焦爐煙氣脫硫除塵脫硝工藝系統研究

＊樊彥玲 鄭鵬輝 譚光之 沈建濤

(西安西礦環保科技有限公司 陜西 710075)

焦爐煙氣脫硫除塵脫硝工藝系統研究

＊樊彥玲 鄭鵬輝 譚光之 沈建濤

(西安西礦環保科技有限公司 陜西 710075)

本文針對焦爐煙氣的性質和特點，提出了一種脫硫除塵脫硝工藝，論述了該工藝的技術特點。該工藝能完全滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》對焦爐煙氣的SO2和NOx的排放控制要求，有效解決焦爐煙氣SO2和NOx的脫除問題，且工藝流程簡單，布置緊湊，易維護，易操作。

焦爐；脫硫；除塵；脫硝

1.概述

據美國耶魯大學發布的《2016年環境績效指數報告》統計，我國的空氣質量在全球排名倒數第二，霧霾更是人們近年來一直討論的熱門話題。氣態SO2和NOX是PM2．5的前驅體，有統計結果顯示，由SO2和NOX前驅體轉化而來的PM2．5占到空氣中PM2．5總量的40%以上，同時SO2和NOx亦是形成酸雨的主要物質之一。大氣污染和酸雨對人類健康和生態系統造成了巨大危害，嚴重制約著我國經濟社會的可持續發展。

焦爐煙氣中含有大量的SO2和NOX等污染物。2012年8月2日，環保部下發了《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012），標準規定于2012年10月1日起實施。《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）對焦爐煙氣中SO2和NOX的排放做了嚴格規定，標準要求焦爐煙氣中SO2的排放限值為50mg/Nm3（特別排放限值為30mg/ Nm3），NOx的排放限值為500mg/Nm3（特別排放限值為150mg/Nm3），焦爐煙氣中SO2和NOX的治理成為焦化行業的重點環保項目。

2.焦爐煙氣

焦爐煙氣是燃料在焦爐燃燒室燃燒后產生的，焦爐生產用的燃料主要是指混合煤氣（高爐煤氣和焦爐煤氣混合后形成的混合氣體）或單純的焦爐煤氣，在焦爐煙囪的熱壓吸力作用下，焦爐煙氣經地下煙道和煙囪后高空排放。焦爐煙氣具有以下特點：

(1)焦爐煙氣的溫度相對較低。因焦爐在爐型、燃料種類和操作制度等方面存在很大差異，從而導致不同焦化廠的焦爐煙氣在溫度方面存在著很大差異。焦爐煙氣溫度多數在220～250℃，個別焦化廠的焦爐煙氣溫度低至180℃，高至320℃，不能滿足SCR脫硝裝置最佳反應器溫度區間320～420℃。如果采用常規的電廠用脫硝工藝，則脫硝效率會非常低，無法滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）對焦爐煙氣中NOX的排放限值要求。

(2)焦爐煙囪必須始終處于一種熱備狀態。因焦化廠生產工藝的特殊性決定焦爐煙氣經過脫硫除塵脫硝以后必須返回焦爐煙囪，經過加熱焦爐煙囪以后才允許高空排放至大氣中，因此焦化廠的焦爐煙囪便始終處于一種熱備狀態。要求經過脫硫除塵脫硝后的焦爐煙氣溫度必須始終高于煙氣本身的露點溫度，且不得低于130℃，因此無法直接采用常規的濕法脫硫技術進行焦爐煙氣脫硫處理。

(3)煙氣中SO2和NOX含量差別很大。因焦爐在爐型、燃料種類和操作制度等方面存在很大差異，從而導致不同焦化廠的焦爐煙氣在SO2和NOX含量方面存在著很大差異，目前運行的焦化廠煙氣中的SO2含量在50～600mg/Nm3，NOX含量在450～1200mg/Nm3。

(4)SO2含量對低溫脫硝的影響。在SCR系統脫硝過程中，煙氣在通過SCR催化劑時，將進一步強化SO2→SO3的轉化，形成更多的SO3。在脫硝過程中，由于NH3的逃逸是無法避免的，極易與SO3形成硫酸氫氨。

硫酸氫氨在146℃～207℃溫度范圍內為液態。氣態或顆粒狀液體狀硫酸氫氨會隨著煙氣流經尾部受熱面，不會對尾部受熱面產生影響；相反，液態硫酸氫氨捕捉飛灰能力極強，會與煙氣中的飛灰粒子相結合，附著于催化劑表面，嚴重影響催化劑的使用效率和使用壽命。

(5)高效脫硫和控制NH3逃逸是重點。硫酸氫氨的反應速率主要與溫度、煙氣中的NH3、SO3及H2O濃度有關。為此，在系統的技術方案設計中，應嚴格控制SO2→SO3的轉化率及SCR出口的NH3的逃逸率。

