焦?fàn)t煙囪尾氣超凈排放工藝分析

雷永程，宋薇，朱文兵

（1.武漢武鍋能源工程有限公司，武漢 430220；2.湖北永業(yè)行評(píng)估咨詢有限公司，武漢 430062）

焦化行業(yè)是我國(guó)污染控制的重點(diǎn)行業(yè)之一。近年來，我國(guó)對(duì)焦?fàn)t煙囪廢氣排放帶來的危害日益重視，2015年1月1日發(fā)布的《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GBl6171-2012）要求：現(xiàn)有企業(yè)和新建企業(yè)焦?fàn)t煙氣SO2、NOx、粉塵排放濃度分別要達(dá)到50mg/Nm3、500mg/Nm3和30mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)地區(qū)排放要求更加嚴(yán)格，SO2、NOx、粉塵的排放值分別為30mg/Nm3、150mg/Nm3和15mg/Nm3。隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)廢氣的排放要求日趨嚴(yán)格，即SO2、NOx、粉塵的排放值分別為35mg/Nm3、50mg/Nm3和5mg/Nm3，超凈排放將成為未來發(fā)展趨勢(shì)。因此，找出一條經(jīng)濟(jì)、合理，同時(shí)能兼容超凈排放標(biāo)準(zhǔn)的廢氣治理工藝路線，至關(guān)重要。

1 廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀

SO2污染防治的方法很多，主要為干法、半干法、濕法三類。其中，干法主要體現(xiàn)為爐內(nèi)噴鈣技術(shù)或煙道噴堿技術(shù)；半干法主要有RCFB、NID、SDA等；濕法根據(jù)吸收藥劑的不同，又分為鈣法、氨法、鎂法和鈉法等。

脫硝一般是選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）。SNCR脫硝效率較低，一般為30%～50%；SCR脫硝由于有催化劑的存在，效率可達(dá)80%～95%。

粉塵控制主要采用布袋除塵、電除塵和濕式除塵。隨著濾袋材料技術(shù)的進(jìn)步，布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn)越來越明顯，布袋除塵器的市場(chǎng)占有率越來越高。

2 焦?fàn)t廢氣的特點(diǎn)

因焦?fàn)t生產(chǎn)工藝的特殊性，煙氣中的NOx含量遠(yuǎn)高于用高爐煤氣加熱的電廠，NOx一般為600～1300mg/Nm3；SO2為300～800mg/Nm3；與燃煤電廠煙氣相比，焦?fàn)t煙道廢氣具有以下特點(diǎn)[1]：

（1）焦?fàn)t煙氣溫度較低。多數(shù)焦化企業(yè)在200℃～250℃之間，個(gè)別低至180℃、高至280℃，而熱電廠的煙氣溫度為300℃～400℃。

（2）焦?fàn)t煙道氣中的SO2、NOx濃度隨生產(chǎn)呈周期性變化且濃度含量的波峰和波谷差值較大。

（3）煙氣中SO2的副作用。在180℃～230℃區(qū)間內(nèi)，SO2極易轉(zhuǎn)化為硫銨鹽，可能會(huì)造成管道堵塞和設(shè)備腐蝕。

（4）焦?fàn)t煙囪必須始終處于熱備狀態(tài)。焦?fàn)t煙道氣經(jīng)過脫硫脫硝后必須回到焦?fàn)t煙囪排放至大氣，使焦?fàn)t煙囪始終處于熱備狀態(tài)，一旦脫硫脫硝裝置因故障停產(chǎn)，煙道廢氣能夠通過原煙囪排放到大氣，不影響焦?fàn)t正常生產(chǎn)。

