焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)應(yīng)用

全宇 張所威 杜艷玲

摘 要：本文介紹了鞍山盛盟煤氣化有限公司一期及二期改造焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)工藝流程及脫硫脫硝工藝原理，對(duì)比了濕法脫硫和干法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題及改進(jìn)方法，滿足穩(wěn)定超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煙氣;脫硫脫硝;超低排放

一、引言

鞍山盛盟煤氣化有限公司擁有兩座JNDK 5米5搗鼓焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭110萬(wàn)噸。2017年配套焦?fàn)t煙氣石灰石-石膏濕法脫硫+SCR催化劑脫硝系統(tǒng)，焦?fàn)t煙氣經(jīng)處理后可以滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）的排放要求（二氧化硫質(zhì)量濃度<50 mg/m3，氮氧化物質(zhì)量濃度<500 mg/m3），隨著環(huán)保排放指標(biāo)進(jìn)一步降低，執(zhí)行特別排放限值的地區(qū)要求超低排放（二氧化硫質(zhì)量濃度<30 mg/m3，氮氧化物質(zhì)量濃度<150mg/m3），為了滿足超低排放的要求，2019年鞍山盛盟煤氣化有限公司將焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)改造優(yōu)化為SDS脫硫+除塵+SCR低溫催化脫硝，改造后焦?fàn)t煙氣經(jīng)處理可滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

二、焦?fàn)t煙氣形成、組分構(gòu)成及特性

1、焦?fàn)t煙氣形成及組分構(gòu)成

焦?fàn)t煙氣排放污染物，主要為SO2、NOx及顆粒物，排放量取決于多種因素，其中最具有代表性的因素有：加熱煤氣的凈化程度;加熱火道的溫度;加熱煤氣的燃燒條件;焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的密封性等。

焦?fàn)t煙囪排放的SO2是焦?fàn)t加熱煤氣中所含硫化物燃燒產(chǎn)生的。主要包含焦?fàn)t加熱用焦?fàn)t煤氣中 H2s燃燒所生成的SO2;焦?fàn)t加熱用焦?fàn)t煤氣中有機(jī)硫燃燒所生成的SO2;因焦?fàn)t爐體竄漏導(dǎo)致荒煤氣進(jìn)入燃燒系統(tǒng)，其中所含的硫化物燃燒所生成的 SO2。焦?fàn)t煙道廢氣中排放的SO2根據(jù)各廠煤氣凈化的程度和焦?fàn)t的管理水平，一般在100—600 mg/m3。

燃?xì)庠诮範(fàn)t立火道燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氮氧化物 （NOx），氮氧化物通常多指NO和NO2的混合物，大氣中的氮氧化物破壞臭氧層，造成酸雨，污染環(huán)境。研究表明，在燃燒生成的NOx中，NO占95%，NO2為5%左右，在大氣中NO緩慢轉(zhuǎn)化為NO2。焦?fàn)t煙囪廢氣排放的NOx濃度一般在800～1200mg/m3。

焦?fàn)t煤氣中的碳顆粒物在加熱時(shí)形成碳黑。焦?fàn)t煤氣中的烴類熱裂解也形成碳黑.焦?fàn)t炭化室逸出的粗煤氣（粗煤氣中含焦油和細(xì)分散煤塵）進(jìn)入到燃燒室。形成的廢氣中的碳顆粒濃度可達(dá)到100 mg/m3以上。

2、焦?fàn)t煙氣特性

（1）焦?fàn)t煙氣中的SO2、NOx 濃度隨生產(chǎn)呈周期性變化，且波峰與波谷差值較大。主要原因一是焦?fàn)t加熱周期性換向;二是焦?fàn)t為耐火材料砌筑，爐墻竄漏不可避免，在結(jié)焦周期內(nèi)煙氣成分存在波動(dòng)[1]。

