焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝凈化技術(shù)與工藝探討

傅雪濤

摘要：近年來，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越受到許多研究學(xué)者和環(huán)保部門的關(guān)注。本文針對焦化廠煉焦的整個(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)保理念對干法脫硫工藝和濕法脫硫工藝進(jìn)行分析，并且研究優(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，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

由備煤車間運(yùn)來的洗精煤，由運(yùn)煤通廊運(yùn)進(jìn)煤塔，由煤塔漏嘴經(jīng)過裝煤車按照規(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)過斜道、立火道以及越孔，在格子磚與蓄熱室換熱后經(jīng)過總煙道、分煙道，最后直接從煙囪全部排出來。[1]由于焦?fàn)t的生產(chǎn)工藝具有一定的特殊性，煙囪排放的嵫唐中富含粉塵、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。

整體來說，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，煙氣經(jīng)過脫硫脫硝后，其排放溫度需要確保在130攝氏度左右。

二、常見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，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題。

（二）濕法脫硫工藝特征

不同國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。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買，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+1/2O2+H2O=（NH4）2SO4。

三、常見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)沒有副產(chǎn)品。通過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。一般來說，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，都沒有經(jīng)過工業(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)，對催化劑的性能產(chǎn)生影響，低溫脫硝催化劑購買渠道具有較強(qiáng)的壟斷性，費(fèi)用高。

結(jié)語：

結(jié)合焦?fàn)t煙氣所具備的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來分析，根據(jù)每種標(biāo)準(zhǔn)來分析，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程，有關(guān)問題，進(jìn)而為將來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。

參考文獻(xiàn)：

[1]張艾紅，王偉男.柳鋼焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用探討[J].柳鋼科技，2018（03）：40-46.

[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.