鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

馬銀華，黨平，崔曉波

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營(yíng)口115000）

焦?fàn)t煙氣中SO和NO排放指標(biāo)能否達(dá)標(biāo)對(duì)焦化企業(yè)非常重要。依據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，焦化企業(yè)焦?fàn)t煙氣排放SO濃度≤50 mg/m、NO濃度≤500 mg/m、顆粒物濃度≤30 mg/m；而《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》中排放指標(biāo)更為嚴(yán)格，要求SO濃度≤30 mg/m、NO濃度≤150 mg/m、 顆粒物濃度≤10 mg/m。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部（以下簡(jiǎn)稱“鲅魚圈煉焦部”）裝備有國(guó)內(nèi)首批自主設(shè)計(jì)的先進(jìn)7 m 52孔JNX-70-2型焦?fàn)t4座，設(shè)計(jì)年產(chǎn)焦炭255萬(wàn)t。正常生產(chǎn)狀態(tài)下，焦?fàn)t以高爐煤氣加熱為主；高爐年修或者特殊生產(chǎn)狀態(tài)下，焦?fàn)t采用焦?fàn)t煤氣加熱。為了適應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求和公司發(fā)展需要，實(shí)施綠色環(huán)保升級(jí)改造，打造綠色工廠，鲅魚圈煉焦部以達(dá)到國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，進(jìn)行了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，本文對(duì)此作以介紹。

1 焦?fàn)t煙氣排放現(xiàn)狀

鲅魚圈煉焦部4座焦?fàn)t編號(hào)分別為1、2、3、4， 其中 1、2和 3、4焦?fàn)t分別共用一座煙囪，焦?fàn)t燃燒后產(chǎn)生的廢氣分別通過(guò)兩座煙囪排放。目前，焦?fàn)t采用高爐煤氣加熱，并輔助摻入少量焦?fàn)t煤氣，摻混比例為2%～5%。鲅魚圈煉焦部通過(guò)采取焦?fàn)t煤氣脫硫工藝改進(jìn)、增加焦?fàn)t輔助加熱設(shè)備、對(duì)焦?fàn)t爐體進(jìn)行密封等措施，從源頭上控制了SO和 NO排放濃度，具體參數(shù)如表 1所示。

由表1可以看出，焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)能夠滿足國(guó)家基本排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但焦?fàn)t煙氣出口SO和NO濃度均無(wú)法滿足國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。且實(shí)際生產(chǎn)中，由于焦?fàn)t爐體狀況的老化和不穩(wěn)定，常會(huì)出現(xiàn)SO和NO的波動(dòng)，導(dǎo)致焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)不穩(wěn)定。因此，鲅魚圈煉焦部決定增加焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)裝置，以達(dá)到國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)穩(wěn)定焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)。

表1 鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣基本參數(shù)Table 1 Basic Parameters for Flue Gas from 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch of Ansteel

2 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)

2.1 工藝流程

焦?fàn)t煙氣處理是新興領(lǐng)域，目前只有寶鋼湛江等少數(shù)企業(yè)已初步運(yùn)行焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置，且都在實(shí)踐探索中。國(guó)內(nèi)行業(yè)中幾種焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝路線對(duì)比情況如表2所示。

表2 國(guó)內(nèi)行業(yè)中幾種焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝路線對(duì)比Table 2 Comparison of Several Desulfurization and Denitrification Processes for Flue Gas from Coke Oven in Domestic Steel Industry

結(jié)合鲅魚圈煉焦部焦?fàn)t煙氣實(shí)際情況，選擇SDS干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)工藝路線，具體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)工藝流程Fig.1 Process Flow for Desulfurization and Denitrification Technology for Flue Gas from Coke Oven

由圖1可以看出，該工藝路線為先脫硫后脫硝，這是由于煙氣中SO濃度對(duì)中低溫SCR脫硝催化劑的壽命有影響，進(jìn)入SCR催化劑的煙氣中SO濃度越低越好，因此需先脫硫。脫硫后煙氣進(jìn)入布袋除塵器，在進(jìn)行除塵的同時(shí)去除煙氣中焦油，這樣有效防止了焦油堵塞催化劑，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本工藝具有占地面積小，投資運(yùn)行費(fèi)用低、系統(tǒng)流暢、布置緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 工藝原理

2.2.1 SDS脫硫工藝原理

SDS干法脫硫工藝是將高效脫硫劑（20～30 μm）均勻噴射在管道內(nèi)，在煙氣的高溫作用下，使脫硫劑在管道內(nèi)被熱激活，比表面積迅速增大。在這種情況下，脫硫劑會(huì)與煙氣中的酸性物質(zhì)充分接觸，并與煙氣中的SO等酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，隨后煙氣在布袋除塵器的過(guò)濾下得到凈化。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)為：

2.2.2 中低溫SCR脫硝工藝原理

中低溫SCR脫硝工藝為選擇性催化還原工藝，選擇性是指在催化劑的作用和氧氣存在的條件下，NH優(yōu)先和NO發(fā)生還原脫除反應(yīng)，生成N和HO，而不和煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)。脫硫后的煙氣通過(guò)煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器，供氨系統(tǒng)向煙氣中噴入氨氣。在180～250℃的溫度區(qū)間，煙氣中的NO在SCR反應(yīng)器中催化劑的催化作用下將與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成N和HO。在SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi)，NO與NO通過(guò)以下反應(yīng)被還原：

