焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝技術(shù)路線探討

余志剛

（中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司，武漢430205）

1 引言

我國現(xiàn)有800 多家焦化廠，2 000 多座焦?fàn)t，焦炭產(chǎn)能高達(dá)4.5×108t/a，其中多數(shù)焦?fàn)t沒有煙氣余熱利用和脫硫脫硝裝置，不僅大量250～320℃高溫?zé)煔庵苯优欧?，浪費(fèi)能源，焦?fàn)t煙道氣中含有的大量SO2和氮氧化合物還會(huì)在大氣中形成酸雨或酸霧，造成環(huán)境污染。目前，焦?fàn)t煙道氣已成為我國主要大氣污染源之一，通過焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝能大幅降低污染物排放，改善大氣質(zhì)量，對(duì)構(gòu)建天藍(lán)水綠美好環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 工藝路線選擇的原則

焦?fàn)t的脫硫脫硝需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)原則：（1）經(jīng)脫硫脫硝除塵后的煙氣應(yīng)滿足GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的特殊地區(qū)排放限值，排放指標(biāo)如表1 所示。系統(tǒng)年運(yùn)行率：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率為24h/d，全年運(yùn)轉(zhuǎn)率不低于95%。（2）焦?fàn)t加熱系統(tǒng)煤氣種類的變換及加熱系統(tǒng)定時(shí)切換，導(dǎo)致的煙氣量及污染物濃度的變化，脫硫脫硝除塵裝置需要滿足各種工況條件。（3）焦?fàn)t加熱系統(tǒng)為自然通風(fēng)的形式，要求選擇的脫硫脫硝除塵裝置具有獨(dú)立的動(dòng)力源，克服系統(tǒng)自身的阻力。處理裝置故障狀態(tài)時(shí)，可以迅速切換至原有煙囪，原有煙囪要始終保持熱備狀態(tài)，保證焦?fàn)t的安全生產(chǎn)。（4）焦?fàn)t為連續(xù)生產(chǎn)的工業(yè)窯爐，要求脫硫脫硝除塵裝置故障及維修時(shí)有相應(yīng)的預(yù)案，不影響焦?fàn)t的正常工作。（5）受現(xiàn)場場地的局限性，裝置占地以能布置下且占地小為首選原則。（6）脫硫脫硝除塵脫硫副產(chǎn)物、固廢及廢水均須有相應(yīng)的處理方案。

表1 煙氣排放指標(biāo)

3 幾種焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝工藝比較

3.1 SDS 脫硫+布袋除塵器+中低溫脫硝工藝

工藝流程說明：焦?fàn)t煙道氣—SDS 脫硫反應(yīng)器脫硫—布袋除塵器除塵—煙氣加熱器—SCR 脫硝反應(yīng)器脫硝—余熱回收鍋爐余熱回收—原煙囪排放。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）干法脫硫，脫硫劑為碳酸氫鈉，煙氣基本無溫降，能保證煙囪安全熱備狀態(tài)；（2）低溫脫硝在脫硫后，煙氣中SO2含量低，催化劑表面不易形成硫酸氫銨，催化劑不易中毒，能保證系統(tǒng)的脫硝效率；（3）脫硫脫硝系統(tǒng)簡單、投資少、阻力低、運(yùn)行費(fèi)用低、占地?。唬?）系統(tǒng)不耗水，尤其適合缺水地區(qū)；（5）不存在廢水、白煙、腐蝕，無其他環(huán)保敏感熱點(diǎn)問題。

技術(shù)缺點(diǎn)：（1）對(duì)脫硫劑碳酸氫鈉品質(zhì)要求高，來源受限；（2）不適合高濃度SO2，尤其SO2濃度≥500㎎/m3，不宜采用；（3）干法脫硫，氣固反應(yīng)，脫硫效率不高，目前最高脫硫效率只能達(dá)到90%；（4）脫硫副產(chǎn)物為NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，目前產(chǎn)物沒有較好的運(yùn)用前景，只能堆放或填埋，存在固廢的二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 SDA 半干法+布袋除塵器+中低溫脫硝工藝

工藝流程：焦?fàn)t煙道氣—SDA 半干法脫硫反應(yīng)器脫硫—布袋除塵器除塵—煙氣加熱器加熱—SCR 脫硝反應(yīng)器脫硝—余熱回收鍋爐余熱回收—原煙囪排放。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）半干法脫硫，脫硫劑為碳酸鈉，脫硫后溫降20～30℃，能保證煙囪長期處于安全熱備狀態(tài)；（2）脫硫效率高能達(dá)到95%以上的效率；（3）低溫脫硝在脫硫后，煙氣中SO2含量低，催化劑表面不易形成硫酸氫銨，催化劑不易中毒，能保證系統(tǒng)的脫硝效率；（4）系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定簡單，投資較高，占地適中；（5）不存在廢水、白煙和腐蝕；（6）適應(yīng)負(fù)荷范圍比較廣，運(yùn)行業(yè)績較多。

