105萬噸焦爐煙氣脫硫脫硝除塵治理技術及應用

摘要：針對某企業(yè)焦爐煙氣，新建一套脫硫脫硝除塵裝置，焦爐煙氣經過處理后，煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物以排放濃度滿足《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）大氣污染物排放限值的要求。即：SO2排放濃度小于50mg/Nm3，NOx排放濃度小于500mg/Nm3，同時要求處理后煙氣中顆粒物排放濃度小于30mg/Nm3，氨含量排放濃度小于8ppm。

關鍵詞：焦爐煙氣;脫硫脫硝;除塵;治理

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.036

Abstract：Aiming at the flue gas of coke oven of a certain enterprise， a new set of desulfurization， denitrification and dust removal device is built.After the flue gas of coke oven is treated，the particulate matter，sulfur dioxide and nitrogen and oxygen compounds in the flue gas meet the requirements of the emission limits of air pollutants in the coking chemical industry standard （GB16171-2012） with the emission concentration.That is， the emission concentration of SO2 is less than 50mg/Nm3， and the emission concentration of NOx is less than 500mg/Nm3.Meanwhile，the emission concentration of particulate matter in flue gas after treatment is less than 30mg/Nm3，and the emission concentration of ammonia content is less than 8ppm.

Key words：Coke oven flue gas;The desulfurization denitration;Dust removal;Governance

云南某企業(yè)現(xiàn)有三座 4.3m搗固側裝焦爐，共3×50孔，年產全焦 105萬噸。三座焦爐分別建成于2003年、2004年、2005年，建設時均未配套建設焦爐煙氣脫硫脫硝裝置，2016年11月焦爐逐步提高生產負荷以來，三座焦爐排放的煙氣多次出現(xiàn)二氧化硫、氮氧化物和粉塵超標問題。鑒于以上原因，需建設焦爐煙氣脫硫脫硝塵設施，使焦爐煙氣排放達到國家現(xiàn)行《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》GB16172-2012要求，徹底解決焦爐煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物達標排放問題，緩解環(huán)保壓力，確保企業(yè)生存和發(fā)展。

1 焦爐煙氣參數(shù)

1.1 處理規(guī)模

處理三座焦爐標況下總煙氣量：180000Nm3/h（標況、濕基、實際氧）。

1.2 年運行時間

年工作8760h，每年365d，每天24h連續(xù)工作。

1.3 焦爐煙氣參數(shù)

焦爐煙氣參數(shù)如表1所示。

1.4 脫硫脫硝除塵設施的性能

脫硫脫硝除塵設施的性能必須進行保證，性能保證值為：

（1）裝置處理能力：180000Nm3/h，操作彈性：50%～120%。

（2）凈煙氣SO2排放濃度≤50mg/Nm3。

（3）凈煙氣NOx排放濃度≤500mg/Nm3。

（4）氨逃逸：≤8ppm。

（5）顆粒物：≤30mg/Nm3。

2 焦爐煙氣治理工藝

焦爐煙氣脫硫脫硝除塵裝置采用SDS干法脫硫工藝+中低溫SCR脫硝工藝+布袋除塵工藝，焦爐煙氣先進入SDS干法脫硫系統(tǒng)脫除SO2，后進入布袋除塵器脫除顆粒物，最后進入中低溫SCR系統(tǒng)脫除NOx，處理后的凈煙氣排放濃度滿足《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）大氣污染物排放限值的要求。

工藝路線：焦爐煙氣→SDS脫硫系統(tǒng)→布袋除塵系統(tǒng)→中低溫SCR脫硝系統(tǒng)→煙囪排放

2.1 脫硫工藝技術

2.1.1 SDS脫硫工藝原理

SDS干法脫硫噴射技術是將高效脫硫劑碳酸氫鈉（小于20μm）均勻噴射在脫硫反應區(qū)域內，脫硫劑在脫硫反應煙道內被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣中的SO2等酸性物質發(fā)生物理、化學反應，使煙氣中的SO2等酸性物質被吸收凈化。

完成的主要化學反應為：

2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4 +2CO2+H2O

2NaHCO3+SO3→Na2SO4 +2CO2+H2O

經吸收SO2并干燥的含粉料煙氣進入布袋除塵器進行進一步的脫硫反應及煙塵凈化。脫硫除塵后的煙氣進入中低溫SCR反應器脫除NOx。

根據(jù)本項目的目標、投資、運營成本、建設場地等因素綜合考慮，煙氣SDS干法脫硫技術具有投資相對較低，脫硫效率相對較高，設備可靠性高，運行費用較低且可靠，系統(tǒng)簡單、所產生的最終固態(tài)產物易于處理等特點，最大程度滿足本項目的改造要求。因此本工程采用煙氣SDS干法脫硫技術。

2.1.2 脫硫系統(tǒng)建設指標

SOX排放濃度≤50mg/Nm3;

