焦爐煙氣脫硫脫硝工藝研究

馬金鵬

摘 要：隨著全社會環保意識的增強，特別是 2018 年初國務院提出要對鋼鐵行業進行超低排放改造以來，各級政府相繼出臺了最新的、更嚴格的大氣污染物排放標準。 以煉焦化學工業為例，國家出臺的焦爐煙氣超低排放標準為：基準含氧量 8% 的條件下，顆粒物≤10 mg/ m 3 ，SO 2 ≤ 30 mg/ m 3 ， NO x ≤150 mg/ m 3.文章介紹了焦爐煙氣脫硫脫硝技術在的焦化工藝中的運用。針對脫硫系統中的硫酸銨結晶和系統穩定性較差問題，通過延長噴灑管、增加噴頭數量及增加煙氣管道上沿雨棚，根除了脫硫塔系統積料。通過工藝優化、改進，焦爐煙氣脫硫脫硝工藝指標達標，煙囪排放指標達標，生產運行穩定。

關鍵詞：焦爐煙氣;脫硫脫硝;廢氣治理;環保

1.焦爐煙氣特點與脫硫脫硝工藝選擇難點

焦爐是一種特殊的工業窯爐，其燃燒過程和煙氣排放與其他工業窯爐特別是電廠鍋爐有著明顯區別，主要表現在以下幾個方面

1.1煙氣溫度低。焦爐煙氣溫度一般在180～280℃，個別甚至低于170℃，越是技術先進、能源利用效率高的大型焦爐，煙氣溫度越低，遠低于電廠鍋爐300℃以上的煙氣溫度，因此發電行業成熟的脫硫脫硝技術難以在焦爐煙氣上很好適用，即使是中低溫SCR催化劑，在煙氣溫度低于190～200℃時，脫硝效率也會明顯下降。

1.2污染物成分與含量復雜多變[4]。焦爐煙氣總體上呈現低硫高氮的特點，但不同焦化廠的不同焦爐，SO2和NOx含量差別較大。一般用混合煤氣加熱的焦爐，煙氣中的NOx含量通常在300～500mg/m3;用焦爐煤氣加熱的焦爐，煙氣中的NOx可達1000mg/m3以上。煙氣中的SO2含量受加熱煤氣H2S和含硫有機物含量以及焦爐竄漏情況的影響相差100～300mg/m3。

1.3水蒸汽含量差異較大。用混合煤氣加熱的焦爐煙氣含水量較低，而用焦爐煤氣加熱的焦爐煙氣中的水蒸汽含量可達20%，兩者相差10%以上，因此需要對脫硫脫硝工藝中使用的藥劑、介質和催化劑等進行差異化權衡，以選擇更恰當的工藝條件，并盡可能適應下一步煙氣消白工藝的技術要求。

1.4由于焦爐連續生產的特性，焦爐煙囪需長期處于熱備狀態，且煙囪的排煙溫度不能低于煙氣的露點溫度，需保持在130℃以上，在保障全爐吸力的同時，避免產生煙囪雨。此外，由于焦爐加熱的換向特點，焦爐煙氣中SO2和NOx含量具有周期性的波動特征，要求脫硫脫硝工藝能夠適應。

1.5難以回避的氨逃逸和脫硫脫硝廢棄物處理問題。對焦化企業采用SCR和SNCR脫硝工藝中的氨逃逸提出控制要求，明確規定SCR氨逃逸濃度≤2.5mg/m3（干基標態），SNCR氨逃逸濃度≤8mg/m3（干基標態）。此外，針對不同的脫硫工藝，脫硫產生的固體廢棄物處理也是需要詳細考慮的問題。

2.焦爐煙氣一體化脫硫脫硝技術

針對焦爐煙氣的上述排放特征和復雜特性，國內開發出幾種一體化的脫硫脫硝技術。主要包括SDA-SCR法脫硫脫硝技術、SCR脫硝+氨法脫硫技術、活性焦一體化脫硫脫硝技術、低溫有機催化脫硫脫硝除塵一體化技術、濕法鋼渣聯合脫硫脫硝技術、液態催化氧化法脫硫脫硝技術等，其中部分得到了工業化應用，取得了較為明顯的環境和社會效益，同時也暴露出各自的缺點和問題，需要進一步優化工藝，改善過程控制，保障長周期的穩定運行。

2.1SDA-SCR法脫硫脫硝技術

SDA-SCR法是目前焦爐煙氣脫硫脫硝技術中應用最廣泛、工程案例最多的技術之一，其主要原理是：以碳酸鈉溶液或石灰漿液為脫硫劑，采用SDA（旋轉噴霧干燥）方式進行半干法脫硫，煙氣中的SO2與霧化成小液滴的脫硫劑進行反應，在脫除SO2的同時液滴迅速蒸發為鹽顆粒，經中低溫SCR脫硝除塵一體化裝置噴氨將煙氣中的NOx還原為N2和H2O的同時，過濾除去煙氣中的顆粒物，最終煙氣達到超低排放，經煙囪排入大氣。該工藝的主要優點是：采用先脫硫后脫硝的工藝，避免了煙氣中少量SO3與NH3反應生成黏稠的NH4HSO4[13]堵塞SCR催化劑微孔;顆粒物、SO2、NOx等可達到國家超低排放標準，且NOx的脫除效率可通過增加催化劑層數的方式升級提高;采用SDA的方式脫硫煙氣溫度可控制在10～20℃，減少了SCR脫硝段煙氣升溫的加熱煤氣消耗;可保障焦爐煙囪排煙溫度大于130℃，并長期處于熱備狀態。但同時，該工藝也存在著SDA核心設備需要進口，噴霧干燥形成的粉狀鹽顆粒在煙氣中水分含量高，溫度較低時容易潮解堵塞布袋和管道、催化劑蜂窩，日常清理維護工作量大，以及能量利用效率高，煙氣排放溫度較低的焦爐需要更多的燃氣對煙氣進行補熱，成本偏高，脫硫灰需要單獨無害化處理等缺點，需要進一步工藝優化。此外，也有公司采用密相干塔、循環流化床等半干法脫硫工藝替代SDA法脫硫脫硝一體化技術，部分克服了SDA法的一些缺點，取得了較好的工程應用效果。

