焦爐煙氣SDS 脫硫脫硝技術探討

張超，葉昊，嚴大群

（江蘇科行環保股份有限公司，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

近年來國家環保要求趨嚴，焦爐煙氣排放需達到《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）中的特別排放限值要求， 即 NOx≤150 mg/Nm3、SO2≤30 mg/Nm3、粉塵≤15 mg/Nm3。

目前，焦爐煙道氣常用環保治理工藝為“中低溫SCR 脫硝+余熱回收+氨法脫硫+（消白）+煙囪直排”，該工藝存在脫硫塔腐蝕、脫硝效率衰減、余熱鍋爐阻力異常等問題，影響焦爐正常生產。 現階段，焦化廠逐步采用“SDS 脫硫除塵+中低溫SCR脫硝”工藝方案改造，表現較優。 柳鋼首套“SDS 脫硫除塵+中低溫SCR 脫硝”裝置投運以來，焦爐煙氣的二氧化硫、 氮氧化物及顆粒物均穩定達標排放[1]，目前陜西一批焦化單位也正進行相關的脫硫脫硝工藝改造。

1 SDS 脫硫脫硝工藝流程

焦爐煙氣通過地下煙道引出，首先進入換熱器降溫至260 ℃以下， 再進入SDS 脫硫除塵系統，去除煙氣中SO2、粉塵，然后進入SCR 脫硝反應器，脫除煙氣中的NOx，再進入余熱鍋爐回收余熱，最后進入原混凝土煙囪排放。煙氣排放溫度為130～160 ℃，不存在冒白煙現象。 工藝流程如圖1 所示。

圖1 SDS 脫硫脫硝工藝流程

1.1 SDS 脫硫工藝

SDS 脫硫原理： 煙氣首先進入脫硫反應器，并噴入碳酸氫鈉（小蘇打，NaHCO3）超細粉。 NaHCO3高溫下分解出高活性 Na2CO3和 CO2，Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質自發反應， 被吸收凈化。脫硫后粉狀顆粒產物隨氣流進入布袋除塵器收集。同時NaHCO3還可通過物理吸附去除一些無機和有機微量物質，反應方程式如下：

煙氣溫度大于160 ℃時，SDS 脫硫效率可達到95%，且不增加煙氣系統的運行阻力。 相較于其他脫硫工藝，溫度降低可控制在10～15 ℃，布置緊湊，無廢水產生。

1.2 中低溫SCR 系統工藝

SCR 技術成熟，脫硝效率高且穩定，是煙氣脫硝超低排放應用最廣的工藝。原理是在高溫和催化劑的作用下， 利用噴入煙氣中的NH3將煙氣中的NOX還原為N2和H2O。SCR 的核心是催化劑，在焦化行業中， 主要使用中低溫催化劑， 反應溫度為160～250 ℃。 脫硝效率和催化劑活性下降的主要原因是：①煙氣夾帶的焦油粘附在催化劑表面；②硫酸鹽化和表面硫酸銨的沉積造成的中毒[2]。

在SDS 脫硫脫硝工藝中，SDS 脫硫除塵前置，可以改性吸附煙氣中的焦油和其它雜質，為催化劑的使用創造理想條件。另一方面裝置增加催化劑熱解析系統， 將脫硝反應器周期性加熱至350 ℃左右，將黏附在催化劑表面的硫酸氫銨通過熱解析的方式進行分解去除。

2 SDS 脫硫脫硝工藝在陜西某焦化項目的應用

2.1 項目概述

以陜西某焦化廠2# 煙氣脫硫改造項目為例，焦爐規格為：2×65 孔5.5 m 搗固爐，焦爐煙氣參數如表1 所示。 原焦爐脫硫脫硝采用的工藝路線為“中低溫 SCR 脫硝+余熱回收+氨法脫硫+脫硫塔煙囪直排”，改造后的工藝路線為“換熱器+鈉基干法脫硫+布袋除塵 +SCR 脫硝（利舊）+余熱鍋爐（利舊）+引風機（利舊）+焦爐煙囪排放”。 現已投入運行，各項運行指標均達到了排放指標要求。