（5）焦?fàn)t煙道氣含有硫化氫、一氧化碳、甲烷、焦油等多種污染物。

城鄉(xiāng)規(guī)劃編制的一項(xiàng)重要內(nèi)容是城市用地豎向規(guī)劃，它是指在某規(guī)劃地段，對(duì)原地形地貌進(jìn)行改造開發(fā)而開展的一系列規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，包括平衡土石方、高程控制和確定坡度等內(nèi)容，前提是必須綜合滿足城市景觀、道路交通、建筑布置、地面排水等方面的要求。規(guī)劃者可以從城市豎向設(shè)計(jì)的實(shí)際需要出發(fā)搭建一個(gè)三維地理仿真環(huán)境，通過對(duì)測(cè)繪地理等多源數(shù)據(jù)的集成和融合，來研究場(chǎng)地設(shè)計(jì)、用地因子評(píng)價(jià)、綜合管網(wǎng)以及路網(wǎng)優(yōu)化等內(nèi)容，同時(shí)參考其他幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，比如協(xié)同設(shè)計(jì)框架、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的三維建模、漸進(jìn)式規(guī)劃設(shè)計(jì)等，來完成基于三維地理空間環(huán)境下的城市用地豎向規(guī)劃方案(如圖2所示)。

3 工藝流程

3.1 脫硫

焦?fàn)t煙氣的排放溫度不低于130 ℃的煙氣露點(diǎn)溫度，否則會(huì)影響焦?fàn)t的正常生產(chǎn)[1]。若采用濕法脫硫，出口煙溫約為65℃，需單獨(dú)設(shè)置防腐的煙囪排放（或增加升溫裝置GGH后由原煙囪排放）；濕法脫硫工藝的效率和吸收劑利用率相對(duì)較高，但處理系統(tǒng)復(fù)雜，存在脫硫廢水污染問題；另外，除霧效果不佳的濕法脫硫裝置，可增加PM2.5排放量[2]。

干法或干法脫硫（與除塵聯(lián)用），不需要新建煙囪。任毅[3]以小蘇打（NaHCO3）作為吸收劑，噴入至高溫?zé)煔庵校諢煔庵械腟O2和SO3，將焦?fàn)t煙道廢氣中的SO2降低至30～50mg/Nm3，但其運(yùn)行費(fèi)用較高。

3.2 脫硝

主要方法有SNCR和SCR。根據(jù)現(xiàn)有商用催化劑的使用溫度不同，SCR催化劑分為中溫和低溫。各工藝要求的煙氣溫度為，SNCR：800℃～1000℃；中溫SCR：320℃～400℃；低溫SCR：180℃～220℃。

由于焦化窯爐的出口煙氣溫度約在220℃（若窯爐破損，煙溫會(huì)略高），只能采用SCR脫硝工藝。中溫SCR脫硝需將煙氣溫度升高至320℃以上；低溫SCR溫度剛好適合，不需升溫。由于低溫催化劑對(duì)S特別敏感，尤其是SO3影響最直接、最明顯，為使低溫脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需在脫硝前，將SO2去除（特別是SO3）。因此，低溫SCR系統(tǒng)，需將脫硫系統(tǒng)前置。

3.3 除塵

由于布袋除塵器的效率一般都在99.99%以上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，布袋物美價(jià)廉，粉塵易黏袋、堵袋等缺點(diǎn)、已逐漸被克服。電除塵器因效率低、運(yùn)行不穩(wěn)定、投資較高等問題，已漸漸被棄用。在相同的除塵效率下，布袋除塵比電除塵投資低，對(duì)于粉塵的特性不敏感，氣量處理大，因而已被廣泛使用。

結(jié)合焦化煙氣的特點(diǎn)，上述脫硫脫硝除塵工藝技術(shù)，均可做到超凈排放。總結(jié)煙氣治理工藝流程組合，有如下三種：

4 工程案例比較

以河北某焦化有限公司60孔JNDK43-99D型焦?fàn)t環(huán)保改造為例。新建SCR脫硝脫硫除塵裝置，其原始煙氣參數(shù)見表1。

表1 原始煙氣參數(shù)

脫硝還原劑為20%的氨水，脫硫劑為消石灰粉，除塵采用布袋除塵器。根據(jù)超凈排放指標(biāo)，各能源、介質(zhì)的耗量，見表2。中溫SCR脫硝，需將煙氣由原溫度（230℃）升高至320℃以上。方法：煙道上設(shè)置天然氣燒嘴，通過天然氣燃燒加熱；低溫脫硝無需對(duì)煙氣升溫，但需要定期對(duì)低溫催化劑進(jìn)行再生，即去除催化劑毛孔中的硫銨鹽。方法：將反應(yīng)器中的煙氣升溫至350℃，保溫約24h。

