焦化廠燃?xì)忮仩t超低排放工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐

劉麗麗

（山西首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司，山西長(zhǎng)治 046031）

焦?fàn)t煤氣是焦化廠煉焦過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，大部分企業(yè)通過內(nèi)部能源平衡，將此部分煤氣用于燃?xì)忮仩t發(fā)電，根據(jù)國(guó)家及地方環(huán)保超低排放要求，本文設(shè)計(jì)選用SNCR脫硝+石灰石膏法脫硫工藝。

1 工藝選擇

某焦化廠燃?xì)忮仩t排放指標(biāo)與超低排放指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

表1 煙氣排放現(xiàn)狀與超低排放要求對(duì)比 單位：mg/m3

常用的脫硝方式有SCR、SNCR兩種方式，從表1可以看出，氮氧化物排放值與超低排放指標(biāo)相差不大（鍋爐本體燃燒采用了低氮燃燒），選用簡(jiǎn)單的SNCR爐內(nèi)脫硝的方式即可滿足排放。此工藝與SCR相比投資成本低，不使用催化劑，運(yùn)行費(fèi)用低，不產(chǎn)生固體廢料，不需要對(duì)鍋爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改造，建設(shè)周期短，同時(shí)對(duì)鍋爐和生產(chǎn)工藝無不良影響，改造使用后無須調(diào)整其他設(shè)備的運(yùn)行。

煙氣脫硫技術(shù)中，按脫硫劑的種類，大致有五種：鈣法、鎂法、鈉法、氨法、有機(jī)堿法；按吸收劑干濕狀態(tài)又分為濕法、干法和半干（半濕）法。其中約90%以上的工藝技術(shù)選用鈣法。工藝選用鈣法（石灰石膏濕法），運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，脫硫效率高，反應(yīng)產(chǎn)生的石膏可作為水泥廠的生產(chǎn)原料，無固廢外排。

同時(shí)為滿足煙氣顆粒物排放，在脫硫塔頂部加設(shè)管式除霧器，達(dá)到顆粒物排放要求。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 工藝流程

脫硝采用SNCR脫硝，即在鍋爐合適溫度范圍內(nèi)進(jìn)行爐內(nèi)脫硝，工藝流程見圖1。袋裝或其他封裝形式的固體脫硝劑運(yùn)輸入廠后，儲(chǔ)存在庫(kù)房?jī)?nèi)，通過電葫蘆吊裝倒入料斗，再經(jīng)過斗提機(jī)提升進(jìn)入料倉(cāng)儲(chǔ)存。料倉(cāng)里面的脫硝劑經(jīng)脫硝島輸送至鍋爐區(qū)，經(jīng)過噴頭流化后直接噴射到爐膛合適位置進(jìn)行脫硝反應(yīng)。按照反應(yīng)的要求，在鍋爐爐膛處合適溫度位置開孔安裝噴槍。同時(shí)為了保證脫硝效果，噴頭的還原劑濃度和噴入量可進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖1 脫硝工藝流程圖

脫硫采取“單塔雙循環(huán)：石灰-石膏法”對(duì)鍋爐煙氣中的SO2進(jìn)行脫除，吸收塔采用空塔噴淋形式，工藝流程見圖2。鍋爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫塔，與噴淋層的脫硫液逆流接觸充分反應(yīng)后去除煙氣中的SO2。脫硫后煙氣經(jīng)噴淋塔上方的管式除霧器分離出凈煙氣中的霧滴，再經(jīng)直排煙囪達(dá)標(biāo)排放。系統(tǒng)采用塔外氧化，設(shè)置氧化風(fēng)機(jī)向循環(huán)池底部鼓入空氣對(duì)脫硫中間產(chǎn)物亞硫酸鈣進(jìn)行強(qiáng)制氧化，將漿液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-。循環(huán)池內(nèi)設(shè)攪拌器，保證混合均勻，防止?jié){液沉淀；石膏排出泵引出部分脫硫液，維持塔內(nèi)漿液密度恒定。通過向塔內(nèi)加入石灰漿液，維持循環(huán)池漿液的pH值穩(wěn)定，保證脫硫效率。

