低溫SCR技術在焦爐煙道廢氣治理中的應用

李 妍，劉 耀

（內蒙古包鋼慶華煤化工有限公司，內蒙古 包頭 014010）

焦化行業是大氣污染防治的重點行業之一，焦爐煙囪排放污染物，主要為SO2、NOX及顆粒物，SO2是焦爐加熱煤氣中所含硫化物燃燒產生的，根據各廠煤氣凈化的程度和焦爐管理水平，一般在100 mg/m3～600 mg/m3。燃氣在焦爐立火道燃燒時會產生NOX，以5.5m（6.05m）搗固焦爐為例，其排放濃度一般在500 mg/m3～1000 mg/m3。

自2015年1月1日起，現有企業執行《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012“表5”（以下簡稱《標準》）規定大氣污染 物 排 放 限 顆 粒 物 30mg/m-3、SO250mg.m-3、NOX500mg.m-3；在國土開發密度較高、環境承載能力開始減弱，或大氣環境容量較小、生態環境脆弱，容易發生嚴重大氣污染環境問題而需要采取特別保護措施的地區，執行GB16171-2012“表6”15mg.m-3、SO230mg.m-3、NOX150mg.m-3；規定大氣污染物排放限值。目前煉焦行業中以焦爐煤氣為熱源加熱的焦爐，在沒有配套建設相關脫硫脫硝設施的情況下，焦爐煙囪大氣污染物排放的濃度和總量均超過國家排放標準限值。因此，焦爐煙氣能否達標排放，嚴重制約焦行業污染物達標排放［1］。

1 焦爐煙道廢氣脫硝的特點及技術瓶頸

焦爐煙道廢氣溫度較低，受焦爐爐型、燃料類型、操作制度、現場管理水平等因素的影響，不同焦化廠焦爐煙道廢氣溫度差別很大，一般在220℃～310之間（電廠煙道廢氣溫度為300℃～400）。如果直接采用電廠煙道廢氣脫硝所用的催化劑進行脫硝，脫硝效率低，很難滿足國家排放標準要求。因此，低溫催化劑的研發和選型是SCR技術能否在焦爐煙氣治理中應用的核心問題。

2 焦爐煙囪必須始終處于熱備狀態

焦爐正常生產所需的動力來自于焦爐煙囪產生的熱壓吸力，煙氣溫度是產生熱壓吸力的根本原因，焦爐煙氣凈化系統一旦發生故障，只有處于熱備的焦爐煙囪才能提供熱壓吸力，使煙道廢氣應能夠迅速排放到大氣，保證焦爐生產不受影響。

為達到該工藝控制條件，要求在日常生產過程中，原有煙囪必須保持-350Pa的抽力，即保證焦爐煙囪必須處于熱備狀態。因此，在保證安全生產的工藝條件下，如何降低能耗指標，使環保設施能夠在綠色低碳模式下運行，也是該工藝的能否長期運行的重要制約條件。

3 低溫SCR技術在焦爐煙道廢氣治理中的應用

低溫SCR技術在焦爐煙道廢氣脫硫脫硝中的應用，相當直接地借鑒了成熟的電廠脫硫脫硝流程。從焦爐煙囪出來的280℃～290℃的煙氣首先進入SCR反應器在催化劑作用下，還原劑與煙氣的NOX發生還原反應生成氮氣和水，從而達到脫硝的效果，脫硝后的煙氣進入余熱鍋爐，余熱回收后的煙氣溫度大約在160℃～170℃，此時再進入脫硫塔進行脫硫，脫硫后的煙氣經脫硫塔除霧后排入大氣。

這種技術存在著一個核心問題，即脫硝反應系統反應溫度低，煙氣SO2含量高，這樣對催化劑的工作環境極為不利。使得催化劑的抗硫性能、低溫性能和機械性能等都要達到較高的標準，才能達到目標脫硝效率。因此，SCR催化劑選用特殊的新型低溫催化劑，以高比表面積二氧化鈦為載體，主要活性成分為稀土，其在180℃～320℃范圍都具有很好的催化活性，且脫硝過程中無SO3的轉換，大大減少了煙氣脫硝過程中硫銨對催化劑及后續設備的影響。

