焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝研究

王曉東

（上海克硫環(huán)保科技股份有限公司，上海 200000）

1 焦?fàn)t煙氣的特點(diǎn)

通常焦?fàn)t煙氣的溫度并不高，平均溫度為220～270℃，可以應(yīng)用選擇性催化還原技術(shù)，即SCR技術(shù)進(jìn)行脫硝，然而該技術(shù)的脫除效率并不高，還會(huì)浪費(fèi)許多成本費(fèi)用，經(jīng)過處理的煙氣也難以達(dá)到排放效果。不僅如此，焦?fàn)t煙氣組成的波動(dòng)較大，工藝技術(shù)、操作方式、原材料、串漏等都會(huì)對(duì)煙氣的組成造成影響。通常，煙氣中會(huì)含有大量的二氧化硫和氮氧化物，前者含量為20～800mg/m3；后者的含量為500～1 200mg/m3。在對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理的過程中，需要根據(jù)焦?fàn)t煙氣的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的工藝參數(shù)和方案，既要考慮脫除效率，還要考慮運(yùn)行成本，保障處理工藝符合環(huán)保、節(jié)能等要求。

2 焦化行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用

2.1 方案一

可以在原有的SCR工藝技術(shù)上進(jìn)行完善和改進(jìn)，配合加熱、余熱鍋爐和氨法脫硫的方式，將焦?fàn)t中的煙氣進(jìn)行加熱，然后采用SCR工藝技術(shù)處理，在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)之后（化學(xué)反應(yīng)公式為：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O），將脫硝還原劑加入其中，隨之會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，最后將氮氧化物脫除。經(jīng)過一系列處理之后，余熱鍋爐會(huì)對(duì)熱量進(jìn)行回收，然后利用氨法脫硫的方式將煙氣中殘留的二氧化硫脫除，注入氧氣，使亞硫酸銨發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徜@。經(jīng)過這些處理之后，利用濕式電除塵器將煙氣中的顆粒物脫除，處理完成后通過煙囪排放。該工藝技術(shù)相對(duì)成熟，因?yàn)镾CR脫硝技術(shù)已經(jīng)有了一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，脫硝性能比較穩(wěn)定，即使運(yùn)行條件不利，也能取得一定的脫硝效果。焦化廠往往會(huì)自產(chǎn)稀氨水，應(yīng)用氨法脫硫的方式能夠充分利用焦化廠的稀氨水，不僅解決了原材料的問題，還提升了資源利用效率。脫硫后會(huì)產(chǎn)出副產(chǎn)品硫酸銨，其可以進(jìn)行專業(yè)的化學(xué)處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榈屎蟪鍪郏瓤梢蕴嵘Y源利用率，還能增加收入。然而，熱焦?fàn)t煙氣會(huì)使運(yùn)行成本增多，且氨法脫硫會(huì)腐蝕設(shè)備，進(jìn)而縮短設(shè)備的使用壽命。氨氣逃逸、氣溶膠等都是比較常見的應(yīng)用問題，這些問題影響了氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

2.2 方案二

可以應(yīng)用SDA半干法脫硫和除塵、SCR脫硝技術(shù)相結(jié)合的脫硫脫硝技術(shù)，先將煙氣引入到旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫塔之中，煙氣和霧化處理后的氫氧化鈣霧滴進(jìn)行接觸并發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，隨后進(jìn)入除塵器，將沒有發(fā)生反應(yīng)的脫硫劑反復(fù)應(yīng)用，最后采用低溫SCR脫硫的技術(shù)進(jìn)行處理，在該環(huán)節(jié)加入脫硝還原劑，經(jīng)過還原反應(yīng)的處理后，具有一定的脫硫脫硝效果，然后再排放煙氣。該工藝技術(shù)有利于脫硝反應(yīng)環(huán)境的改善，磨損的催化劑相對(duì)較少，可以讓催化劑有更長的使用壽命，同時(shí)也能簡化系統(tǒng)，去除清灰系統(tǒng)。SDA脫硫技術(shù)可以將煙氣中的焦油、有機(jī)硫等污染物吸收，脫除效果得到明顯提升，且具有一定的穩(wěn)定性。經(jīng)過處理后，會(huì)生成固體亞硫酸鈉，處理起來比較簡單，且該工藝對(duì)設(shè)備的腐蝕性較低。SDA技術(shù)以旋轉(zhuǎn)噴霧器為核心設(shè)備，國內(nèi)對(duì)該設(shè)備的研究相對(duì)落后，需要引進(jìn)國外的設(shè)備，進(jìn)而導(dǎo)致成本增加。脫硝反應(yīng)器中的煙氣溫度不高，所以需要應(yīng)用更高性能的脫硝催化劑。

2.3 方案三

可以采用活性炭脫硫脫硝技術(shù)，近幾年來，該技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛。活性炭技術(shù)主要對(duì)活性炭的吸附和催化特性加以利用。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，煙氣會(huì)先進(jìn)入到余熱鍋爐之中，對(duì)熱量進(jìn)行回收，冷卻降溫之后送入到吸附裝置中。吸附塔可以分為兩段，一段用于脫硫，二氧化硫會(huì)在活性炭的表面吸附，在氧氣、水蒸氣的作用下發(fā)生催化氧化反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。第二段用于脫硝，通過噴氨的方式進(jìn)行處理，活性炭表面還會(huì)吸附氮氧化物，噴氨后氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退偕幕钚蕴恳部梢苑磸?fù)利用，具有良好的處理效果，且成本相對(duì)較低。具體的化學(xué)反應(yīng)式為：2SO2+O2+2H2O →2H2SO4；4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。該工藝技術(shù)不僅可以脫硫脫硝，還能夠脫除其他污染物，包括二噁英、重金屬等。該工藝過程不會(huì)產(chǎn)生廢水和廢渣，比較環(huán)保。但成本相對(duì)較高，需要通過自主研發(fā)技術(shù)和設(shè)備來降低成本。如果煙氣中含有大量的顆粒物，則會(huì)影響活性炭的吸附性能，需要對(duì)此多加注意。

