焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術應用

全宇 張所威 杜艷玲

摘 要：本文介紹了鞍山盛盟煤氣化有限公司一期及二期改造焦爐煙氣脫硫脫硝系統工藝流程及脫硫脫硝工藝原理，對比了濕法脫硫和干法脫硫的優缺點，以及在實際應用中存在的問題及改進方法，滿足穩定超低排放標準。

關鍵詞：焦爐煙氣;脫硫脫硝;超低排放

一、引言

鞍山盛盟煤氣化有限公司擁有兩座JNDK 5米5搗鼓焦爐，年產焦炭110萬噸。2017年配套焦爐煙氣石灰石-石膏濕法脫硫+SCR催化劑脫硝系統，焦爐煙氣經處理后可以滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）的排放要求（二氧化硫質量濃度<50 mg/m3，氮氧化物質量濃度<500 mg/m3），隨著環保排放指標進一步降低，執行特別排放限值的地區要求超低排放（二氧化硫質量濃度<30 mg/m3，氮氧化物質量濃度<150mg/m3），為了滿足超低排放的要求，2019年鞍山盛盟煤氣化有限公司將焦爐煙氣脫硫脫硝系統改造優化為SDS脫硫+除塵+SCR低溫催化脫硝，改造后焦爐煙氣經處理可滿足超低排放標準。

二、焦爐煙氣形成、組分構成及特性

1、焦爐煙氣形成及組分構成

焦爐煙氣排放污染物，主要為SO2、NOx及顆粒物，排放量取決于多種因素，其中最具有代表性的因素有：加熱煤氣的凈化程度;加熱火道的溫度;加熱煤氣的燃燒條件;焦爐加熱系統的密封性等。

焦爐煙囪排放的SO2是焦爐加熱煤氣中所含硫化物燃燒產生的。主要包含焦爐加熱用焦爐煤氣中 H2s燃燒所生成的SO2;焦爐加熱用焦爐煤氣中有機硫燃燒所生成的SO2;因焦爐爐體竄漏導致荒煤氣進入燃燒系統，其中所含的硫化物燃燒所生成的 SO2。焦爐煙道廢氣中排放的SO2根據各廠煤氣凈化的程度和焦爐的管理水平，一般在100—600 mg/m3。

燃氣在焦爐立火道燃燒時，會產生氮氧化物 （NOx），氮氧化物通常多指NO和NO2的混合物，大氣中的氮氧化物破壞臭氧層，造成酸雨，污染環境。研究表明，在燃燒生成的NOx中，NO占95%，NO2為5%左右，在大氣中NO緩慢轉化為NO2。焦爐煙囪廢氣排放的NOx濃度一般在800～1200mg/m3。

焦爐煤氣中的碳顆粒物在加熱時形成碳黑。焦爐煤氣中的烴類熱裂解也形成碳黑.焦爐炭化室逸出的粗煤氣（粗煤氣中含焦油和細分散煤塵）進入到燃燒室。形成的廢氣中的碳顆粒濃度可達到100 mg/m3以上。

2、焦爐煙氣特性

（1）焦爐煙氣中的SO2、NOx 濃度隨生產呈周期性變化，且波峰與波谷差值較大。主要原因一是焦爐加熱周期性換向;二是焦爐為耐火材料砌筑，爐墻竄漏不可避免，在結焦周期內煙氣成分存在波動[1]。

（2）焦爐煙氣成分復雜，含有一定的焦油、硫化氫、一氧化碳、甲烷、硫醚等[2]。

（3）正常情況下煤氣在高溫時裂解，裂解產生的石墨填充在焦爐砌體磚的縫隙之間，砌體磚與磚之間密封性較好，當集氣管壓力產生波動呈負壓時，燃燒系統就把縫隙間的石墨燒掉，使墻面重新竄漏，荒煤氣進入燃燒室內，在高溫下分解析出石墨粉塵，成為焦爐煙氣成分[3]。

三、焦爐煙氣濕法與干法脫硫、SCR催化劑脫硝工藝原理

1、石灰石-石膏濕法脫硫工藝原理

在石灰石一石膏濕法煙氣脫硫工藝中，俘獲二氧化硫（SO2）的基本工藝過程：煙氣進入吸收塔后，與吸收劑漿液接觸、進行物理、化學反應，最后產生固化二氧化硫的石膏副產品。基本工藝過程為：

用石灰石作吸收劑時，SO2在吸收塔中轉化，其反應簡式式如下：

CaCO3+2 SO2+H2O←→Ca（HSO3）2+CO2

在此，含CaCO3的漿液被稱為洗滌懸浮液，它從吸收塔的上部噴入到煙氣中。在吸收塔中SO2被吸收，生成Ca（HSO3）2，并落入吸收塔漿池中。

當pH值基本上在5和6之間時，SO2去除率最高。因此，為了確保持續高效地俘獲二氧化硫（SO2）必須采取措施將PH值控制在5和6之間;

