焦爐煙氣脫硫脫硝技術的進展與展望

竇麗虹(鎮江華東安全科學研究院有限責任公司，江蘇 鎮江 212000)

0 引言

目前，國家對于焦爐煙囪污染物排放提出新的挑戰與任務，其中SO2≤50 mg/m3，NOx≤500 mg/m3，對于特殊地區排放標準為SO2≤30 mg/m3，NOx≤150 mg/m3。雖然電廠脫硫脫硝技術已趨于成熟化，但因焦爐煙氣具備特殊性，不能將電廠脫硫脫硝技術全方位予以應用，焦爐煙氣隨著煤質改變，其中SO2及NOx濃度變化差異較大，且變化范圍較廣，同時焦爐不斷實施換向操作，其中煙氣所含成分波動較大。此外，焦爐自身還存在竄漏現象，加之煙氣中含有硫化氫、一氧化碳等各類污染物，更加劇對環境污染程度。基于此，采用合適的脫硫脫硝技術尤為重要，為人們健康及生態環境發展保駕護航。

1 焦化廠焦爐煙氣的特點分析

在化工產業的迅猛發展過程中，焦化生產在焦化廠的運行過程中尤為繁瑣、復雜，需要涉及到的程序較多。在焦化廠備煤車間內儲存洗精煤，并將其在生產操作中，從封閉的通廊經過煤塔的漏嘴裝入到運輸車，以此來為洗精煤的運送安全提供保障。將洗精煤利用運輸車運輸到炭化室后，主要進行干餾，設置溫度在960～1 040℃為最佳，使其產生焦炭。由于會有大量的煙氣在焦爐燃燒過程中產生，所以需要設置好排煙通道，這樣煙氣就可以從煙囪排放到外面的空氣中。焦爐作業期間需要十分特殊的工藝，過程也十分復雜。通過進一步分析煙氣的成分得知，煙氣中含有氮氧化物、粉塵以及SO2，其中占比最高的就是氮氧化物[1]。作為一種常見的硫氧化物SO2，會直接危害空氣環境，特別是將水與SO2融合后，會出現化學反應產生亞硫酸，基于PM2.5的影響下，亞硫酸會形成氧化成硫酸，對環境的影響十分巨大，最終造成酸雨的形成。氮氧化物除了包含NO2化全物外，其他氮氧化物的特性十分不穩定。所以，在工業生產時形成的煙氣大多都是混合氣體，包含的化合物種類較多，具有一定毒性，屬于一種常見的硝氣。所以，必須采取針對性措施處理煙氣中的硝成分與硫成分，從而更好的保護生態環境，使焦爐煙氣達到排放標準。

2 焦化行業SO2及NOx排放現狀

煤炭焦化作為工業領域用煤核心污染源，而焦爐煙氣在焦化企業中，占據關鍵污染源位置，其中約60%的SO2來源于此，而NOx高達90%。焦爐煙氣中SO2濃度高低影響因素較多，如燃料種類、燃料氧濃度、焦爐竄漏狀況等，而NOx濃度由燃燒溫度、空氣過剩系數等因素決定[2]。若以焦爐煤氣為核心燃燒技術，其煙氣中SO2排放濃度高達160 mg/m3，NOx排放濃度為600～900 mg/m3；若以低熱值煤氣為燃燒工藝，其中SO2及NOx排放濃度分別為40～150 mg/m3、300～600 mg/m3。由此可見，上述兩種不同燃料，若不給予相應治理，其煙氣中SO2與NOx濃度均不達標，所以采取相應脫硫脫硝技術顯得尤為重要。

3 焦爐煙氣脫硫脫硝技術

3.1 低溫SCR脫硝

與火電廠相比較，焦爐煙氣具有溫度較低特征，以此特點為依據，開發低溫SCR技術。該技術應用，可將煙氣中硝含量予以去除，通常脫銷率高達70%以上。該技術主要原理為，在特定溫度的煙氣中，注入相應尿素等還原劑，之后含有還原劑的煙氣在反應器中發生化學反應，產物為氨氣和水，從而實現脫硝目標[3]。此技術在目前脫硫脫硝工藝中應用較為成熟，且脫硝速率可達到可控化，操作簡單、安全可靠，不會對環境產生二次污染。在其整個技術實施進程中，催化劑為核心部分，能有效減少對催化劑的依賴性，成為人們當前最大困擾，因其催化劑極易產生中毒現象，所以去除催化劑的同時，確保其脫硫脫硝達到預期效果，為目前人們主研究方向。

3.2 半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝技術

該技術主要原理是指，將煙氣SO2融入水中，并在一定條件下生成亞硫酸，而硫酸與融入水中的氨產生化學反應，生成硫酸銨，以此達到去除SO2目的。此工藝中顯著特點有四點：第一，該技術化學應速率較快，吸收劑利用率實現最大化，最終脫硫效率高；第二，其中將焦化中氨水予以利用，將廢氣充分利用，降低投入成本。第三，因焦爐煙囪排出口部位溫度較高，先實現脫硝且效率高，后期無需對煙氣實施升溫操作。第四，煙氣在高于露點進行脫硝，對反應整體裝置腐蝕較小。但是該技術應用也存在部分不足，譬如濕法脫硫其中存在一定腐蝕，同時氨法脫硫以及使氨氣竄漏，產生氣溶膠等現象，此外廢氣中通常含有SO2，脫硝催化劑極易中毒，造成催化劑使用壽命降低。最后，脫硝催化劑通常最容易出現堵塞現象，影響催化劑自身效果[4]。