2.2SCR脫硝+氨法脫硫技術

SCR脫硝+氨法脫硫工藝的基本原理是：先對煙氣噴NH3進行SCR脫硝，然后煙氣經除塵、凈化、換熱后進入脫硫塔，在氧化風機鼓入空氣氧化的情況下，氨水與煙氣并流反應，生成硫銨顆粒[14]，含硫銨顆粒的脫硫漿液去焦化硫銨系統結晶生產硫銨，而煙氣經再次換熱升溫后經焦爐煙囪排入大氣。該工藝的主要優點是：采用先脫硝后脫硫的工藝，可充分利用焦爐煙氣的初始溫度，脫硝效率較高;脫硫使用焦化廠自有的氨水資源。缺點是：易發生NH4HSO4堵塞SCR催化劑的現象;煙氣中的氨逃逸指標難以控制，產生的部分（NH4）2SO4氣溶膠難以脫除。

2.3活性焦一體化脫硫脫硝技術

活性焦一體化脫硫脫硝是利用活性焦具有的高比表面、高孔隙以及孔隙表面局部缺陷的催化特性對煙氣中的顆粒物、SO2及NOx進行一體化脫除的工藝。其工藝流程為：先對焦爐煙氣噴氨并充分混合，然后經廢熱鍋爐將煙氣溫度降至150℃左右，逆流通過吸附塔，在塔內煙氣中的SO2被活性焦吸附，NOx則在活性焦催化下與氨發生還原反應生成N2和H2O，顆粒物等則被活性焦床層捕獲截留。反應后的乏活性焦從吸附塔底排出，進入解析塔，在400℃左右解析出SO2氣體后得到再生，再生后的活性焦重新進入脫硫脫硝循環。該技術在安鋼、沙鋼等企業的焦爐得到工程應用，污染物排放指標可達國家超低排放標準，但也存在NH4HSO4堵塞的問題。

2.4低溫有機催化脫硫脫硝除塵一體化技術

低溫有機催化脫硫脫硝除塵一體化工藝的基本原理是[15]：煙氣經余熱回收系統降溫至170℃后，在煙氣中通入O3，將煙氣中的NO氧化為NO2/N2O3，煙氣進入洗滌塔內，與塔上段噴淋的混有氨水并含有亞砜官能團的有機催化劑逆流接觸，同時在塔頂噴淋工藝水對煙氣除塵洗滌。煙氣中的SO2和NO2/N2O3先與水反應生成H2SO3和HNO2，這2種弱酸會與亞砜形成穩定的締合物而被吸收進入油相，并逐步被煙氣中的殘余O2氧化為H2SO4和HNO3，進而在塔底與亞砜解締重新進入水相，并與氨生成（NH4）2SO4和NH4NO3，經三相分離后濃縮進入焦化廠硫銨系統制肥，有機催化劑則循環使用。經水洗的煙氣經過多級除塵除霧后，換熱到130℃，經原焦爐煙囪排入大氣。該技術在山西某焦化廠得到了工程化應用，煙氣排放指標可達國家超低排放標準。與其他技術相比，該技術工藝較為復雜，且涉及到氣、油、水三相間的反應，增加了焦化廠的污水處理量。此外，雖然有機催化劑的沸點高達300℃且黏度較高，但難以避免會有微小液滴形成氣溶膠而被凈煙氣夾帶進入大氣。

結束語

通過對脫硫脫硝工藝在生產實際中出現的問題進行理論分析、工藝改進、效果檢修，得出以下結論：針對脫硫系統阻力及穩定運行等問題，焦爐煙氣脫硫脫硝應根據煙氣溫度和污染物排放特征選擇適當的技術，同時還需考慮脫硫脫硝副產物的無害化處理，應優先選擇無廢水、廢渣產生的工藝。

參考文獻

[1]劉永民.焦爐煙氣脫硫脫硝凈化技術與工藝探討[J].河南冶金，2016，24（4）：17-20.

[2]王悅.NO氧化結合濕法吸收對燃煤煙氣脫硝的實驗研究[D].山西：中北大學，2019.

[3]張亦弛，于洪濤，徐鐵君.焦爐煙氣二氧化硫和氮氧化物污染預防技術[J].燃料與化工，2019，50（1）：59-61.

[4]徐陽生.焦爐煙氣脫硫脫硝工藝優化與設計[D].馬鞍山：安徽工業大學，2017.