焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝凈化技術(shù)與工藝探討

張朋朋

摘要：近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和不斷進(jìn)步，焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工作越來(lái)越受到許多研究學(xué)者和環(huán)保部門(mén)的關(guān)注。本文針對(duì)焦化廠煉焦的整個(gè)生產(chǎn)期間排放煙氣中的二氧化硫、氮氧化物等各種污染物形成原因、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，根據(jù)環(huán)保理念對(duì)干法脫硫工藝和濕法脫硫工藝進(jìn)行分析，并且研究?jī)?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以便于為焦化廠的煙氣脫硫脫稍工藝設(shè)計(jì)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t；煙氣；脫硫脫硝；凈化技術(shù)；工藝

煉焦生產(chǎn)中排放的煙氣中包含多種污染物，主要包括二氧化硫、氮氧化物等等，由此轉(zhuǎn)化而成的PM2.5在空氣總量中占據(jù)約50%，同時(shí)形成酸雨，造成更加嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。在脫硫脫硝技術(shù)下迅速發(fā)展的影響下，其為煉焦煙氣污染治理提供指導(dǎo)意見(jiàn)，特別是氮氧化物為有關(guān)工作的穩(wěn)定進(jìn)行提供有力的保障。

一、焦?fàn)t煙氣的特征

由備煤車(chē)間運(yùn)來(lái)的洗精煤，由運(yùn)煤通廊運(yùn)進(jìn)煤塔，由煤塔漏嘴經(jīng)過(guò)裝煤車(chē)按照規(guī)定的順序裝進(jìn)炭化室，在950-1050攝氏度的溫度中高溫干餾形成焦炭。焦?fàn)t加熱中使用回爐煤氣由外管輸送到焦?fàn)t的每個(gè)燃燒室，在燃燒室里面與途徑蓄熱室預(yù)熱的空氣進(jìn)行混合燃燒，燃燒之后的廢氣經(jīng)過(guò)斜道、立火道以及越孔，在格子磚與蓄熱室換熱后經(jīng)過(guò)總煙道、分煙道，最后直接從煙囪全部排出來(lái)。[1]由于焦?fàn)t的生產(chǎn)工藝具有一定的特殊性，煙囪排放的熱煙氣中富含粉塵、二氧化硫以及氮氧化物，并且含有較高的氮氧化物，煙氣在脫硫脫硝除塵處理后就可以滿(mǎn)足排放的實(shí)際要求。在煤氣高溫燃燒的情況下，煙氣中出現(xiàn)大量的NO2。焦?fàn)t煤氣中的氫氣超過(guò)50%。燃燒速度相當(dāng)快，火焰溫度能夠達(dá)到1700-1900攝氏度，煤氣中氧氣與氮?dú)獯蠹s在1300攝氏度就會(huì)形成非常激烈的氧化反應(yīng)，從而生成NO2。

整體來(lái)說(shuō)，焦?fàn)t煙氣具有以下幾個(gè)特征：其一，焦?fàn)t煙氣溫度范圍保持在180-300攝氏度，溫度波動(dòng)范圍相當(dāng)大。其二，焦?fàn)t煙氣成本較為復(fù)雜，NO2含量高，一般濃度在350mg/Nm3-1200mg/Nm3。其三，焦?fàn)t煙氣中包含二氧化硫，在180-230攝氏度之間，二氧化碳容易與氨反應(yīng)轉(zhuǎn)換成硫酸銨，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕和管道出現(xiàn)堵塞。其四，焦?fàn)t煙囪務(wù)必一直處于熱備的狀態(tài)。換句話說(shuō)，煙氣經(jīng)過(guò)脫硫脫硝后，其排放溫度需要確保在130攝氏度左右。

二、常見(jiàn)的煙氣脫硫工藝及其特征

煙氣中的二氧化硫?qū)儆谌跛嵝晕镔|(zhì)，與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后可以脫除煙氣中的二氧化硫。根據(jù)吸收劑的形態(tài)進(jìn)行劃分，一般脫硫工藝可以分為兩種，一是干法脫硫工藝，二是濕法脫硫工藝。

（一）干法脫硫工藝特征

在干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，利用固體堿性吸收劑可以使煙氣直接穿過(guò)堿性吸收劑噴到煙道的氣流中，使其與煙道氣相發(fā)生接觸。不管什么情況，煙氣中的二氧化硫均與固體堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成相對(duì)應(yīng)的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了可以加快這種反應(yīng)，必須要確保固體堿性物質(zhì)是細(xì)碎或者疏松的。在半干法煙道其脫硫系統(tǒng)中，水分容易進(jìn)入到煙道氣中，進(jìn)而在堿性物質(zhì)顆粒物表面形成一層薄薄的液膜。[2]二氧化硫融進(jìn)液膜，促使與固體堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。干法脫硫技術(shù)和產(chǎn)物處理與脫硫吸收都在干的情況下進(jìn)行，這種做法具有設(shè)施腐蝕程度輕、無(wú)污水廢酸排出，煙氣在凈化中不能顯著的降低溫度、凈化后溫度上升，有助于煙囪排氣孔迅速擴(kuò)散等優(yōu)勢(shì)，但是存在反應(yīng)速度慢、設(shè)備巨大、脫硫劑利用率較低等問(wèn)題。