3.3 液態催化氧化法脫硫脫硝技術

液態催化氧化法，主要是指給予氧化劑相應的催化劑，在其催化劑作用下，將煙氣中所含SO2及NOx予以氧化，生成硫酸及硝酸，之后加入特定堿性物質，使其發生化學反應，產生硫酸銨及硝酸銨，達到脫硫脫硝目的，該方法去除SO2及NOx效率極高[5]。此技術在特定裝置中，將硫、氨等有效去除，實現兩者自身應用價值，同時其技術操作簡單、占地面積小，不會產生工藝廢水。該技術應用仍有不足之處，主要表現為：NOx經催化劑作用下被氧化，生成硝酸、亞硝酸，對裝置會產生腐蝕；此外，硫酸銨產物中混有部分硝酸銨。

3.4 石灰石—石膏法脫硫

首先，電廠脫硫就是該方法的主要技術來源，在時代的快速發展下，技術也愈加成熟；其次，石灰與石灰石等材料在脫硫法技術的應用過程中具有較為廣泛的來源，不但帶來的經濟效益高且價格成本低；最后，形成優秀的副產品石膏，不但能夠再次利用，還具有較高質量、純度，可以當成水泥緩凝劑，以此來切實提升經濟效益。但是仍有一些缺陷存在于該方法中，加工時需要較大的占地面積，設備投資費用也偏高。但是因為石灰石不溶于水，所以，在實際使用脫硫脫硝工藝時，應配置磨漿系統，通過磨碎石灰石再融入到水中進行制漿。

3.5 活性焦脫硫脫硝一體化技術

該技術主要原理為：在進行脫硫進程中，煙氣中SO2在催化劑催化作用下，與氧氣和水充分發生化學反應，產物為H2SO4，并將其留存于活性焦孔中；脫硝進程中，按照NOx含量配比相同比例的NH3，經活性焦催化下，發生還原反應，將煙氣中NOx還原為N2和H2O。其中活性焦床層作為良好的過濾層，在碰撞后慣性作用下，將煙氣中所含顆粒予以收集，完成凈化操作。該技術主要特征有：活性焦具有良好過濾作用，其化學結構穩定性較高，耐磨、抗壓能力強、損耗少；在脫硫脫硝進程中，只需選用一套裝置即可，降低投入成本；技術適應能力較強，對水消耗量極少，應用范圍廣泛，且可循環使用[6]。但是該技術存在部分不足，首先該裝置脫硫效率較低，同時在其裝置中需不斷添加活性焦予以實施吸附；其次活性焦在進行解吸時，需配置相匹配的解吸酸氣制酸裝置，同時需在制酸之前對其予以進行凈化操作，制酸整個過程較長，且占地面積大，制酸自身設備極易被腐蝕，所以對于后期需投入相應維護成本；此外，其在脫硫脫硝進程中，極易使熱量集于一身，致使活性炭被燒毀，引發安全事故；最后，最為重要其技術脫硫速率較慢、容量較低，扼制其被工業廣泛應用。

4 焦爐氧氣脫硫技術發展方向及展望

在焦爐氧氣脫硫技術方面，展望實現新的發展：首先，因為入爐煤自身質量對焦化產品、能源消耗、污染物排放等影響較大，所以對入爐煤質量應予以把控，進一步還需對其加熱系統予以控制，溫度的變化主要對NOx排放總量有較大影響；其次，根據焦爐煙氣自身實際情況，加大催化劑的研發，形成高效脫銷催化劑，同時在脫硫脫硝之前，需特別注意對煙氣進行提前處理，以此不僅提升脫硫脫硝效率，而且能提高催化劑使用壽命；此外，相關人員應研發新型脫硫脫硝技術，使其在進行治理時候，不再產生二次污染物，還能將焦爐廢氣中的NOx和SO2等污染成分予以有效回收，從本質上實現資源循環利用；最后，在其治理進程匯總，氨竄漏給人們提出較大困擾，人們需對其加強重視程度，應在其治理終端時候采取相應措施對其予以控制，將二次產生污染物含量最大限度降低，在其濕法脫硫終端，需采取相應措施，防止出現氣溶膠及氣拖尾現象。

5 結語

綜上所述，我國快速的經濟發展環境下，導致了我國環境污染出現了諸多的問題，工業生產若想在最大限度內減少對生態環境的污染，得到健康穩定發展，必須對其治理技術予以高效應用，其中煙氣中含有的SO2、NOx等污染物給大氣造成嚴重污染，為必須將此類污染物予以凈化。電力和煤化學生產部門加快打造環保型企業，引入新型脫硫脫硝技術，從而全面提高環境污染的治理水平，進一步推動我國工業向現代能源服務和應用領域的轉型發展，有利于支撐我國綠色城鎮與美麗鄉村建設，落實“綠水青山就是金山銀山”理念。