焦爐煙道廢氣煙氣治理的技術途徑

肖英 首鋼水鋼鐵焦事業部

一、治理焦爐內煙道的廢氣和煙氣的技術難度

（一）焦爐煙氣溫度低

焦爐煙道廢氣煙氣治理在實際應用中存在很多的技術難度，對脫硫脫硝效率和氮氧化物的去除都有較大的影響，而其中對治理技術產生較大難度的即是焦爐煙氣溫度低的問題。很多焦化企業在生產過程中，焦爐煙道廢氣的穩定相對較低，一般在200-250℃之間，也存在個別企業的焦爐煙氣溫度在180-280℃。而熱電廠煙氣的溫度在300-400℃的范圍內，運用熱電廠煙氣治理技術，則在焦爐煙氣溫度較低的情況下，就會無法保障脫硝工藝催化劑具有較高的活性，脫硝效率難以提高。同時焦爐煙氣脫硫脫硝后期溫度不能夠低于煙氣的露點溫度即130℃，一旦煙氣溫度低于露點溫度就會嚴重的影響焦爐的正常生產過程和產品[1]。

（二）焦爐煙氣成分復雜

由于焦爐煙道廢氣煙氣的產生較為復雜，所以焦爐煙氣中的成分也相對十分復雜，其中包含約70%～80%的氮氣、10%～20%的水以及5%～10%的氧氣、5%左右的二氧化碳等。所以焦化企業在焦爐煙道廢氣煙氣治理的過程中要充分考慮各項成分的反應生成和產物，避免形成有毒、易爆性氣體，不但不會起到良好的治理效果，反而會造成一定的安全隱患。而同時也正是由于焦爐煙氣成分較為復雜，氮氧化物的含量差別較大，對焦爐煙道廢氣煙氣治理的技術難度也相對較大。

（三）焦爐煙氣二氧化硫副作用

通常情況下獨立的焦化企業的焦爐煙道煙氣中的二氧化硫值普遍偏高，在180℃-230℃的溫度范圍內，二氧化硫極易發生反應而轉化為硫酸銨，在很大程度上會造成管道堵塞以及設備腐蝕等現象，從而就會使脫硫脫硝的效率有所下降。這種狀況即是焦爐煙氣二氧化硫的副作用，在一定程度上增加了焦化企業焦爐煙道廢氣煙氣治理的技術難度。

二、焦爐煙道廢氣煙氣治理的技術途徑

（一）焦爐煙氣的脫硝方法

煙氣脫硝的方法有很多種，用于焦爐的煙氣脫硝的主要方法是選擇性氨法催化還原法（NH3-SCR）法、選擇性氨法非還原脫硝法（NH3-SCR）法、再燃煤氣法。NH3-SCR法煙氣脫硝的反應原理是：在催化劑的作用下，向溫度在280℃-420℃的煙氣中噴入氨氣，將氮氧化物還原成氮氣和水。主要反應如下：

（1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

（2）6NO+4NH3→5N2+6H2O

（3）6NO2+8NH3→7NO2+12H2O

（4）2NO2+4NH3→3N2+6H2O

NH3-SCR 法煙氣脫硝的核心作用是脫硝催化劑，這一部分占總投資成本的30%～50%。催化劑的反應性能的指標包括：選擇性、穩定性、活性；穩定性包括；化學穩定性、耐熱穩定性、抗毒穩定性、機械穩定性。當前，NH3-SCR 催化劑的主要成分是銳鈦型二氧化鈦（TiO2），活性成分主要為V2O5，同時負載了WO3和MoO3作為活性助劑，等金屬氧化物并且根據煙氣的條件配套微量組分。這種方法的缺點是 催化劑的使用壽命較短，工藝比較復雜[2]。

NH3-SNCE 法則是在沒有催化劑的條件下，用還原劑把煙氣中的氮氧化物還原成無害的氮氣（N2）和水（H2O）的一種脫硝方，這種方法的缺點是反應溫度比較狹窄、反應效率比較低、氨氣消耗量較高、設備比較復雜。

再燃煤氣法（爐內還原法）的反應原理是：2NO+2CO →N2+2CO2，或者利用這種方法還原其他氣體，同時進行氮氧化物的還原。煤氣再燃法的缺點是氮氧化物脫硝率比較低，只有60%左右。2015 年，某大學單位研究發明了“焦爐煤氣焚燒尾氣的中低溫SCR 脫硝技術”通過了專家的鑒定，這種方法所使用的催化劑是由黏土和礦物、二氧化錳的活性組分的載體，明顯降低了投資成本和使用成本[3]。

（二）焦爐煙氣治理脫硝技術

對焦化企業的焦爐煙氣脫硝主要有三種技術工藝，首先是選擇不催化還原的脫硝技術（SNCR），將脫硝劑加水稀釋以后噴入到焦爐煙道內，其反應的溫度范圍在850-1100℃之間，能夠有效的將氮氧化物還原為無毒無害的氮氣（N2）和水（H2O），可以實現20%-60%的脫硝效率，并且可以使用工業尿素或者氨水作為還原劑，化學反應式為CO（HN2）2+NOX+O2→N2+CO2+H2O。另外，這種工藝的實際脫硝效率與反應的溫度具有較大的關系，而最佳反應溫度與焦爐煙氣中的組分有較大的聯系。因此噴射系統必須能夠保障在適宜的溫度區間內發生反應，其后為發生反應的還原劑會導致氨泄漏，經過下游的工藝進入到脫硫渣，剩余部分氨泄漏則能夠通過煙氣排放出去。

其次是中溫選擇性的催化還原技術（SCR），該技術在320-420℃的環境中利用催化劑使焦爐煙氣中含有的氮氧化物與氨氣供應系統中所注入的氨氣進行混合，產生還原反應，能夠生成水（H2O）和氫氣（H2），從而降低了氮氧化物的排放量，能夠有效的減少焦爐煙氣對環境的污染程度。最后是中低溫SCR 脫硝技術，這種技術最核心的內容是對研制中低溫催化劑系統的結構，在焦化企業中要適應SCR 尾部布置和其他低溫作用的需求，從而實現對焦爐煙氣中的氮氧化物進行脫除。

三、結語

綜上所述，改善傳統的煙氣治理技術是十分必要的，在社會經濟的推動下，焦化企業數量將會越來越多，產生的煙道廢氣也會逐漸增多，為了貫徹環保發展理念，必須要研發和應用科學先進的煙氣治理技術，促進焦化企業可持續發展。