焦爐煙道氣脫硫脫硝除塵技術應用

杜小龍， 張玉玉， 馬國強(.山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 04600；

2.山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原 030001)

引 言

煉焦行業中焦爐煤氣燃燒給焦爐加熱時會產生大量的大氣污染物，包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及煙塵等[1]，此類污染物經焦爐煙囪呈有組織高架點源連續性排放至大氣中，對環境造成嚴重污染，尤其是SO2和NOx這兩類有害氣體不僅會形成酸雨，破壞臭氧層，而且還是PM2.5的主要氣態物質，嚴重危害人體健康[2]。鑒于此，國家于2012年6月頒布了《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171—2012)，明確規定了現有焦化企業2015年1月1日后焦爐煙道氣中污染物的排放限值和特別限值，部分地區更是提出了更為嚴格的要求[3]，以臨汾市為例，《臨汾市大氣污染防治2018年行動計劃》里明確要求：焦化行業分步實施大氣污染物特別排放限值改造，2018年10月1日前50%的焦化企業完成大氣污染物特別排放限值改造，2019年10月1日前全市焦化企業全部完成大氣污染物特別排放限值改造。

在此嚴苛的環保形勢下，位于臨汾市洪洞縣的山西焦化股份有限公司新上了脫硫脫硝工藝裝置，山西焦化股份有限公司2#、3#焦爐煙道氣中前期NOx、SO2及顆粒物的排放量分別為1 200 mg/m3、200 mg/m3和30 mg/m3，不能滿足煉焦化學工業污染物排放標準(GB16171-2012)的要求，因此山西焦化股份有限公司于2018年6月建成了焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收工藝裝置，該工藝采用“SCR脫硝+余熱回收+半干法脫硫”的路線，保證了出口NOx、SO2及顆粒物排放量分別低于150、30、15 mg/m3。

1 工藝流程

脫硫脫硝與余熱回收工藝流程示意圖,如圖1所示。焦煙道氣自2#、3#焦爐原有地下煙道分別引出匯合經脫硝預處理后，進入脫硝系統，在脫硝反應器上游設置噴氨格柵，將氨氣送入煙氣中充分混合，混有氨氣的煙氣進入脫硝反應器中，在催化劑作用下進行還原反應生成N2和H2O，經過脫硝后的煙氣繼續進入熱管式余熱鍋爐進行熱量回收，產生的飽和低壓蒸汽輸送到公司熱力管網，冬季供居民采暖使用，降溫后的煙氣則進入脫硫系統，脫硫系統采用半干法脫硫，脫硫后的煙氣經除塵后通過引風機增壓排放至原有煙囪，實現煙氣的達標排放。

圖1 脫硫脫硝與余熱回收工藝流程示意圖

1.1 煙氣脫硝系統

本系統選擇中低溫SCR脫硝技術，還原劑采用NH3。其脫硝的原理是NOx在催化劑作用下，在一定溫度條件(中低溫230 ℃～300 ℃)下被氨氣還原為無害的氮氣和水，不產生二次污染，SCR脫硝的化學反應式見式(1)～式(5)：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

來自液氨站的氨氣與稀釋風機來的空氣在氨/空氣混合器內充分混合后與焦爐煙道氣一起進入SCR脫硝反應器，反應器內混合煙氣豎直向下流動，反應器入口設有氣流均布裝置和整流裝置，確保混合煙氣流場均勻；反應器內裝有專用的中低溫催化劑，催化劑的活性溫度230 ℃～300 ℃，催化劑能夠滿足煙氣最大量時脫硝效率達到87.5%以上的需求，同時SO2/SO3的轉化率控制在1%以內。另外，催化劑采用“2+1”布置方式，具有較高的化學穩定性、熱穩定性和機械穩定性，從而保證了SCR脫硝反應器出口氨逃逸不大于10×10-6。該SCR脫硝反應器適應焦爐50%～100%工況之間任何負荷運行。