3 脫硫脫硝新工藝技術(shù)的研究應(yīng)用

3.1 工藝流程

通過對(duì)各項(xiàng)脫硫脫硝技術(shù)的研究，可以開發(fā)一種新的脫硫脫硝工藝，即將半干法脫硫和除塵、活性炭纖維脫硝工藝技術(shù)結(jié)合在一起。煙氣首先進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔之中，然后加入脫硫劑，可以選用消石灰，其與水混合成石灰漿液，使用漿液泵將石灰漿液抽取到吸收塔中，旋轉(zhuǎn)噴霧霧化器會(huì)將其轉(zhuǎn)變?yōu)殪F滴，并與煙氣混合在一起，經(jīng)過反應(yīng)后會(huì)生成亞硫酸鈣。由于煙氣的溫度較高，液滴會(huì)被烘干，煙氣溫度隨之下降，反應(yīng)物會(huì)變?yōu)楣腆w，最后排出并與煙氣一起進(jìn)入除塵器。產(chǎn)物和未發(fā)生反應(yīng)的消石灰可以進(jìn)行統(tǒng)一收集，前者經(jīng)過專業(yè)的化工處理可以有效利用，后者則可以在脫硫脫硝系統(tǒng)中循環(huán)使用。進(jìn)過除塵處理之后，煙氣會(huì)進(jìn)入到吸附罐中，利用活性炭的吸附性能對(duì)氮氧化物進(jìn)行吸附，進(jìn)而生成二氧化氮，在水蒸氣的作用下會(huì)進(jìn)一步生成硝酸。與此同時(shí)，該工藝技術(shù)可以凈化二噁英、重金屬等污染物，確保煙氣的清潔性，然后再排放到空氣中。如果活性炭的吸附能力已經(jīng)飽和，則可以將煙氣導(dǎo)入到再生罐中，通過蒸汽再生的方式進(jìn)行交替處理。再生后的氣液混合物要引入到分離器中，將氣體和液體分離開，通過催化作用使氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進(jìn)而生成二氧化氮，然后將其引入二級(jí)吸附罐，經(jīng)過吸附處理生成二氧化氮，徹底凈化后可以從煙囪排出。

3.2 工藝原理

該工藝主要利用氫氧化鈣混合工藝水的方式制作氫氧化鈣漿液，然后利用霧化處理的方式生成霧滴，使煙氣和脫硫劑可以更全面的接觸，從而提升反應(yīng)速率，改善脫除效果。具體的化學(xué)反應(yīng)式為：Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O；CaSO3+1/2O2→CaSO4。活性炭的微孔結(jié)構(gòu)比較發(fā)達(dá)，具有良好的吸附性能，且表面的有機(jī)官能團(tuán)比較豐富，可以促進(jìn)吸附氧化反應(yīng)的發(fā)生。煙氣中的氧氣可以在活性炭纖維表面吸附，與氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化氮，再與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成硝酸，具體的化學(xué)反應(yīng)公式為：NO+1/2O2→NO2；3NO2+H2O→2HNO3+NO。活性炭纖維會(huì)在纖維絲表面開口，排列比較規(guī)整，微孔的孔道并不長，不會(huì)出現(xiàn)較大的擴(kuò)散阻力，可以更好地脫附吸附質(zhì)，從而使脫附效率得到有效提升。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)采用多種工藝結(jié)合的方式，可以充分發(fā)揮不同工藝技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，包括流程簡單、反應(yīng)快、效率高等。利用旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫不僅可以滿足脫硫脫硝的目的，還能脫除其他污染物，進(jìn)而使焦?fàn)t煙氣的組成更加簡單。堅(jiān)持先脫硫處理，然后再進(jìn)行脫硝處理的工藝處理原則，可以改善脫硝環(huán)境，使其在低硫環(huán)境中展開，進(jìn)而改善脫硫反應(yīng)的效率。不僅如此，因?yàn)榛咎幱诟蓻r運(yùn)行的狀態(tài)，所以不會(huì)腐蝕設(shè)備。若想進(jìn)一步提升活性炭的吸附能力，可將活性炭與臭氧氧化脫硝技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而提升氮氧化物的脫除率，使煙氣中的氮氧化物全面降低，同時(shí)也能降低運(yùn)行成本。

4 結(jié)語

綜上所述，在對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理的過程中，應(yīng)該從多個(gè)方面著手考慮，不僅要考慮脫除技術(shù)的合理性、有效性，還要考慮資源的利用率、反應(yīng)速率、成本費(fèi)用等問題，既要提升脫硫脫硝的質(zhì)量和效率，還要降低運(yùn)行成本。為此，要加強(qiáng)對(duì)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理技術(shù)的研究，可以采用多種技術(shù)融合的方式，將每種工藝技術(shù)的效用都發(fā)揮出來，進(jìn)而滿足我國環(huán)保要求。