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)簡(jiǎn)單。SDS脫硫劑直接噴入管道，脫硫過(guò)程在管道和除塵器中完成，無(wú)需脫硫塔。

（2）一次性投資低。SDS技術(shù)流程簡(jiǎn)單，脫硫劑制備系統(tǒng)投資費(fèi)用較低，也無(wú)需新建脫硫塔，一次性投資費(fèi)用低。

（3）SDS脫硫工藝為干法工藝，副產(chǎn)物容易處理。

（4）SDS脫硫工藝不受焦?fàn)t工況的影響。在焦?fàn)t泄漏較嚴(yán)重時(shí)，焦?fàn)t煙氣中的焦油含量會(huì)增加。在SDS脫硫工藝中，煙氣中的焦油會(huì)和脫硫副產(chǎn)物一起被布袋除塵器收集下來(lái)。

（5）SDS脫硫工藝能充分滿足煙氣顆粒物的排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣顆粒物可以通過(guò)脫硫工藝中的布袋除塵器過(guò)濾，完全能滿足煙氣顆粒物的排放要求。

（6）對(duì)其他酸性物具有很高的脫除率。對(duì)HCl、SO、HF等酸性物同樣具有很高的脫除率。

（7）副產(chǎn)物產(chǎn)生量少，硫酸鈉純度高，方便利用。由于高效脫酸劑在管道內(nèi)被熱激活，比表面積迅速增大，與酸性煙氣充分接觸，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，因此，過(guò)噴量很少；同時(shí)副產(chǎn)物硫酸鈉純度高，更有利于副產(chǎn)物的利用。

3 應(yīng)用實(shí)踐及效果

3.1 開(kāi)工達(dá)產(chǎn)實(shí)踐

焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的投產(chǎn)運(yùn)行，關(guān)鍵點(diǎn)在于煙氣切換過(guò)程中焦?fàn)t煙道吸力波動(dòng)大，煤氣燃燒不完全，易在煙道中積聚發(fā)生“爆鳴”事故。鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t脫硫脫硝系統(tǒng)開(kāi)工基本方案是：焦?fàn)t停止加熱后進(jìn)行煙氣通道的切換，待焦?fàn)t滿足恢復(fù)加熱的條件后再逐步進(jìn)行恢復(fù)加熱及生產(chǎn)。具體步驟如下：

（1）煙氣通道切換。①焦?fàn)t停止加熱，停止出焦裝煤操作；②脫硫脫硝系統(tǒng)煙氣入口電動(dòng)蝶閥、出口電動(dòng)蝶閥全開(kāi)，煙道電動(dòng)擋板閥全關(guān)；③脫硫脫硝系統(tǒng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，并根據(jù)焦?fàn)t煙道吸力逐步提高風(fēng)機(jī)能力；④焦?fàn)t恢復(fù)加熱，恢復(fù)出焦裝煤生產(chǎn)。

（2）脫硫系統(tǒng)運(yùn)行。① 脫硫風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；② 研磨機(jī)啟動(dòng)；③ 螺桿進(jìn)料裝置啟動(dòng)；④ 脫硫劑倉(cāng)下進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥啟動(dòng)；⑤根據(jù)焦?fàn)t煙道氣出口SO濃度調(diào)整螺桿進(jìn)料裝置及進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥。

（3）脫硝系統(tǒng)運(yùn)行。① 熱風(fēng)爐點(diǎn)火，調(diào)整加熱煤氣量，使進(jìn)入脫硝塔煙氣溫度不低于200℃；②啟動(dòng)氨水流量泵；③根據(jù)煙氣出口NOx濃度調(diào)整氨水流量泵流量。

開(kāi)工過(guò)程發(fā)現(xiàn)，由于脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)備沒(méi)有預(yù)熱造成對(duì)焦?fàn)t煙氣排出溫度影響較大，為避免因此而造成的對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)的影響，對(duì)開(kāi)工操作進(jìn)行了細(xì)致的研究并修改，采取提前預(yù)熱方式實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝系統(tǒng)開(kāi)工達(dá)產(chǎn)時(shí)間的進(jìn)一步縮短，在安全基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3.2 運(yùn)行效果

鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的開(kāi)工運(yùn)行，且各項(xiàng)排放指標(biāo)均達(dá)到排放及設(shè)計(jì)要求，具體運(yùn)行參數(shù)如表3所示。

表3 鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)行參數(shù)Table 3 Operation Parameters for Desulfurization and Denitrification Technology for Flue Gas of 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch of Ansteel

由表3可以看出，焦?fàn)t煙氣出口SO和NO濃度波動(dòng)范圍大大縮小，焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)趨于穩(wěn)定；且焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)已達(dá)到國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部進(jìn)行了7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，工藝流程為SDS干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝，脫硫脫硝技術(shù)開(kāi)工操作簡(jiǎn)便、安全穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了一次性達(dá)產(chǎn)達(dá)效。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，焦?fàn)t煙氣SO和NO排放濃度分別達(dá)到了8～10 mg/m和100～120 mg/m，顆粒物排放濃度＜10 mg/m，均符合國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)穩(wěn)定了焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)。