1.2 余熱回收系統

余熱鍋爐采用立式布置，自脫硝系統處理后的煙道氣豎直進入鍋爐蒸發器、省煤器后進入后續脫硫系統。來自供氣的除氧水進入省煤器，預熱后送入鍋筒。在鍋筒內部汽水通過上升、回流管路參與蒸發器換熱面的吸熱循環，產生壓力0.8 MPa飽和蒸汽，經氣液分離后輸出，輸出飽和蒸汽外送至蒸汽管網。鍋筒、蒸發器、省煤器設有排污口，可定期清除內部殘留污物及水垢。鍋爐系統中共設置兩個安全閥，在系統超壓0.85 MPa時，安全閥自動依次起跳，泄放壓力，保證鍋爐系統安全，當系統壓力恢復正常時，安全閥回座。

1.3 脫硫除塵系統

煙道氣從底部進入脫硫塔，與再循環灰和添加的碳酸鈉溶液進行反應，反應除去煙道氣中的SO2和其他酸性物質后煙道氣到達脫硫塔頂部，供應的碳酸鈉通過真空上料機送進碳酸鈉粉倉，碳酸鈉粉通過粉倉底部的星型卸料閥送至碳酸鈉溶液箱內，在溶液箱內與水攪拌制成一定濃度的碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液通過多級離心泵打入脫硫反應器，通過調節溶液輸送管道上的調節閥改變進入脫硫塔的碳酸鈉溶液量，以達到最佳的霧化效果。反應后的煙道氣以混合物形式從脫硫塔頂部離開進入布袋除塵器，在布袋除塵器進行氣體和固體進行分離，分離的固體大部分通過螺旋輸送機回到脫硫塔繼續脫硫，少部分通過螺旋輸送機出口的分料閥送至灰倉，灰倉內物料達到一定高度后經散裝機通過運輸車外送。布袋除塵器出口的煙道氣粉塵含量降低到<15 mg/m3，除塵后的煙道氣經過引風機送入原有煙囪。凈化煙道氣的排氣溫度在140 ℃以上，不會在煙囪周圍產生煙囪雨，并可以避免煙氣溫度低于酸露點而引起的煙囪腐蝕。

在脫硫塔內，碳酸鈉漿液與脫硫塔內煙氣接觸迅速完成吸收SO2的反應，在低溫降下具有極高的SO2脫除效率，由于噴入塔內的碳酸鈉漿液是小霧滴，因此完成脫硫反應后的脫硫產物也為極細的顆粒，并且完成反應的同時也即迅速干燥。碳酸鈉轉化成亞硫酸鈉和硫酸鈉的反應方程式,見式(6)～式(7)：

(6)

(7)

2 技術特點

(1) 直接利用焦爐煙道氣原有溫度進行脫硝，最大程度的保證了脫硝溫度在較高的溫度范圍內，同時免去了對煙氣進行加熱產生的能源消耗，且煙氣經過SCR反應器后，溫度損失5 ℃～10 ℃，不影響后序余熱回收系統運轉，符合熱能回收利用的要求；(2) 余熱回收系統可以對焦爐尾氣顯熱高效回收利用，實現了按溫度梯度進行熱量梯級利用，符合國家對企業環保節能的要求；(3) 脫硫系統脫硫效率高。

3 工藝運行指標

截止到2019年2月，裝置已運行半年多，取得了良好的效果，焦爐煙氣各項污染物如NOx、SO2和粉塵質量濃度均符合《煉焦化學工業污染物排放標準》排放限值規定，脫硫脫硝除塵工藝性能參數，如第141頁表1所示。

表1 脫硫脫硝除塵工藝性能參數

4 結語

山西焦化股份有限公司焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收技術工藝流程設計簡單，布置合理，占地面積小，能耗低，熱能回收充分，運行成本低，煙道氣治理效果好，可有效提升企業環保管理水平和治理能力，該套技術的成功投用，為焦化行業相關企業焦爐煙道氣脫硫脫硝提供了經工業驗證的技術選擇。