焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術分析

董延軍

（平頂山市東鑫焦化有限責任公司， 河南 平頂山 467000）

環境保護問題是近年來社會關注熱點，焦化廠焦爐煙氣排放前的處理對環境保護有著重要的意義。焦爐煙氣中所含有的氮氧化物與二氧化硫等對環境有著嚴重不利影響，因此煙氣處置的重點也就放在了脫硫脫硝上。作為焦化廠生產運行的關鍵環節，焦爐煙氣的脫硫脫硝工序具有極強的綜合性，當下焦化廠的煙氣脫硫脫硝工藝在工藝流程與技術細節上還存在一定的難點需要克服，因此需要進行進一步的優化改進。

1 焦化廠焦爐煙氣處理難點

結合焦爐煙氣處理的行業特征與筆者的從業經歷，分析當下焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝處理過程中存在的多方面的技術難點。

1.1 煙氣溫度高

工廠鍋爐燃燒運轉時，焦爐煙氣的一般生產過程：所裝潔凈煤經煤塔進行煤炭輸送，然后進入焦化區炭化室進行高溫蒸餾生成焦炭；對其熱處理操作過后，將之與空氣進行混合燃燒，產生的廢氣經過交換和熱處理后，通過垂直排放通道、蓄熱室等區域，最后到主煙道和煙囪。在這個過程中發現，焦爐煙氣生成和排出的初始熱度較高，盡管經過系統內多個裝置操作后，溫度會發生一定程度的下降，但大部分焦爐煙氣從煙囪排出后還是處于高溫狀態。除此之外，在焦化廠鍋爐的燃燒使用中，焦爐煙囪必須做好長久的保溫措施。這個問題的存在會使焦爐煙氣的實際排出溫度大于或等于限定溫度值。

1.2 煙氣成分復雜，設備不穩定

在焦爐煙氣的生產和排放中，煙氣中混有多種含塵氣體和混合物質，如氮氧化物、二氧化硫等。另外，散布在煙道中的二氧化硫氣體在與反應劑接觸時還會與氨發生反應，形成腐蝕性強的硫酸。煙氣所含成分過于復雜，增加了處理工藝的復雜程度與難度，且在長期針對含硫氨基酸的處理過程中，導致系統內各種設備發生了不同程度的腐蝕與損害，焦爐煙氣中的各種污染物難以單獨完成轉化。

2 焦化廠主要焦爐煙氣脫硫技術

焦爐燃燒煤炭產生的煙氣中含有二氧化硫，其具有弱酸性，因此可以通過堿性物質與焦爐煙氣中和以除去二氧化硫。焦爐煙氣脫硫所使用的吸收劑在形式上有所不同，因此將脫硫技術分為干法與濕法兩種不同工藝[1]。

2.1 干法脫硫技術

干法脫硫工藝技術原理：碳酸鈣固體在高溫下噴入爐中進行鍛造和燃燒，反應生成氧化鈣，后與焦爐煙氣中的二氧化硫發生化學反應轉化為硫酸鈣。或根據焦化廠的具體情況，通過活性炭吸附或電子束輻照的方式，將煙氣中的二氧化硫轉化成硫酸或硫酸銨，該工藝也稱為干法脫硫技術。

干法脫硫工藝的主要特點：無論采用何種方式，焦爐煙氣都與固體堿反應劑接觸，煙氣中的二氧化硫與固體堿吸收劑發生反應，然后進一步轉化為硫酸鹽。為保證煙氣脫硫的效率，加入的固體堿性反應劑應預先粉碎。在半干法脫硫過程中，所使用的堿性物質表面結構會形成一層液膜，煙氣中的二氧化硫會與液膜進行反應融合，從而提升煙氣脫硫轉化的效果。采用干法進行煙氣脫硫處理時，需要保證焦爐煙氣的反應通道保持相對干燥。

干法脫硫工藝的優缺點：與其他焦爐煙氣脫硫工藝相較，干法煙氣脫硫工藝在應用上擁有許多優勢，如傳熱、傳質能力強，脫硫系統建設投入較低（無需進行鮮明的煙氣冷卻，且鍋爐效率高），具有較強的煙囪通風能力等。但該工藝同時還應用到諸多大型設備的建設與應用中，有占地面積大、脫硫吸附劑在使用中消耗量較大、煙氣處理效率不高且處理后的氣體含塵量高的缺點。

2.2 濕法脫硫技術

當下，在大部分焦化廠的運作和生產環節中，濕法煙氣脫硫工藝有諸多形式，應用最為廣泛的有石膏法、廢渣法和氨法三種。這里具體介紹這三種煙氣脫硫技術的應用原理、工藝特點及優缺點。

石膏法脫硫的技術原理與操作流程：空氣被吹入轉化設施后，硫酸鈣被立刻氧化并轉化為石膏，吹入的空氣使灌漿更加均勻，并略微增加煙氣脫硫率。煙氣脫硫工業處理中，石膏法是大部分焦化廠最常用的濕法煙氣脫硫手段之一，石灰石是重要的脫硫劑。這種脫硫方法在實際應用中具有使用范圍較廣、效果好、吸收劑利用率高且轉化效果好、處理效果穩定的特點。同時，這種方法也具有煙氣脫硫投入高、設備運轉不穩定（經常發生設備腐蝕嚴重）、改造后石膏處置路徑單一等缺點。

