焦爐煙道廢氣脫硫脫硝治理技術(shù)

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（山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司 山西 032200）

在《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）中明確規(guī)定了焦爐煙道廢氣中污染物排放濃度，其要求：SO2≤50mg/m3，NOx≤500mg/m3，當然一些特殊地區(qū)執(zhí)行特別排放限值，即SO2≤30mg/m3，NOx≤150mg/m3。雖然現(xiàn)有電廠具有比較成熟的脫硫脫硝技術(shù)，然而因為焦爐煙道廢氣具有特殊性，無法將電廠常用的脫硫脫硝技術(shù)引入到焦爐煙道廢氣治理中。由于焦爐爐體存在竄漏現(xiàn)象，與電廠廢氣相比，焦爐煙道廢氣成分復(fù)雜，一般含有一氧化碳、硫化氫、焦油、甲烷等多種污染物，如果直接排放到大氣將會誘發(fā)比較嚴重的環(huán)境污染，因此做好焦爐煙道廢氣脫硫脫硝處理至關(guān)重要。

1.焦爐煙道廢氣脫硫技術(shù)

通常情況下，焦爐煙道廢氣脫硫技術(shù)一般是指將焦爐煙道廢氣中所含二氧化硫通過一系列的工藝反應(yīng)使其濃度降低至國標范圍內(nèi)。焦爐煙道廢氣通過與脫硫液接觸、洗滌環(huán)節(jié)，可以使SO2被脫硫液吸收，反應(yīng)工藝流程如圖1所示，且反應(yīng)過程如下：

亞硫酸銨被鼓入的氧化空氣氧化成硫酸銨：

（1）干法脫硫技術(shù)。該技術(shù)主要是借助顆粒狀或粉狀催化劑或吸收劑來對焦爐煙道廢氣中的SO2進行脫除，而該過程中碳酸鈣、活性炭等是常用的吸收劑，具有工藝過程簡單、能耗低、無污水和污酸處理等優(yōu)勢，尤其是凈化后的煙氣具有比較高的溫度，確保后續(xù)脫硝和煙囪排氣擴散的進行。同時，凈化后的煙氣對設(shè)備腐蝕性較小，不需要二次加熱，但是也存在比較明顯的缺點，即設(shè)備占用空間較大、脫硫效率較低、操作技術(shù)要求高、投資較高、不適用于含硫量較高且成分復(fù)雜的焦爐煙道廢氣處理。

圖1 焦爐煙道廢氣脫硫反應(yīng)工藝流程圖

（2）濕法脫硫技術(shù)。在焦爐煙道廢氣脫硫過程中，常見的濕法脫硫技術(shù)有鈣法、鈉堿法、鎂法、氨法，其中鈣法脫硫應(yīng)用最為廣泛，但是所有濕法脫硫技術(shù)均存在腐蝕、結(jié)垢堵塞、固廢處置、廢液處置等問題，且處理后的煙氣溫度偏低，存在酸露問題，在一定程度上降低了濕法脫硫效果。對焦化企業(yè)來說，氨法脫硫所產(chǎn)生的廢液可以再次送入焦爐煤氣硫銨工段與硫銨母液一起進行處理，轉(zhuǎn)化為硫酸銨，其是比較常用的化肥原料，能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。綜合考慮鈣法、鈉堿法、鎂法、氨法的優(yōu)缺點，如果要采用濕法脫硫工藝時，最好采用氨法脫硫，因為其沒有廢液產(chǎn)生，符合焦化廠的生產(chǎn)工藝特點。下面將會從不同方面來對鈣法、鈉堿法、鎂法、氨法等濕法脫硫技術(shù)進行分析，如表1所示。

表1 鈣法、鈉堿法、鎂法、氨法等濕法脫硫技術(shù)對比

（3）半干法脫硫技術(shù)。該技術(shù)一般是指以噴霧的方式將脫硫劑噴入反應(yīng)塔內(nèi)與煙氣進行混合，以達到煙氣脫硫的目的。通過刮板鏈可以將脫硫后產(chǎn)生的灰運輸至灰倉處理。在焦爐煙道廢氣脫硫過程中，碳酸鈉溶液是半干法脫硫技術(shù)常用的脫硫劑，即所謂的SDA半干法脫硫，其具有設(shè)備占地小、脫硫效率高、無廢水排放等優(yōu)點。

SDA半干法脫硫過程中，常用的反應(yīng)方程式為：

2.焦爐煙道廢氣脫硝技術(shù)