2.1.3 脫硫系統(tǒng)主要設備選型

2.2 除塵工藝技術

2.2.1 布袋除塵原理

SDS干法脫硫系統(tǒng)后配1套布袋除塵器，煙氣經過布袋除塵后進入中低溫SCR反應器脫除NOx，再由煙囪出口排出。

經過SDS干法脫硫后的含塵煙氣由進風管道進入中箱體下部，在擋風板形成的預分離室內，較大顆粒粉塵因慣性作用落入灰斗。煙氣向上到達濾袋，粉塵被阻留在濾袋外面，凈化后的煙氣進入袋內，并經袋口進入上箱體，最后經氣動提升閥由出風管道排出。

2.2.2 除塵系統(tǒng)建設指標

煙塵排放濃度≤30mg/Nm3;

除塵器漏風率≤1%。

2.2.3 對濾料的要求

耐高溫：能承受工作溫度260℃。

耐酸腐蝕：煙氣中含有一定的SOX和NOX。

耐水解：雖然煙氣系統(tǒng)應采取一定的保溫措施，但由于存在酸性氣體，應防酸露點和開停機時出現(xiàn)的結露現(xiàn)象，要求有一定的耐水解性。

抗氧化：煙氣中含有一定的氧量。

2.2.4 除塵系統(tǒng)主要設備選型

2.3 脫硝工藝技術

2.3.1 SCR脫硝工藝原理

選擇性催化劑還原法（Selective Catalytic Reduction）簡稱SCR，指在一定的溫度和催化劑的作用下，以液氨或尿素作為還原劑，有選擇性地與煙氣中的氮氧化物反應并生成無毒無污染的氮氣和水。該技術可使用液氨或尿素為脫硝還原劑。

在SCR反應器內，NO通過以下反應被還原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O 6NO+4NH3→5N2+6H2O

當煙氣中有氧氣時，反應第一式優(yōu)先進行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關系。

NO2參與的反應如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O 6NO2+8NH3→7N2+12H2O

在絕大多數(shù)脫硝煙氣中，NO2僅占NOX總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。

SCR技術具有脫硝率高、氨逃逸低等顯著特點，因此目前焦化煙氣脫硝措施中，由于SCR是最為成熟的商業(yè)性NOX控制處理技術，國內更多是采用SCR脫硝技術。SCR脫硝分為高溫SCR脫硝和中低溫SCR脫硝，高溫SCR脫硝的反應溫度在310～420℃;中低溫SCR脫硝的反應溫度在180～310℃;根據(jù)焦化煙氣的溫度特點，應采用中低溫SCR脫硝工藝。

2.3.2 脫硝系統(tǒng)建設指標

NOX濃度≤500mg/Nm3;氨逃逸≤8ppm。

2.3.3 脫硝系統(tǒng)主要設備選型

3 治理效果

脫硫脫硝除塵系統(tǒng)投運后，由某檢測單位對煙囪出口進行了煙氣排放監(jiān)測試驗。

試驗期間，焦爐負荷在30%時，總煙氣量為51627Nm?/h，煙囪出口排放值：NOx排放濃度361mg/Nm3，SOx排放濃度21mg/Nm3，顆粒物排放濃度7mg/Nm3，氨逃逸排放濃度1.5ppm。

試驗期間，焦爐負荷在50%時，總煙氣量為83365Nm?/h，煙囪出口排放值：NOx排放濃度325mg/Nm3，SOx排放濃度18mg/Nm3，粉塵排放濃度11mg/Nm3，氨逃逸排放濃度1.9ppm。

試驗期間，焦爐負荷在75%時，總煙氣量為125632Nm?/h，煙囪出口排放值：NOx排放濃度298mg/Nm3，SOx排放濃度26mg/Nm3，粉塵排放濃度9mg/Nm3，氨逃逸排放濃度2.1ppm。

試驗期間，焦爐負荷在100%時，總煙氣量為172396Nm?/h，煙囪出口排放值：NOx排放濃度305mg/Nm3，SOx排放濃度22mg/Nm3，粉塵排放濃度13mg/Nm3，氨逃逸排放濃度1.9ppm。

試驗期間，焦爐負荷在120%時，總煙氣量為198953Nm?/h，煙囪出口排放值：NOx排放濃度345mg/Nm3，SOx排放濃度28mg/Nm3，粉塵排放濃度11mg/Nm3氨逃逸排放濃度1.6ppm。

4 結論

監(jiān)測期間，在不同工況負荷下，該企業(yè)焦爐煙氣經脫硫脫硝除塵治理后的凈煙氣排放濃度均低于《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）大氣污染物排放限值的要求。即：SO2排放濃度小于50mg/Nm3，NOx排放濃度小于500mg/Nm3，顆粒物排放濃度小于30mg/Nm3，同時氨逃逸含量排放濃度小于8ppm。

SDS干法脫硫工藝+布袋除塵工藝+中低溫SCR脫硝工藝的組合技術為焦爐煙氣治理提供了一攬子的解決方案，且具有工藝技術先進，成熟可靠，一次性投資少，運行成本低，不產生廢水等多項優(yōu)點。對現(xiàn)役焦爐煙氣治理滿足更高環(huán)保要求及深度凈化具有良好的推廣價值。

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收稿日期：2019-12-30

作者簡介：郭威（1991-），男，本科學士，研究方向為大氣污染控制技術。