圖2 脫硫工藝流程圖

外購(gòu)脫硫劑由密封罐車送至石灰粉倉(cāng)儲(chǔ)存，脫硫劑制備采用連續(xù)制漿方式。轉(zhuǎn)化成石膏的脫硫液通過旋流器進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)脫除石膏，石膏通過汽車送長(zhǎng)鋼水泥廠作原料。

2.2 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算

（1）煙氣進(jìn)口參數(shù)。焦化廠燃?xì)忮仩t總煙氣量約39.5萬m3/h，最大煙氣量40萬m3/h，煙氣溫度正常135℃，溫度區(qū)間在80～160℃，氧含量3%。

（2）脫硝劑消耗計(jì)算。脫硝劑在溫度大于300℃時(shí)熱解氣化產(chǎn)生活性氨氣體，活性氨比NH3具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性，可在無催化劑、反應(yīng)溫度650～950℃的工藝條件下與NO迅速反應(yīng)，生成無害的氣態(tài)物質(zhì)N2、CO、CO2和H2O，反應(yīng)方程式見（1），脫硝運(yùn)行效率按照50%計(jì)算，脫硝劑用量為30kg/h，爐內(nèi)脫硝工藝不增加壓損。

其中：NR為“活性氨”，非單一物質(zhì)，為氨的系列衍生物；R為H、C、O的系列元素組合。

（3）脫硫劑消耗計(jì)算。脫硫工藝原料為CaO，將其溶解后制成脫硫吸收劑Ca（OH）2，反應(yīng)鈣硫比（摩爾比）1.02，氧化鈣的消耗量見公式（2），

其中：G（CaO）為生石灰用量，t/h；M（SO2）為脫硫前二氧化硫含量，t/h；η（SO2）為脫硫效率，%；（Ca/S）為反應(yīng)鈣硫比（摩爾比），宜為1.02～1.03。核算氧化鈣消耗量為0.04t/h。

（4）吸收塔的計(jì)算

為保證SO2的吸收效率，脫硫塔內(nèi)煙氣設(shè)計(jì)流速3.5m/s， 煙氣量按照最大煙氣量設(shè)計(jì)40萬m3/h，脫硫塔塔體直徑為6.4m，計(jì)算見公式（3）

其中：Q為設(shè)計(jì)煙氣量，m3/h；v為煙氣流速，m/s；A為脫硫塔直徑，m；

2.3 脫硝設(shè)施設(shè)計(jì)

脫硝系統(tǒng)脫硝劑供出量10～80kg/h，采用變頻調(diào)節(jié)閥控制脫硝劑供出量，保證脫硝劑的有效供出，脫硝劑采用氣力輸送的方式供給，管道采用304不銹鋼管，系統(tǒng)設(shè)計(jì)料倉(cāng)儲(chǔ)存量為4m3，料倉(cāng)采用304不銹鋼。

為保證脫硝劑能均勻分布在鍋爐內(nèi)，設(shè)置專用噴涂，保證噴灑面積及噴灑量。

2.4 脫硫設(shè)施設(shè)計(jì)

2.4.1 煙風(fēng)系統(tǒng)

煙氣經(jīng)煙道由鍋爐引風(fēng)機(jī)送入吸收塔系統(tǒng)，經(jīng)過吸收塔凈化后由直排煙囪直接排放，不設(shè)置旁路。

針對(duì)脫硫系統(tǒng)的吸收塔入口原煙氣煙溫高、凈煙氣溫度低且腐蝕高的特點(diǎn)，在提高系統(tǒng)設(shè)備耐溫耐腐性能，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性方面，采取了以下技術(shù)措施：

（1）吸收塔入口設(shè)預(yù)噴淋緊急降溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)在溫度高于設(shè)計(jì)條件下，充分保護(hù)吸收塔內(nèi)煙氣入口處的防腐材料，延長(zhǎng)其使用壽命。

（2）吸收塔防腐內(nèi)襯采用目前濕法脫硫最常用的玻璃鱗片內(nèi)襯。玻璃鱗片與橡膠襯里相比，在耐溫性能上比較好，在濕態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行溫度可達(dá)到160℃以上。因此，采用玻璃鱗片作為吸收塔的內(nèi)襯材料，結(jié)合預(yù)噴淋系統(tǒng)，可以使吸收塔適應(yīng)不同煙溫，安全運(yùn)行更有保障。