（2）焦?fàn)t煙氣成分復(fù)雜，含有一定的焦油、硫化氫、一氧化碳、甲烷、硫醚等[2]。

（3）正常情況下煤氣在高溫時(shí)裂解，裂解產(chǎn)生的石墨填充在焦?fàn)t砌體磚的縫隙之間，砌體磚與磚之間密封性較好，當(dāng)集氣管壓力產(chǎn)生波動(dòng)呈負(fù)壓時(shí)，燃燒系統(tǒng)就把縫隙間的石墨燒掉，使墻面重新竄漏，荒煤氣進(jìn)入燃燒室內(nèi)，在高溫下分解析出石墨粉塵，成為焦?fàn)t煙氣成分[3]。

三、焦?fàn)t煙氣濕法與干法脫硫、SCR催化劑脫硝工藝原理

1、石灰石-石膏濕法脫硫工藝原理

在石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝中，俘獲二氧化硫（SO2）的基本工藝過(guò)程：煙氣進(jìn)入吸收塔后，與吸收劑漿液接觸、進(jìn)行物理、化學(xué)反應(yīng)，最后產(chǎn)生固化二氧化硫的石膏副產(chǎn)品?；竟に囘^(guò)程為：

用石灰石作吸收劑時(shí)，SO2在吸收塔中轉(zhuǎn)化，其反應(yīng)簡(jiǎn)式式如下：

CaCO3+2 SO2+H2O←→Ca（HSO3）2+CO2

在此，含CaCO3的漿液被稱為洗滌懸浮液，它從吸收塔的上部噴入到煙氣中。在吸收塔中SO2被吸收，生成Ca（HSO3）2，并落入吸收塔漿池中。

當(dāng)pH值基本上在5和6之間時(shí)，SO2去除率最高。因此，為了確保持續(xù)高效地俘獲二氧化硫（SO2）必須采取措施將PH值控制在5和6之間;

2、SDS干法脫硫工藝原理

SDS干法脫酸噴射技術(shù)是將高效脫硫劑（20-25μm）均勻噴射在管道內(nèi)，脫硫劑在管道內(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)，煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)被吸收凈化。鈉基干法脫硫是利用脫硫劑超細(xì)粉與煙氣充分混合、接觸，與煙氣中SO2快速反應(yīng)。而且，在反應(yīng)器、煙道及布袋除塵器內(nèi)，脫硫劑超細(xì)粉一直與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)快速、充分，在2秒內(nèi)即可生產(chǎn)副產(chǎn)物Na2SO4。通過(guò)布袋回收副產(chǎn)物，作為化工產(chǎn)品利用。

這種反應(yīng)脫硫效率高，按化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量 1：1 時(shí)，脫硫效率大于 95%，而且是一次性噴入脫硫劑，不需要循環(huán)。

脫硫機(jī)理：以小蘇打（NaHCO3）做脫硫劑，在高溫?zé)煔獾淖饔孟录せ?，表面形成微孔結(jié)構(gòu)，猶如爆米花被爆開(kāi)，煙道內(nèi)煙氣與激活的脫硫劑充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)被吸收凈化，脫硫并干燥的Na2SO4副產(chǎn)物隨氣流進(jìn)入布袋除塵器被捕集。

完成的主要化學(xué)反應(yīng)為：

2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+2CO2+H2O

2NaHCO3+SO3→Na2SO4+2CO2+H2O

與其他酸性物質(zhì)（如 SO3等）的反應(yīng)：NaHCO3+HCL→NaCL+CO2+H2O NaHCO3+HF→NaF+CO2+H2O

3、SCR低溫催化劑脫硝工藝原理

煙氣中90%以上NOX是以NO形式存在。脫硝系統(tǒng)以氨（（NH3）為還原劑，在低溫SCR催化劑作用下，NH3選擇性地和NOX反應(yīng)生成無(wú)二次污染的N2和H2O隨煙氣排放，實(shí)現(xiàn)NOX脫除，并控制NH3的逃逸率。

化學(xué)反應(yīng)式：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（主要反應(yīng)）