“低溫SCR技術+余熱回收+煙氣脫硫技術”的流程設計，最為直接利用煙道氣原有溫度進行脫硝，工藝簡明，余熱回收資源多、效率高。

4 低溫SCR技術在焦爐煙道廢氣治理中的運行實踐

以某105萬噸/年搗固焦爐為例，工藝主要分為4部分：包括焦爐煙道廢氣低溫SCR脫硝、余熱回收、煙氣脫硫及副產品硫酸鎂回收系統4個單元。

圖1 焦爐煙氣脫硫脫硝工藝流程

（1）焦爐煙道廢氣低溫SCR脫硝系統。焦爐煙道廢氣經風機送到SCR反應器。來自液氨儲罐的液氨靠自身壓力進入蒸發器中，被蒸發器內的熱水加熱蒸發成氨氣；從氨氣緩沖罐出來的氨氣與稀釋風機出來的空氣經過混合稀釋，通過噴氨系統被注入煙氣中。在SCR反應器內氨與氧化氮反應生成氮氣和水，反應生成水和氮氣隨煙道廢氣進入余熱鍋爐。反應方程式如下：

4NO+4NH3+O2=6H2O+4N2；NO+NO2+2NH3=3H2O+2N2

以焦爐煤氣為熱源加熱的焦爐煙道氣中SO2值普遍偏高，在180℃～230℃溫度區間內，SO2易轉化為SO3，進而與NH3反應生成粘稠狀的硫酸銨鹽粘附催化劑，造成管道堵塞和設備腐蝕，催化脫硝效率急劇下降。因此，在SCR煙道入口處設置一臺加熱爐，通過燃燒產生焦爐煤氣與煙氣混合后提高煙氣溫度，除去催化劑表面可能會形成的硫銨鹽。

（2）余熱回收系統。從焦爐煙道廢氣脫硝裝置來的煙道廢氣為230℃～310℃，經過熱管蒸發器煙氣溫度降至193℃，進入省煤器余熱鍋爐給水后溫度降至183℃。而后煙氣進入空氣預熱器，利用余熱預熱新鮮空氣至150℃，將熱空氣送入焦爐煙囪保持煙囪的吸力和溫度，達到備熱煙囪的目的。煙道廢氣溫度進一步降低至165℃進入脫硫系統。通過余熱鍋爐和空氣預熱器兩部分，實現對廢熱煙氣的余熱利用和焦爐煙囪的備熱。

（3）煙氣脫硫系統。煙氣脫硫系統采用鎂法脫硫除塵一體化技術，將氧化鎂經過漿液制備系統制成氫氧化鎂，吸收漿液在吸收塔內被強烈霧化，漿液形成的液膜、液滴、液霧充滿反應器空間，并與煙氣充分接觸反應，生成亞硫酸鎂溶液和硫酸鎂溶液，吸收反應完成后煙氣經除霧器除去煙氣中夾帶霧滴。

脫硫塔內煙氣和氧化鎂漿液采用逆流噴淋洗滌，液氣比控制在5L/m3以下（一般石灰石－石膏吸收塔的液氣比一般控制10 L/m3左右），其對不同煙氣量、煙氣濃度煙氣的適用范圍非常寬，可在30%～110%的負荷范圍內進行任意調整，也大大降低了漿液循環所需的能耗。

（4）工藝特點。①采用先脫硝后脫硫的工藝方案，充分利用系統自身熱能減少能耗；流程短、占地小；②凈化處理后焦化爐煙氣，SO2、NOx排放均滿足《標準》要求，NOx含量降至450mg/Nm3以下，考慮越來越嚴的環保要求，遠期目標應能降至150mg/Nm3。可實現系統脫硝效率≥80%，脫硫率≥96%。③無廢水、固廢產生，脫硝裝置用催化劑可再生、回收，解決了企業存在的環保風險。④工藝對余熱的充分利用和回收七水硫酸鎂，在解決環保問題的同時產生一定的經濟效益。

5 經濟技術指標及污染物減排量

以105萬t/a的一組焦爐為例，污染物減排量見表2，經濟技術指標見表3。

表2 污染物減排量

表3 技術經濟指標表

6 結束語

焦爐煙氣脫硫脫硝一體化工藝設計抓住了焦爐煙氣治理的關鍵——中低溫特性，充分考慮了焦爐生產對煙氣回送溫度的要求，能夠針對性地解決焦爐煙氣SO2和NOX污染物脫除問題。為焦化企業煙氣達標排放提供技術支持。