表1 焦爐煙氣與實際排放參數

2.2 項目設計總結

2.2.1 SDS 脫硫工藝設計總結

（1）小蘇打料倉防堵。 市場袋裝小蘇打粒徑一般小于1 mm，易壓實結塊，且儲存時易吸潮板結。設計時考慮：①料倉設計按容量24 h，每天需加料一次；②料倉內部設計拱裝支撐，防止物料壓實；③料斗設計大功率振壁器。

（2）反應溫度確定。 SDS 脫硫要求反應溫度大于140 ℃，提高溫度有利于提高脫硫效率，減小脫硫劑的小時耗量；除塵器濾袋的耐溫，一般不超過260 ℃。

（3）反應時間確定。 根據工程實例，脫硫反應2 s 即可；進一步提高延長反應時間，脫硫效率無明顯提升。 噴射口應布置在有利于脫硫劑與煙氣的混合位置。

（4）脫硫溫降控制。 除塵器濾袋濾料最大可長時間耐溫260 ℃， 另一方面中低溫SCR 要求溫度越高越好， 這就要求除塵器本體及除塵與脫硝間的連接煙道溫降越低越好。 設計時考慮：①相關煙道和除塵器本體保溫采用硅酸鋁棉且厚度增加；②除塵器檢修門、孔等均制作雙層保溫結構。 項目實際控制溫降10 ℃左右。

2.2.2 中低溫SCR 工藝設計總結

（1）反應溫度的確定。 脫硝效率隨著溫度的升高而快速增大，超過230 ℃時，脫硝效率隨溫度升高速率變緩[3]，這要求前端脫硫系統應嚴格控制溫降。催化劑溫度與脫硝效率曲線如圖2 所示。焦爐推薦SCR 反應溫度200～250 ℃， 無需額外加熱煙道氣。

圖2 催化劑溫度與效率曲線

（2）反應器流場模擬。 設計需結合流場分析結果進行合理優化，確保滿足DL/T5480—2013《火力發電廠煙氣脫硝設計技術規程》的相關要求。

（3）優化噴氨格柵的設計，控制氨氮摩爾比。提高氨氮比可以提高脫硝效率， 但超過一定范圍，氨逃逸超過3 ppm 會加劇催化劑活性下降， 并造成二次污染。

（4）催化劑熱解析系統。 項目設計反應器分四個倉室，可實現單倉獨立進行在線解析。 熱解析流程： 使用高溫循環風機抽取脫硝后的高溫煙氣，采用焦爐煤氣加熱爐進行加熱，保證脫硝單倉室溫度350 ℃左右， 保溫 12～24 h， 排出的含硫氣體返回SDS 脫硫前端。

2.2.3 新增阻力控制

焦爐現場布置緊湊，改造空間小，煙道路徑長。項目要求舊引風機不改造， 且不影響焦爐正常生產， 明確 “換熱器+SDS 脫硫除塵” 阻力不得高于1 800 Pa。 設計時考慮：①選用上升管式余熱鍋爐，設置蒸汽吹灰裝置，可在線清灰；②優化煙道設計，如連接煙道布置順暢、 風速≤15 m/s、 彎曲半徑1.5D、異徑接頭增加導流板等；③布袋除塵器過濾風速選擇 0.7～0.8 m/min。

項目實際運行時，“換熱器+SDS 脫硫除塵”阻力可保證不大于1 500 Pa，確保了焦爐正常生產。

2.2.4 副產物回收

SDS 脫硫副產物主要化學成分：Na2SO4， 一般為灰色粉末狀物質，有一定的吸潮性，屬于一般工業廢棄物。 典型化學分析詳見表2。

表2 陜西某焦化廠SDS 副產物化學分析

脫硫副產物應在方案初期與業主溝通去向，規避二次污染。 目前有部分企業將脫硫副產物配煤煉焦，鋼鐵聯合企業可將脫硫副產物回配燒結機處理[4]。

3 結語

在焦化行業，SDS 干法脫硫脫硝工藝在溫降低、無廢水、系統阻力低等方面較其他工藝有無可比擬的優勢。 SDS 脫硫前置，保證了較高的脫硫效率，脫硫除塵后的煙氣進一步中低溫SCR 脫硝，有效保證脫硝效率的穩定性， 并增加催化劑使用壽命。 該工藝更可拓展到其他行業相似工況的廢氣處理。 同時SDS 干法脫硫脫硝工藝缺點也很明顯，脫硫的副產物綜合利用還有待進一步開發， 避免成為新的污染源。