焦爐煙道氣脫硫脫硝技術(shù)路線探討

余志剛

（中鋼集團天澄環(huán)保科技股份有限公司，武漢430205）

1 引言

我國現(xiàn)有800 多家焦化廠，2 000 多座焦爐，焦炭產(chǎn)能高達4.5×108t/a，其中多數(shù)焦爐沒有煙氣余熱利用和脫硫脫硝裝置，不僅大量250～320℃高溫煙氣直接排放，浪費能源，焦爐煙道氣中含有的大量SO2和氮氧化合物還會在大氣中形成酸雨或酸霧，造成環(huán)境污染。目前，焦爐煙道氣已成為我國主要大氣污染源之一，通過焦爐煙道氣脫硫脫硝能大幅降低污染物排放，改善大氣質(zhì)量，對構(gòu)建天藍水綠美好環(huán)境，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 工藝路線選擇的原則

焦爐的脫硫脫硝需要重點關(guān)注以下幾點原則：（1）經(jīng)脫硫脫硝除塵后的煙氣應(yīng)滿足GB 16171—2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》中規(guī)定的特殊地區(qū)排放限值，排放指標如表1 所示。系統(tǒng)年運行率：設(shè)備運轉(zhuǎn)率為24h/d，全年運轉(zhuǎn)率不低于95%。（2）焦爐加熱系統(tǒng)煤氣種類的變換及加熱系統(tǒng)定時切換，導(dǎo)致的煙氣量及污染物濃度的變化，脫硫脫硝除塵裝置需要滿足各種工況條件。（3）焦爐加熱系統(tǒng)為自然通風的形式，要求選擇的脫硫脫硝除塵裝置具有獨立的動力源，克服系統(tǒng)自身的阻力。處理裝置故障狀態(tài)時，可以迅速切換至原有煙囪，原有煙囪要始終保持熱備狀態(tài)，保證焦爐的安全生產(chǎn)。（4）焦爐為連續(xù)生產(chǎn)的工業(yè)窯爐，要求脫硫脫硝除塵裝置故障及維修時有相應(yīng)的預(yù)案，不影響焦爐的正常工作。（5）受現(xiàn)場場地的局限性，裝置占地以能布置下且占地小為首選原則。（6）脫硫脫硝除塵脫硫副產(chǎn)物、固廢及廢水均須有相應(yīng)的處理方案。

表1 煙氣排放指標

3 幾種焦爐煙道氣脫硫脫硝工藝比較

3.1 SDS 脫硫+布袋除塵器+中低溫脫硝工藝

工藝流程說明：焦爐煙道氣—SDS 脫硫反應(yīng)器脫硫—布袋除塵器除塵—煙氣加熱器—SCR 脫硝反應(yīng)器脫硝—余熱回收鍋爐余熱回收—原煙囪排放。

技術(shù)優(yōu)點：（1）干法脫硫，脫硫劑為碳酸氫鈉，煙氣基本無溫降，能保證煙囪安全熱備狀態(tài)；（2）低溫脫硝在脫硫后，煙氣中SO2含量低，催化劑表面不易形成硫酸氫銨，催化劑不易中毒，能保證系統(tǒng)的脫硝效率；（3）脫硫脫硝系統(tǒng)簡單、投資少、阻力低、運行費用低、占地小；（4）系統(tǒng)不耗水，尤其適合缺水地區(qū)；（5）不存在廢水、白煙、腐蝕，無其他環(huán)保敏感熱點問題。

技術(shù)缺點：（1）對脫硫劑碳酸氫鈉品質(zhì)要求高，來源受限；（2）不適合高濃度SO2，尤其SO2濃度≥500㎎/m3，不宜采用；（3）干法脫硫，氣固反應(yīng)，脫硫效率不高，目前最高脫硫效率只能達到90%；（4）脫硫副產(chǎn)物為NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，目前產(chǎn)物沒有較好的運用前景，只能堆放或填埋，存在固廢的二次污染的風險。

3.2 SDA 半干法+布袋除塵器+中低溫脫硝工藝

工藝流程：焦爐煙道氣—SDA 半干法脫硫反應(yīng)器脫硫—布袋除塵器除塵—煙氣加熱器加熱—SCR 脫硝反應(yīng)器脫硝—余熱回收鍋爐余熱回收—原煙囪排放。