（3）吸收塔入口的干濕、冷熱交界面為吸收塔防腐最薄弱之處，本工程采用內(nèi)襯4mm耐高溫玻璃鱗片。

2.4.2 吸收塔系統(tǒng)

本工程脫硫系統(tǒng)采用一爐一塔。吸收塔和整個(gè)漿液循環(huán)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)能適應(yīng)脫硫系統(tǒng)負(fù)荷的變化，并保證脫硫效率及其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到要求。

（1）吸收塔采用噴淋塔，吸收塔本體包括：三層逆流噴淋裝置和除霧器。吸收塔殼體由碳鋼制作，內(nèi)表面采用內(nèi)襯玻璃鱗片樹脂。

（2）吸收塔配有3臺(tái)循環(huán)泵，采用單元制運(yùn)行方式，每臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)一層噴淋裝置。循環(huán)泵將循環(huán)池的漿液打到噴淋層，經(jīng)過噴嘴噴淋，形成顆粒細(xì)小、反應(yīng)活性很高的霧化液滴。噴淋層的布置增加了漿液與氣體的接觸面積和概率，保證吸收塔橫截面能被完全布滿，使SO2、SO3、HF、HCl等被充分去除。由于在吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高。當(dāng)鍋爐較低負(fù)荷工況時(shí)或煙氣中的含硫量較低時(shí)，可關(guān)停一層噴淋裝置，以達(dá)到節(jié)能和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）吸收系統(tǒng)循環(huán)池配備2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，1用1備。提供將亞 硫酸鈣氧化為硫酸鈣所需的空氣量，氧化系統(tǒng)采用噴管式系統(tǒng)。

（4）吸收塔循環(huán)池功能。

完成酸性物質(zhì)和脫硫劑的反應(yīng)，提供脫硫劑足夠的溶解時(shí)間。

事故池配備有一臺(tái)循環(huán)泵和一臺(tái)攪拌器，并由石灰漿液加入系統(tǒng)，從而確保脫硫塔能夠?qū)崿F(xiàn)100%的利用率。

為了防止吸收塔煙道入口倒灌漿液，在吸收塔循環(huán)池上部設(shè)溢流口。

（5）循環(huán)池漿液攪拌系統(tǒng)能防止?jié){液沉淀結(jié)塊，合理的設(shè)計(jì)布置保證氧化空氣的最佳分布和漿液的充分氧化，保證氧化過程不需添加任何化學(xué)藥劑。

（6）除霧器安裝在吸收塔上部，用以分離凈煙氣攜帶的霧滴。除霧器采用一級(jí)板式除霧器+一級(jí)管束除霧器，保證煙氣含塵量＜5mg/m3。

2.4.3 脫硫劑制備系統(tǒng)

漿液輸送系統(tǒng)包括一個(gè)石灰漿液罐及一個(gè)石灰儲(chǔ)倉(cāng)。石灰漿液罐按設(shè)計(jì)工況下3 h的耗量設(shè)計(jì)。石灰儲(chǔ)倉(cāng)按設(shè)計(jì)工況下3 d的耗量設(shè)計(jì)

2.4.4 石膏處理系統(tǒng)

在漿液循環(huán)池底部鼓入空氣對(duì)脫硫液進(jìn)行氧化，使?jié){液循環(huán)池漿液得到徹底氧化。氧化后的石膏漿液通過石膏漿液泵送入石膏旋流器濃縮，濃縮后的石膏漿液送到真空皮帶脫水機(jī)，經(jīng)脫水處理后的表面含水率不超過10%。

2.4.5 工藝水及輔助系統(tǒng)

吸收塔塔內(nèi)的水蒸發(fā)會(huì)造成脫硫系統(tǒng)水流失，為了維持整套脫硫系統(tǒng)的水平衡，必須對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。

3 運(yùn)行結(jié)果

項(xiàng)目投產(chǎn)實(shí)施后鍋爐進(jìn)出口煙氣實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 鍋爐煙氣運(yùn)行參數(shù)匯總表

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，通過煙氣超低排放改造后，煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放指標(biāo)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)語

煙氣超低排放改造后煙氣排放指標(biāo)穩(wěn)定，優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，選用SCR脫硝+石灰石膏法煙氣脫硫技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煙氣的超低排放，此項(xiàng)目的實(shí)施為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境改善起積極作用，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，也為此種工藝煙氣超低排放提供了參考借鑒。