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

NO+NO2+2NH3+O2→2N2+3H2O

四、石灰石-石膏濕法脫硫與SDS干法脫硫工藝技術(shù)比較

1、石灰石-石膏濕法脫硫工藝

鞍山盛盟煤氣化有限公司前期焦?fàn)t煙氣脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫，其工藝流程為：焦?fàn)t煙氣→SCR脫硝→換熱器→石灰石-石膏濕法脫硫→增壓風(fēng)機(jī)→焦?fàn)t煙囪達(dá)標(biāo)。

石灰/ 石灰石法脫硫的優(yōu)點(diǎn)在于吸收劑利用率高，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠;而系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、一次性投資大、耗水量大、易結(jié)垢堵塞，煙氣攜帶漿液造成“石膏雨”、脫硫廢水處理難度大等是其主要不足[4]

鞍山盛盟煤氣化有限公司2017年配套采用SCR脫硝+石灰石-石膏濕法脫硫的先脫硝后脫硫工藝，在運(yùn)行過(guò)程中存在很多問(wèn)題：

（1）石灰石漿液的PH值很難保證穩(wěn)定在5到6之間。

（2）煙氣中的二氧化硫與脫硝氨氣容易形成硫酸銨鹽等結(jié)晶物，使催化劑失活。

（3）形成大量的脫硫廢水無(wú)法處理。

（4）無(wú)法達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2、SDS干法脫硫工藝

針對(duì)濕法脫硫存在的問(wèn)題，鞍山盛盟煤氣化有限公司改造后采用了焦?fàn)t煙氣干法脫硫+除塵+SCR低溫催化脫硝+余熱回收利用的一體化工藝技術(shù)，有效解決了原濕法脫硫造成的技術(shù)難題。其工藝流程為： 焦?fàn)t煙氣→原煙氣余熱鍋爐→干法脫硫→布袋除塵裝置→低溫SCR脫硝→凈煙氣余熱鍋爐（預(yù)留）→增壓風(fēng)機(jī)→焦?fàn)t煙囪達(dá)標(biāo)。

先脫硫后脫硝最明顯的特點(diǎn)就是煙氣經(jīng)脫硫后，煙氣中的SO2濃度降低，減少了脫硝反應(yīng)過(guò)程中硫酸銨、硫酸氫銨雜質(zhì)的形成，保護(hù)了脫硝催化劑的活性，延長(zhǎng)其使用壽命。

SDS脫硫?yàn)楦煞摿颍瑢⒚摿騽ㄐ√K打）噴入反應(yīng)器后，小蘇打瞬間與SO2反應(yīng)生成硫酸鈉，處理后的煙氣溫降≤10℃，再經(jīng)過(guò)布袋除塵器凈化后溫度>180℃，進(jìn)入脫硝反應(yīng)器中，由于進(jìn)入SCR脫硝的煙氣溫度≥180℃，且SO2及粉塵濃度低，滿足低溫SCR脫硝要求，保證了煙氣脫硝的順利進(jìn)行;再次由SDS脫硫+布袋除塵器+SCR脫硝裝置處理后的煙氣經(jīng)余熱回收后進(jìn)入原煙囪排入大氣;最后，因?yàn)榻?jīng)過(guò)低溫SCR脫硝及余熱回收后，進(jìn)入煙囪前煙氣溫度≥150℃，煙囪始終處于熱備狀態(tài)，保證焦?fàn)t安全運(yùn)行。SDS脫硫反應(yīng)過(guò)程無(wú)需噴水，整個(gè)脫硫系統(tǒng)溫降小，脫硫系統(tǒng)就不存在堵塞與腐蝕的問(wèn)題，降低了設(shè)備后期運(yùn)行難度。

五、結(jié)束語(yǔ)：

鞍山盛盟煤氣化有限公司焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝采用的SDS干法脫硫+除塵+低溫SCR催化劑脫硝技術(shù)運(yùn)行一年半，有效解決了原濕法脫硫脫硝存在的缺陷，并且操作簡(jiǎn)便，合理利用了資源，滿足了超低排放的要求，是我國(guó)現(xiàn)在應(yīng)用的主要方向，具有很好的應(yīng)用前景。