技術(shù)優(yōu)點：（1）半干法脫硫，脫硫劑為碳酸鈉，脫硫后溫降20～30℃，能保證煙囪長期處于安全熱備狀態(tài)；（2）脫硫效率高能達到95%以上的效率；（3）低溫脫硝在脫硫后，煙氣中SO2含量低，催化劑表面不易形成硫酸氫銨，催化劑不易中毒，能保證系統(tǒng)的脫硝效率；（4）系統(tǒng)相對穩(wěn)定簡單，投資較高，占地適中；（5）不存在廢水、白煙和腐蝕；（6）適應(yīng)負荷范圍比較廣，運行業(yè)績較多。

技術(shù)缺點：（1）脫硫后有小幅溫降，為保證脫硝運行窗口，有時需煙氣加熱，需消耗較多的高爐煤氣或焦爐煤氣。（2）脫硫副產(chǎn)物為NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，目前產(chǎn)物沒有較好的運用前景，只能堆放或填埋，存在固廢的二次污染的風險；（3）相比干法脫硫，投資費用會高，運行費用適中。

3.3 活性焦脫硫脫硝工藝

工藝流程：焦爐煙道氣—余熱鍋爐降溫—活性焦吸附塔脫硫脫硝—原煙囪排放。活性焦吸附塔內(nèi)雙級反應(yīng)層同時進行脫硫脫硝。吸附飽和的活性焦通過物料輸送設(shè)備提升至再生塔加熱再生，釋放出高濃度SO2混合氣體。

技術(shù)優(yōu)點：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，脫除效果好，脫硫率可達99%以上，脫硝率可達80%；（2）多污染物綜合脫除，系統(tǒng)可模塊化設(shè)計一次性投入多種回報；（3）干式處理，凈化過程中無廢水、廢渣產(chǎn)生，無二次污染；（4）干法脫硫，排煙溫度高；能保證煙囪長期處于安全熱備狀態(tài)；（5）流程簡單，工況適應(yīng)性強，維護檢修量少；（6）SO2能回收，可資源化利用。

技術(shù)缺點：（1）由于是協(xié)同治理，含高濃度的SO2的煙氣治理時，會影響NOx的脫除效率；（2）由于活性焦空速較低，凈化反應(yīng)器體積偏大；（3）初次裝填活性焦量大，活性焦成本和系統(tǒng)初投資較高；（4）加熱再生造成活性焦損耗和加熱能耗較大。

3.4 低溫有機催化超潔凈循環(huán)氨法脫硫脫硝技術(shù)

工藝流程：焦爐煙道氣—余熱鍋爐—臭氧發(fā)生器—氨法一體化脫硫脫硝塔內(nèi)—煙氣加熱器和脫白處理—原煙囪排放。脫硫脫硝后副產(chǎn)物硫酸銨和硝酸銨溶液可進行提鹽制作化肥。

技術(shù)優(yōu)點：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，脫除效果好，脫硫率可達95%以上，脫硝率可達70%；（2）一體化技術(shù)，多效減排，在同一反應(yīng)塔實現(xiàn)脫硫、脫硝和除塵；（3）占地面積小，初期建設(shè)費用少，運行成本低；（4）副產(chǎn)化肥，無二次污染，無廢水排放，催化劑和水資源循環(huán)使用；（5）常溫脫硝，大大降低了能耗。

技術(shù)缺點：（1）低溫脫硫脫硝，進入濕法一體化脫硫脫硝塔前需降溫，為保證煙囪熱備溫度（＞130℃）需要對煙氣進行加熱且存在熱備風險。（2）適合于低NOx濃度入口參數(shù)（小于500mg/Nm3），硫銨及硝酸銨需送至焦化廠化產(chǎn)回收產(chǎn)品硫銨車間。

3.5 工藝對比

4 種脫硫脫硝工藝對比分析如表2 所示。

表2 4 種脫硫脫硝工藝對比分析

4 結(jié)語

上述幾種脫硫脫硝工藝均已投入工業(yè)運行，也都有成功或者在建的市場業(yè)績。脫硫脫硝除塵后的煙氣滿足GB 16171—2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》中的特殊地區(qū)排放限值要求。實際選擇中要結(jié)合焦爐現(xiàn)有工藝情況，結(jié)合實際情況場地、運行費用、可靠性、運行業(yè)績、副產(chǎn)物的處置等綜合考慮。