與火電廠煙氣進行對比可以發(fā)現(xiàn)，焦爐煙道廢氣溫度一般為170℃～280℃，相對較低，此時為了更好的提高脫硝效果，研發(fā)了低溫SCR脫硝技術(shù)，其脫硝效率超過了70%。低溫SCR焦爐煙道廢氣脫硝工藝主要是將氨或尿素等還原劑噴入到一定溫度的焦爐煙道廢氣中，這樣一來混有還原劑的煙氣在催化劑作用下，就能夠?qū)崿F(xiàn)煙氣中的NOx與還原劑發(fā)生還原反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為氮氣和水，進而實現(xiàn)脫硝目的。目前，在焦爐煙道廢氣脫硝過程中，低溫SCR脫硝技術(shù)是比較成熟的工藝，其不僅運行安全可靠，而且脫硝效率較高且易于控制，避免了對大氣造成二次污染。在低溫SCR脫硝過程中，催化劑是制約脫硝過程的主要問題，此時需要采取有效措施來防止催化劑中毒、降低催化劑對進口的依賴、解決廢棄催化劑誘發(fā)的二次污染問題。低溫SCR脫硝過程中，液氨、氨水、尿素是常用的還原劑，下面將會從不同方面來液氨、氨水、尿素等還原劑進行對比，如表2所示。

表2 低溫SCR脫硝還原劑對比表

3.焦爐煙道廢氣脫硫脫硝聯(lián)合治理技術(shù)

（1）半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝。在寶鋼節(jié)能和中冶焦耐院共同研發(fā)了該技術(shù)，2014年在河北達豐焦化該技術(shù)正式完成工業(yè)試驗，并且于2015年11月開始在湛江投產(chǎn)，一舉成為我國首套脫硫脫硝一體化工藝。該技術(shù)特點為：在旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫過程中，可以將Na2CO3按照一定要求制漿后噴霧脫硫，與濕法脫硫?qū)Ρ龋摷夹g(shù)煙氣溫度下降了50℃-60℃，與半干法脫硫?qū)Ρ龋摷夹g(shù)煙氣溫度只下降了20℃-30℃，不僅可以降低助燃費用，而且還可以提高余熱的回收效率。該工藝在國內(nèi)貴州黔桂、湛江、唐山中潤等地區(qū)開始投產(chǎn)運行多套，并逐漸發(fā)展成為目前國內(nèi)比較常用的脫硫脫硝工藝之一，煙氣均能滿足生態(tài)環(huán)保要求，然而工藝在實際應(yīng)用過程中也存在占地面積大、投資較大、運行費用較高等缺陷，需要不斷改進和完善。

（2）液態(tài)催化氧化法脫硫脫硝。該技術(shù)一般是指在有機催化劑輔助下，氧化劑將煙氣中的SO2和NOx轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸，并與加入的氨水等堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)得到硫酸銨和硝酸銨，所達到的脫硫效率超過了90%，脫硝效率超過了70%。該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中具有硫硝脫除效率高、煙溫適應(yīng)范圍廣、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢，因此具有比較廣闊的應(yīng)用前景。然而，在實際應(yīng)用過程中，液氨的安全保障、硫酸銨產(chǎn)品純度、設(shè)備腐蝕、有機催化劑損失控制等問題需要給予重點關(guān)注，并采取有效措施給予解決。

（3）氨法脫硫+氣氣換熱器+SCR脫硝+氣氣換熱器。該技術(shù)具備比較高的脫硫和脫硝效率，且不產(chǎn)生多余固廢，但是在實際應(yīng)用過程中氨法脫硫后所得到的煙氣溫度比較低，且濕法脫硫煙氣具有比較高的濕度，有可能對煙囪造成嚴重酸腐蝕；在長時間運行后，氣氣換熱器易結(jié)垢，增加了后期維護成本。在低溫SCR脫硝過程中，在催化劑作用下部分二氧化硫會轉(zhuǎn)化為三氧化硫，且在含水狀態(tài)下三氧化硫會生成硫酸氫銨，在低于300℃溫度狀態(tài)下該物質(zhì)不易分解，且非常粘稠難以清除，進而降低脫硝效果。因此，對焦爐煙道廢氣而言，要引入先脫硫后脫硝工藝，其一般是將氨含量低于5%的含氨空氣噴入到煙道中與噴氨格柵后進行混合，然后從脫硝反應(yīng)器頂部進入脫硝反應(yīng)器中，從上至下依次與裝填的催化劑進行反應(yīng)，經(jīng)脫硝反應(yīng)器底部將脫除氮氧化物的煙氣排出，其反應(yīng)原理如下：

4.結(jié)束語

綜上所述，焦爐煙道廢氣排放量比較大，且存在一定濃度的SO2、NOx，進而誘發(fā)大氣污染。為了降低焦爐煙道廢氣對大氣的污染，就要結(jié)合實際情況來對脫硫脫硝技術(shù)給予科學(xué)、合理的選擇、搭配，這樣既能夠提高脫硫脫硝效果，而且還可以滿足生態(tài)環(huán)保要求。