根據(jù)各工藝的能源、介質(zhì)耗量，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用（見表3），運(yùn)行費(fèi)用核算基價(jià)見表4。運(yùn)行費(fèi)用所占比例見表5。

從表3和表5可看出，“工藝1”的天然氣耗量極少，年運(yùn)行費(fèi)用為3萬元，占比0.91%；“工藝2”與“工藝3”均因需要將原煙氣升溫，而煙氣升溫的年運(yùn)行費(fèi)用為985.5萬元，占比分別為77.28%和74.42%；且隨著焦?fàn)t的不斷使用，爐膛出現(xiàn)部分燒穿的現(xiàn)象，煙溫還會(huì)上升。中溫SCR脫硝升溫所需的天然氣量減少，其運(yùn)行費(fèi)用將11.37%和13.86%。運(yùn)行費(fèi)用差異不大；壓縮空氣和水的耗量都較低，其運(yùn)行費(fèi)用和占比均較低。

表2 能源與介質(zhì)耗量

表3 運(yùn)行費(fèi)用 （按8760h計(jì)，單位：萬元）

表4 運(yùn)行費(fèi)用核算基價(jià)

表5 運(yùn)行費(fèi)用所占比例 （單位：%）

5 結(jié)語

（1）中溫SCR脫硝中，煙氣升溫費(fèi)用極高，工藝2和工藝3分別占總運(yùn)行費(fèi)用的77.28%和74.42%；而催化劑和還原劑的運(yùn)行費(fèi)用總和只占總運(yùn)行費(fèi)用的9.66%和9.31%。因此，在焦?fàn)t煙囪煙溫正常（230℃左右）的情況下，不建議采用中溫SCR脫硝。隨之降低。總的年運(yùn)行費(fèi)用 “工藝2”和“工藝3”比“工藝1”高出很多（約945萬元），主要體現(xiàn)在煙氣加熱費(fèi)用上；“工藝2”采用半干法脫硫除塵，其年運(yùn)行費(fèi)用比“工藝3”稍低（約低49萬元），主要體現(xiàn)在半干法脫硫的電耗量和水耗量較低。

從脫硝設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用（催化劑和氨水）來看，分別占總運(yùn)行費(fèi)用的47.31%、8.37%、8.10%。其中，由于“工藝1”低溫催化劑的商用價(jià)格較高，導(dǎo)致其年運(yùn)行費(fèi)用比“工藝2”和“工藝3”高33.27萬元。

脫硫設(shè)施均以石灰粉作為脫硫劑，年運(yùn)行費(fèi)用分別為21.6萬元、16.8萬元、16.8萬元，占總運(yùn)行費(fèi)用的比例分別為6.55%、1.15%、1.11%。運(yùn)行費(fèi)用和所占比例，都較低。

電耗是各工藝的主要年運(yùn)行費(fèi)用之一，分別達(dá)到145萬元、145萬元和183萬元，占總費(fèi)用的43.84%、

（2）結(jié)合焦?fàn)t煙囪煙氣的特性和超凈排放趨勢(shì)，從投資費(fèi)用分析，低溫SCR脫硝約是中溫SCR脫硝的2.15倍，而脫硫除塵（濕法須新增防腐煙囪）的投資費(fèi)用差異不大；從運(yùn)行費(fèi)用上分析，低溫脫硝運(yùn)行費(fèi)用要低得多；綜合考慮，低溫脫硝具有極大優(yōu)勢(shì)。即采用先半干法脫硫和布袋除塵，后進(jìn)行低溫SCR脫硝。

隨著低溫催化劑的普及和推廣，其商用成本會(huì)逐年下降，采用低溫SCR脫硝，運(yùn)行費(fèi)用和投資費(fèi)用將會(huì)更低，該工藝的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 任毅.焦?fàn)t煙道廢氣脫硫脫硝除塵及余熱回收一體化技術(shù)[C].焦化行業(yè)節(jié)能減排及干熄焦技術(shù)交流會(huì)，2015.