3.技術方案

焦爐煙氣脫硫除塵脫硝常規的技術方案是：通過煤氣加熱爐將煙氣溫度由加熱到320～420℃（SCR脫硝裝置最佳反應器溫度區間），經SCR反應器進行脫硝反應后煙氣再進入余熱鍋爐進行余熱回收，此時煙氣溫度降至100～160℃，之后煙氣在進入后面布置的除塵或者脫硫設備，最終經煙囪排放至大氣中。

煙氣溫度在180℃～230℃時，極易產生硫酸氫銨。硫酸氫銨極易潮解，熔點溫度147℃，沸點溫度350℃。在146℃～207℃時，硫酸氫銨為液態，液態硫酸氫氨捕捉飛灰能力極強，生成物非常黏稠且難清理，附著于催化劑表面后，將大大降低脫硝效率和催化劑的使用壽命，增加系統的運行成本。

此外，如后續脫硫采用的是濕法脫硫工藝，脫硫系統出口的煙氣溫度約為46℃，為滿足焦爐煙囪熱備的溫度要求，需要對脫硫煙氣進行再次加熱。此技術路線系統龐大，涉及到多次換熱，工藝復雜，造成能源浪費。

針對焦爐煙氣的特點和脫硫除塵脫硝技術難點，本文提出一種新的技術方案：即先采用半干法脫硫技術高效脫除SO2，后由布袋除塵技術脫除顆粒物，最后采用SCR低溫脫硝技術脫除NOx。

4.技術特點

(1)本技術方案將半干法脫硫設置在脫硝之前，不僅使焦爐排放煙氣中的SO2含量降低至30mg/m3以下，滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）對SO2排放限值的規定，而且能嚴格控制后續脫硝過程中SO2→SO3的轉化率，提高脫硝效率和催化劑使用壽命，保證長期穩定的高效脫硝。(2)本技術方案的整個工藝系統的溫降相對較小，保證焦爐煙氣經過脫硫除塵脫硝后的回送溫度。半干法脫硫系統的溫降小于30℃，因此整個系統的回送溫度將大于150℃，滿足煙囪熱備要求（不得低于130℃）。(3)本技術方案采用半干法脫硫技術，半干法工藝目前在低硫煙氣且缺水的地區應用廣泛，工藝運行成本低、不產生脫硫廢水，系統不用做防腐處理，故障率低。(4)本技術方案在脫硝之前采用袋除塵技術：一是可以有效抑制后續液態硫酸氫氨捕捉飛灰，同時可減少粉塵對催化劑表面的磨損和堵塞，有效延長催化劑的使用壽命，提高脫硝效率，減少催化劑用量和系統運行費用。二是布袋除塵器濾袋本身具有均流作用，進一步提高脫硝效率。(5)本技術方案采用袋除塵技術，濾袋外表面過濾下的尚未反應的脫硫劑可繼續脫硫，在去除煙氣中脫硫灰的同時，系統的脫硫效率得到進一步提高。(6)本技術方案采用高效袋除塵技術，有效降低了進入SCR脫硝系統中的粉塵，可省略SCR傳統工藝中的催化劑清掃系統。(7)本技術方案中的脫硝反應器由多個獨立模塊構成，可實現在線檢修或者在線更換催化劑，不影響整個系統的正常工作。

5.結論

焦爐煙氣脫硫除塵脫硝工藝必須抓住治理的關鍵點—中低溫特性，將煙囪熱備要求，即焦爐生產工藝對煙氣治理回送溫度的要求，充分考慮在整個系統的技術方案設計中。本文采用了半干法脫硫技術，滿足了焦爐煙囪熱備要求；脫硫除塵布置在脫硝之前，大大降低了進入脫硝系統的SO2和粉塵濃度，有效解決了焦爐煙氣的SO2、粉塵和NOx的脫除問題的同時，提高了催化劑的脫硝效率和使用壽命，降低了系統的運行成本。

[1]蔣文舉．煙氣脫硫脫硝技術手冊[M]．北京:化學工業出版社,2012,417．

[2]孫剛森,尹華．焦爐煙氣脫硫除塵脫硝及其熱解析一體化工藝[J]．燃料與化工,2015,46(6):40-41．

(責任編輯：盧鳳英)

Study of Desulfuration, Dedusting and Denitration System for Coke Oven Exhaust Gas

Fan Yanling, Zheng Penghui, Tan Guangzhi, Shen Jiantao

（Xi’an West Mine Environmental Protection Technology co., LTD, Shanxi, 710075）

In this paper, in terms of the property and features of coke oven exhaust gas, it has put forward one desulfuration, dedusting and denitration technology and expounded the technical features of this technology. This technology can satisfy totally the requirement of Emission Standard of Coking Chemistry Industrial Pollutant on the emission control for SO2and NOxin coke oven exhaust gas and can solve effectively the SO2and NOxremoval problem for coke oven exhaust gas, furthermore, this technology has a simple procedure, compact layout, easy maintenance process and easy operation procedure.

coke oven；desulfuration；dedusting；denitration

T < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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樊彥玲（1981～)，女，西安西礦環保科技有限公司；研究方向：大氣污染治理（環保)。