廢渣法則是將吸收塔煙氣中的二氧化硫采用石灰石漿液進行洗滌，從而將煙氣中分布的二氧化硫接連轉化為亞硫酸鈣和硫酸鈣，以達到有效脫除二氧化硫的目的。盡管固體廢物處理工藝具有諸多優點，但在實際應用中，該工藝往往存在設備結垢、堵塞和各種沉積物等問題，吸收塔內這些物質的連續積累導致煙氣脫硫可靠性不高[2]。

氨法主要利用氨水作為脫硫劑，液體轉化劑用于凈化焦爐煙氣。處理后，煙氣中的二氧化硫被去除。與其他工藝手段相較，氨法脫硫工藝對焦爐煙氣處理產物有著較高的回收價值（產生的硫酸等物質可回收使用），此外還有氨蒸餾系統運行負荷小等應用優點。然而，氨法煙氣脫硫工藝不是一種綜合煙氣處理方案，不能與其他焦爐煙氣脫硝工藝相結合，須要安裝特定的處理裝置。此外，該工藝還存在一些缺點，如副產品純度波動大、煙氣處理溫度低、設備運行不穩定（經常造成設備腐蝕損壞）等。

3 常見的焦爐煙氣脫硝工藝

3.1 SCR 煙氣脫硝工藝原理

SCR 工藝技術系統是最為成熟的。煙氣脫硝工藝的理念是在適宜的溫度下創造一個焦爐煙氣脫硝環境，調節催化反應溫度，采用適當類型的催化劑和還原劑，將煙氣中的氮氧化物轉化形成水和氮氣。

3.2 SCR 工藝流程的優缺點

使用SCR 技術進行焦爐煙氣的脫硝處理，具有轉化效率高、效果穩定的特點，煙氣中80%以上的氮氧化物能被有效轉化，且該技術具有廣泛的應用范圍和成熟的煙氣脫硝處理系統。但該處理手段也有一些缺點，如流程繁瑣、經濟投入高、需單獨建設焦爐煙氣加熱系統、沒有附加的經濟效益等。此外，國內某些焦化廠在處理煙氣時，一般采用改進的SCR煙氣脫硝工藝配置催化劑，可有效降低煙氣反應溫度。該工藝不僅存在催化劑性能波動、催化劑中毒等技術層面上的問題，而且目前普遍使用的低溫脫硝催化劑收購價格高[3]。

4 焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝工藝的改進措施

4.1 先脫硫后脫硝

焦爐煙氣先脫硫后脫硝工藝的具體操作工序：首先將焦爐煙氣引入到干燥脫硫裝置中去除煙氣中的二氧化硫；然后將其導進脫硫焦爐煙氣SCR 脫硝系統進行脫硝轉化，在此過程中需要對煙氣進行持續加熱；之后焦爐煙氣進入余熱鍋爐并持續加熱；最后將經過脫硫脫硝操作的焦爐煙氣從煙囪排到大氣中。

此種工藝的特點：煙氣先脫硫后脫硝工藝在大大降低焦爐煙氣中二氧化硫濃度的前提下，還減少了煙氣處理過程中產生的硫酸等雜質的總量，延長了焦爐的實際使用壽命。但在實際生產中，考慮到成本投入，不建議采用濕法煙氣脫硫工藝。此外，還有必要增設煙氣加熱系統，將焦爐煙氣脫硝反應中的熱煙氣引入余熱鍋爐。

4.2 先脫硝后脫硫

焦爐煙氣先脫硝后脫硫工藝的具體操作工序：將焦爐引入SCR 煙氣脫硫系統，根據實際情況選擇是否加熱煙氣，然后將煙氣引入余熱鍋爐，再進行氨法煙氣脫硫工藝，最后將焦爐煙氣通過煙囪脫硫后排出，煙氣從余熱鍋爐通往煙囪過程中持續加熱[4]。

這種工藝方法存在一定的技術缺陷。在先脫硝后脫硫的具體操作流程中，存在催化劑中毒概率高和煙氣反應溫度低的問題，因此有必要找出問題源頭，并選用科學有效方法來解決。催化劑中毒概率大的首要原因是焦爐煙氣經過脫硫脫硝系統后，二氧化硫含量有所提升，在一定溫度條件下與氨發生了化學反應，而生成的硫酸氫鹽中含有一定的有毒物質，從而引起催化劑中毒、失活、堵塞等衍生問題。因此，應該采用煙氣脫硝裝置的前端過濾和清洗設備，按時對附著在催化劑表層的多種雜質進行過濾和清洗。此外，焦爐煙氣在熱處理時應保證煙氣熱度維持在一定條件下，且煙囪應長期處于熱備狀態。

5 結語

現階段焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝處理過程還會受到煙氣溫度高、煙氣成分復雜以及設備不穩定等因素的影響，這都是煙氣處理過程中的難點所在，在很大程度上限制著煙氣脫硫脫硝處理的效率，經過對焦爐煙氣脫硫脫硝工藝流程進行深入剖析，提出了的具體改進措施，以加強焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝處理的效率和水平。