研究有了新的突破。除了傳統(tǒng)的干法和濕法脫硫，又衍生出其他脫硫方法，如超重力脫硫技術(shù)，但大部分仍然處于試驗(yàn)階段，等待進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證。

3 煙氣脫硝工藝分析

在各種脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法的脫硝效率最高，應(yīng)用范圍最廣，相對成熟。這種方法需要采用適量的催化劑，即氨，有選擇地把其中的二氧化氮還原為水和氮，催化反應(yīng)溫度控制在約400℃。該技術(shù)沒有副產(chǎn)品，通過增加催化劑負(fù)載量，脫硝效率可以達(dá)到約90%。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，煙氣溫度是催化劑選擇的主要參數(shù)，該技術(shù)所需的高溫條件約為400℃，催化反應(yīng)只能在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，有催化的最佳溫度，溫度高低將直接影響反應(yīng)過程。為了控制煉焦?fàn)t煙氣溫度，人們需要改進(jìn)煙氣加熱系統(tǒng)。反應(yīng)產(chǎn)物是氮和水，不能回收，只會(huì)消耗能量和原始材料，不會(huì)產(chǎn)生任何價(jià)值，而且催化劑三年就需要更換，其成本非常高[3]。

關(guān)于SCR 催化劑脫硝，人們可以改良催化劑，適當(dāng)降低反應(yīng)速率，使反應(yīng)溫度降低。但是，低溫環(huán)境下，大多數(shù)技術(shù)處于試驗(yàn)階段，尚未用于任何工業(yè)裝置實(shí)踐。由于氨和二氧化硫在低溫下易于形成銨鹽，導(dǎo)致催化劑中毒，影響催化劑性能，低溫脫硝催化劑的采購路線都相對集中，價(jià)格較高[4]。

4 工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

根據(jù)煙氣排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，煙氣中二氧化硫的濃度小于30 mg/Nm3，二氧化氮濃度小于150 mg/Nm3。因此，需要添加額外的脫硫和脫硝系統(tǒng)，以確保煙氣達(dá)標(biāo)排放。

首先，先硫后硝方法的特點(diǎn)是煙氣通過脫硫，其中的二氧化硫濃度就會(huì)降低，這可以減少脫硝時(shí)硫酸氫銨和硫酸銨的形成，確保脫硝催化劑的活性，延長其使用壽命。但是，并不是所有工藝都能使用濕法脫硫，而且在溫度不斷下降的過程中，就算是干法脫硫脫硝也沒法進(jìn)行，只有加裝發(fā)熱材料，提高余熱使用效率，盡可能減少干法脫硫器械的使用來減少成本[5]。

其次，先硝后硫方法的優(yōu)點(diǎn)是沒有加工過的煙氣溫度約為300℃，比較適用于低溫SCR 方法進(jìn)行脫硝反應(yīng)，隨后可以通過鍋爐實(shí)現(xiàn)余熱加工、重復(fù)利用或者收回。但這種方法存在兩個(gè)缺點(diǎn)。

一是焦?fàn)t煙道氣在180℃左右含有氧氣，而氧氣在150～200℃（恰好是反硝化反應(yīng)的適宜溫度）會(huì)和氨發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物又極易對催化劑的結(jié)構(gòu)造成損壞，使催化劑失去效果，最終導(dǎo)致設(shè)備堵塞、無法使用。因此，在設(shè)計(jì)脫硝系統(tǒng)時(shí)，人們可以添加濾網(wǎng)和洗滌系統(tǒng)，通過過濾器清洗藥劑表面的雜質(zhì)[6]。

二是濕法脫硫的反應(yīng)溫度為40～50℃。在濕法脫硫后，煙道氣溫度通常在40～50℃，基本低于露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，如果直接排放，不再加熱處理，很容易形成酸霧，對煙囪進(jìn)行腐蝕，不利于煙霧的擴(kuò)散。同時(shí)，在雨季來臨時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)白霧現(xiàn)象，所以凈化后的煙氣需要加熱到130℃左右（廢熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分可以直接使用），這樣焦?fàn)t煙囪總是處于熱備用狀態(tài)，煙氣脫硫設(shè)備示意圖如圖1所示。

圖1 煙氣脫硫設(shè)備

5 結(jié)語

據(jù)焦?fàn)t煙氣的屬性和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文分析了現(xiàn)有的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝，論述了煙霧脫硫脫硝的基本過程和相關(guān)問題。人們要不斷改進(jìn)和完善焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝，為脫硫脫硝工作的順利開展提供有效指導(dǎo)和參考。