（二）濕法脫硫工藝特征

不同國(guó)家的濕法煙氣脫硫機(jī)理、工藝流程和形式存在較大的差異性，主要采用碳酸鈉、石灰石以及石灰作等漿液作為洗滌劑，在反應(yīng)塔中洗滌煙氣，進(jìn)而消除煙氣中的二氧化硫。[3]該工藝已經(jīng)具有幾十年的歷史，經(jīng)過(guò)積極的改進(jìn)和完善，技術(shù)是相當(dāng)成熟的，并且副產(chǎn)品容易回收、煤種適應(yīng)能力較強(qiáng)、機(jī)組容量較大等優(yōu)勢(shì)。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝因?yàn)槲談﹥r(jià)格低廉，所以容易得到，且在濕法脫硫行業(yè)中普遍應(yīng)用。這種工藝的特征是高脫硫效率、高吸收劑利用率、可以適應(yīng)高濃度二氧化硫的煙氣條件。缺陷是水資源耗損大、基建投資成本高等等，關(guān)鍵是原料石灰石必須要購(gòu)買(mǎi)，副產(chǎn)品中的亞硫酸鈣處理難度大。這種濕法脫硫工藝的反應(yīng)原理是NH3+SO2+H2O=NH4HSO3；NH4HSO3+NH3=（NH4）2SO3；（NH4）2SO3+1/2O 2+H2O=（NH4）2SO4。

三、常見(jiàn)的煙氣脫硝工藝及其特征

在大多數(shù)脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法是應(yīng)用普遍、脫硝效率高、較為成熟的脫硝技術(shù)。[4]這種還原法是指在某種催化劑和溫度的作用下，有效利用氨作為還原劑，可以有選擇性的將煙氣中的NOX還原為水和氮?dú)獾姆绞剑呋磻?yīng)溫度在320-400攝氏度之間，這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有副產(chǎn)品。通過(guò)增加催化劑的裝填數(shù)量，可以使脫硝效率超出80%。SCR系統(tǒng)反應(yīng)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是主反應(yīng)（2SO2+O2→2SO3、2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4）。在SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇催化劑的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)是煙氣溫度。一般來(lái)說(shuō)，SCR技術(shù)必須要具備高溫的條件，催化反應(yīng)只可以在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且存在催化的最適合溫度，這是各種催化劑獨(dú)有的性質(zhì)，所以煙氣溫度直接關(guān)乎反應(yīng)的具體進(jìn)行。因此，需要將煙氣加熱系統(tǒng)安裝在焦?fàn)t煙氣中。反應(yīng)產(chǎn)物是H2O和N2不可以循環(huán)利用，只可以耗損動(dòng)力和原料，不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，每隔三年更換一次催化劑，成本較高。

SCR法脫硝工藝經(jīng)過(guò)催化劑的改良，能夠適當(dāng)?shù)臏p少反應(yīng)溫度。然而低溫SCR工藝均處于實(shí)驗(yàn)室的初步研究階段，都沒(méi)有經(jīng)過(guò)工業(yè)裝置的實(shí)踐應(yīng)用。[5]由于二氧化硫、氨以及水，低溫SCR工藝容易形成氨鹽而導(dǎo)致催化劑中毒的情況出現(xiàn)，對(duì)催化劑的性能產(chǎn)生影響，低溫脫硝催化劑購(gòu)買(mǎi)渠道具有較強(qiáng)的壟斷性，費(fèi)用高。

結(jié)語(yǔ)：

結(jié)合焦?fàn)t煙氣所具備的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來(lái)分析，根據(jù)每種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分析，并且總結(jié)和分析焦?fàn)t煙氣已有的方式，提出煙氣脫硫脫硝的基本過(guò)程，有關(guān)問(wèn)題，進(jìn)而為將來(lái)的脫硫脫硝工作正常進(jìn)行提供重要的參考依據(jù)和指導(dǎo)意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王勇.焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)分析[J].化工管理，2018（13）：190-191.

[3]王永民.焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)分析[J].天津冶金，2017（05）：27-29.

[4]王永民. 焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)分析[A]. 河北省金屬學(xué)會(huì)、北京金屬學(xué)會(huì)、天津市金屬學(xué)會(huì)、河北省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).2017京津冀及周邊地區(qū)鋼鐵行業(yè)廢氣排放深度治理和利用技術(shù)交流會(huì)論文集[C].河北省金屬學(xué)會(huì)、北京金屬學(xué)會(huì)、天津市金屬學(xué)會(huì)、河北省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)：，2017：3.

[5]劉永民.焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝凈化技術(shù)與工藝探討[J].河南冶金，2016，24（04）：17-20+29.