2、SDS干法脫硫工藝原理

SDS干法脫酸噴射技術是將高效脫硫劑（20-25μm）均勻噴射在管道內，脫硫劑在管道內被熱激活，比表面積迅速增大，與酸性煙氣充分接觸，發生物理、化學反應，煙氣中的SO2等酸性物質被吸收凈化。鈉基干法脫硫是利用脫硫劑超細粉與煙氣充分混合、接觸，與煙氣中SO2快速反應。而且，在反應器、煙道及布袋除塵器內，脫硫劑超細粉一直與煙氣中的SO2發生反應。反應快速、充分，在2秒內即可生產副產物Na2SO4。通過布袋回收副產物，作為化工產品利用。

這種反應脫硫效率高，按化學反應當量 1：1 時，脫硫效率大于 95%，而且是一次性噴入脫硫劑，不需要循環。

脫硫機理：以小蘇打（NaHCO3）做脫硫劑，在高溫煙氣的作用下激活，表面形成微孔結構，猶如爆米花被爆開，煙道內煙氣與激活的脫硫劑充分接觸發生化學反應，煙氣中的SO2及其他酸性介質被吸收凈化，脫硫并干燥的Na2SO4副產物隨氣流進入布袋除塵器被捕集。

完成的主要化學反應為：

2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+2CO2+H2O

2NaHCO3+SO3→Na2SO4+2CO2+H2O

與其他酸性物質（如 SO3等）的反應：NaHCO3+HCL→NaCL+CO2+H2O NaHCO3+HF→NaF+CO2+H2O

3、SCR低溫催化劑脫硝工藝原理

煙氣中90%以上NOX是以NO形式存在。脫硝系統以氨（（NH3）為還原劑，在低溫SCR催化劑作用下，NH3選擇性地和NOX反應生成無二次污染的N2和H2O隨煙氣排放，實現NOX脫除，并控制NH3的逃逸率。

化學反應式：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（主要反應）

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

NO+NO2+2NH3+O2→2N2+3H2O

四、石灰石-石膏濕法脫硫與SDS干法脫硫工藝技術比較

1、石灰石-石膏濕法脫硫工藝

鞍山盛盟煤氣化有限公司前期焦爐煙氣脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫，其工藝流程為：焦爐煙氣→SCR脫硝→換熱器→石灰石-石膏濕法脫硫→增壓風機→焦爐煙囪達標。

石灰/ 石灰石法脫硫的優點在于吸收劑利用率高，煤種適應性強，脫硫副產物便于綜合利用，技術成熟，運行可靠;而系統復雜、設備龐大、一次性投資大、耗水量大、易結垢堵塞，煙氣攜帶漿液造成“石膏雨”、脫硫廢水處理難度大等是其主要不足[4]

鞍山盛盟煤氣化有限公司2017年配套采用SCR脫硝+石灰石-石膏濕法脫硫的先脫硝后脫硫工藝，在運行過程中存在很多問題：

（1）石灰石漿液的PH值很難保證穩定在5到6之間。

（2）煙氣中的二氧化硫與脫硝氨氣容易形成硫酸銨鹽等結晶物，使催化劑失活。

（3）形成大量的脫硫廢水無法處理。

（4）無法達到超低排放標準。

2、SDS干法脫硫工藝

針對濕法脫硫存在的問題，鞍山盛盟煤氣化有限公司改造后采用了焦爐煙氣干法脫硫+除塵+SCR低溫催化脫硝+余熱回收利用的一體化工藝技術，有效解決了原濕法脫硫造成的技術難題。其工藝流程為： 焦爐煙氣→原煙氣余熱鍋爐→干法脫硫→布袋除塵裝置→低溫SCR脫硝→凈煙氣余熱鍋爐（預留）→增壓風機→焦爐煙囪達標。

先脫硫后脫硝最明顯的特點就是煙氣經脫硫后，煙氣中的SO2濃度降低，減少了脫硝反應過程中硫酸銨、硫酸氫銨雜質的形成，保護了脫硝催化劑的活性，延長其使用壽命。

SDS脫硫為干法脫硫，將脫硫劑（小蘇打）噴入反應器后，小蘇打瞬間與SO2反應生成硫酸鈉，處理后的煙氣溫降≤10℃，再經過布袋除塵器凈化后溫度>180℃，進入脫硝反應器中，由于進入SCR脫硝的煙氣溫度≥180℃，且SO2及粉塵濃度低，滿足低溫SCR脫硝要求，保證了煙氣脫硝的順利進行;再次由SDS脫硫+布袋除塵器+SCR脫硝裝置處理后的煙氣經余熱回收后進入原煙囪排入大氣;最后，因為經過低溫SCR脫硝及余熱回收后，進入煙囪前煙氣溫度≥150℃，煙囪始終處于熱備狀態，保證焦爐安全運行。SDS脫硫反應過程無需噴水，整個脫硫系統溫降小，脫硫系統就不存在堵塞與腐蝕的問題，降低了設備后期運行難度。

五、結束語：

鞍山盛盟煤氣化有限公司焦爐煙氣脫硫脫硝采用的SDS干法脫硫+除塵+低溫SCR催化劑脫硝技術運行一年半，有效解決了原濕法脫硫脫硝存在的缺陷，并且操作簡便，合理利用了資源，滿足了超低排放的要求，是我國現在應用的主要方向，具有很好的應用前景。