技術(shù)缺點(diǎn)：（1）脫硫后有小幅溫降，為保證脫硝運(yùn)行窗口，有時(shí)需煙氣加熱，需消耗較多的高爐煤氣或焦?fàn)t煤氣。（2）脫硫副產(chǎn)物為NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，目前產(chǎn)物沒有較好的運(yùn)用前景，只能堆放或填埋，存在固廢的二次污染的風(fēng)險(xiǎn)；（3）相比干法脫硫，投資費(fèi)用會(huì)高，運(yùn)行費(fèi)用適中。

3.3 活性焦脫硫脫硝工藝

工藝流程：焦?fàn)t煙道氣—余熱鍋爐降溫—活性焦吸附塔脫硫脫硝—原煙囪排放?；钚越刮剿?nèi)雙級(jí)反應(yīng)層同時(shí)進(jìn)行脫硫脫硝。吸附飽和的活性焦通過物料輸送設(shè)備提升至再生塔加熱再生，釋放出高濃度SO2混合氣體。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，脫除效果好，脫硫率可達(dá)99%以上，脫硝率可達(dá)80%；（2）多污染物綜合脫除，系統(tǒng)可模塊化設(shè)計(jì)一次性投入多種回報(bào)；（3）干式處理，凈化過程中無廢水、廢渣產(chǎn)生，無二次污染；（4）干法脫硫，排煙溫度高；能保證煙囪長期處于安全熱備狀態(tài)；（5）流程簡單，工況適應(yīng)性強(qiáng)，維護(hù)檢修量少；（6）SO2能回收，可資源化利用。

技術(shù)缺點(diǎn)：（1）由于是協(xié)同治理，含高濃度的SO2的煙氣治理時(shí)，會(huì)影響NOx的脫除效率；（2）由于活性焦空速較低，凈化反應(yīng)器體積偏大；（3）初次裝填活性焦量大，活性焦成本和系統(tǒng)初投資較高；（4）加熱再生造成活性焦損耗和加熱能耗較大。

3.4 低溫有機(jī)催化超潔凈循環(huán)氨法脫硫脫硝技術(shù)

工藝流程：焦?fàn)t煙道氣—余熱鍋爐—臭氧發(fā)生器—氨法一體化脫硫脫硝塔內(nèi)—煙氣加熱器和脫白處理—原煙囪排放。脫硫脫硝后副產(chǎn)物硫酸銨和硝酸銨溶液可進(jìn)行提鹽制作化肥。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，脫除效果好，脫硫率可達(dá)95%以上，脫硝率可達(dá)70%；（2）一體化技術(shù)，多效減排，在同一反應(yīng)塔實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝和除塵；（3）占地面積小，初期建設(shè)費(fèi)用少，運(yùn)行成本低；（4）副產(chǎn)化肥，無二次污染，無廢水排放，催化劑和水資源循環(huán)使用；（5）常溫脫硝，大大降低了能耗。

技術(shù)缺點(diǎn)：（1）低溫脫硫脫硝，進(jìn)入濕法一體化脫硫脫硝塔前需降溫，為保證煙囪熱備溫度（＞130℃）需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱且存在熱備風(fēng)險(xiǎn)。（2）適合于低NOx濃度入口參數(shù)（小于500mg/Nm3），硫銨及硝酸銨需送至焦化廠化產(chǎn)回收產(chǎn)品硫銨車間。

3.5 工藝對(duì)比

4 種脫硫脫硝工藝對(duì)比分析如表2 所示。

表2 4 種脫硫脫硝工藝對(duì)比分析

4 結(jié)語

上述幾種脫硫脫硝工藝均已投入工業(yè)運(yùn)行，也都有成功或者在建的市場業(yè)績。脫硫脫硝除塵后的煙氣滿足GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的特殊地區(qū)排放限值要求。實(shí)際選擇中要結(jié)合焦?fàn)t現(xiàn)有工藝情況，結(jié)合實(shí)際情況場地、運(yùn)行費(fèi)用、可靠性、運(yùn)行業(yè)績、副產(chǎn)物的處置等綜合考慮。