焦化企業焦爐煙氣超低排放工藝方案

趙朋飛

(上海電氣集團國控環球工程有限公司，山西 太原 030000)

焦化企業的主要生產設施為焦爐，焦爐燃料一般采用焦爐煤氣、高爐煤氣等，因此焦爐在生產過程中會產生含粉塵、SO2及NOx等污染物的廢氣，實現焦爐煙氣的治理及達標排放是焦化企業環保管理中最重要的部分。如何對焦爐廢氣進行脫硫脫硝處理已經成為中國環保領域以及世界能源領域需要解決的主要問題[1]。目前焦爐煙氣采用的脫硫方法主要包括三大類，分別為濕法、半干法、干法等[2]。脫硝方法主要包括兩大類，分別為干法和濕法；干法主要為SCR選擇性催化還原法、SNCR選擇性非催化還原法等；濕法主要包括堿液、氧化及還原吸收法等[3]。

根據環大氣[2019]35號文“關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見”，全國重點區域范圍內的焦化企業要求執行該文件附件2鋼鐵企業超低排放指標限值“在8%基準氧含量條件下，ρ(顆粒物)≤10 mg/m3、ρ(二氧化硫)≤30 mg/m3、ρ(氮氧化物)≤150 mg/m3”。因此，為減少焦爐煙氣污染物的排放，實現超低達標排放，滿足國家提出的新標準要求，本文提出了“碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝”工藝方案供行業參考。

1 工藝流程

焦爐一般情況下以焦爐煤氣作燃料，通過采用爐溫自動控制、廢氣再循環以及多段加熱等組合技術，可以使得高向溫差減小、火道平均溫度降低，通過加大廢氣循環量、煙道廢氣回配、空氣分段供給等措施可以控制煙氣中NOx的質量濃度≤500 mg/m3[4]。本文提出“碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝”的焦爐煙氣處理方案，即,先對廢氣中的SO2脫除，然后對顆粒物進行過濾脫除，最后采用NH3為還原劑對NOx脫除，實現達標排放。

本文提出的煙氣超低達標排放處理工藝流程見圖1[5]。

圖1 煙氣處理工藝流程圖

2 工藝方案概述

焦爐煙氣超低排放處理系統主要由脫硫單元、除塵裝置、低溫SCR脫硝裝置、氨氣供給系統、脫硫劑研磨輸送系統、風機、煙囪等組成。

2.1 脫硫單元

脫硫單元主要包括脫硫劑碳酸氫鈉制備系統及二氧化硫脫硫反應系統。

1) 脫硫劑制備系統

碳酸氫鈉干法脫硫系統(簡稱SDS)主要設備的選型及參數會直接影響到脫硫效率的高低。因此，建議選用國外進口的高質量脫硫劑碳酸氫鈉及磨粉機。磨粉機對脫硫劑進行研磨時，要控制磨粉溫度不得超過60 ℃，否則會導致NaHCO3出現分解，從而導致脫硫劑粘結。采用進口磨機，可以控制磨粉系統出口碳酸氫鈉的粒徑在600目(25 μm)以下，經過磨粉機處理后合格粒徑的碳酸氫鈉粉通過配套的噴射系統將其噴入煙道中與煙氣進行化學反應脫硫。

2) 脫硫反應系統

通過碳酸氫鈉制備系統將脫硫劑噴入焦爐煙氣的輸送管道中和焦爐煙氣直接接觸反應，受到高溫煙氣的作用鈉基粉體被激活熱分解為碳酸鈉，煙氣中的二氧化硫與碳酸鈉充分接觸發生脫硫化學反應，實現二氧化硫等酸性物質的吸收凈化，脫硫后的粉狀顆粒物隨煙氣附著在袋式除塵器上，可以繼續進行脫硫反應，使得脫硫效率提高，采用該脫硫方案可保證脫硫后煙氣中二氧化硫質量濃度≤30 mg/m3。

由于碳酸氫鈉干法脫硫位于煙氣處理過程的前端，通過干法脫硫后可將煙氣中的SO2降低至30 mg/m3以下。煙氣脫硝溫度位于180 ℃～210 ℃區間，在此溫度區間二氧化硫容易被脫硝SCR催化劑催化氧化為SO3，從而與還原劑氨發生化學反應生成硫酸氫銨、硫酸銨等，生成的副反應物容易使得催化劑堵塞，間接導致催化劑中毒，因此，將脫硫裝置設置于脫硝的前端，可以對脫硝催化劑起到一定的保護作用，從而為實現SCR脫硝裝置的穩定運行創造一定的有利條件。

脫硫化學反應見式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

2.2 除塵單元

考慮到滿足國家新標準規定的超低排放指標限值，除塵段建議采用耐高溫覆膜式布袋除塵器。該除塵器布袋具有耐高溫性(250 ℃)，濾袋材質采用PTFE覆膜玻纖復合針刺氈布袋，根據相關設計規范，在控制過濾風速≤0.8 m/min的條件下，除塵器出口的顆粒物排放質量濃度可實現≤10 mg/m3。

2.3 脫硝單元

1) 脫硝原理

煙氣脫硝裝置一般以氨或氨水作為還原劑，在SCR脫硝催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物進行脫硝化學反應，生成N2和H2O，實現NOx脫除。建議采用目前國內先進的中低溫SCR催化劑，可以實現焦爐煙氣溫度≥180 ℃時的脫硝效率90%以上。

脫硝化學反應式見式(4)、式(5)。

(4)

(5)

2) 脫硝方案

經過脫硫單元、袋式除塵單元凈化后的焦爐煙氣，與還原劑氨在管道內進行充分混合，然后進入低溫SCR脫硝催化劑裝置進行脫硝反應，脫除煙氣中的氮氧化物。在脫硝系統配套設置氨分配裝置。氨汽化單元送來的汽化氨氣送至脫硝裝置，配套的氨氣分配器可以使得氨氣與焦爐煙氣進行充分混合均勻，保證氣流分布均勻穩定，然后在中低溫SCR脫硝催化劑的作用下發生脫硝還原反應。

氨氣分配裝置主要由兩部分組成，包括稀釋風機、氨氣和煙氣混合器。在采用氨氣作為還原劑時，稀釋風機的作用為稀釋減少噴入的氨氣濃度，以保證脫硝系統的安全和分布均勻。由于氨的爆炸極限為15.7%～27.4%(空氣中體積分數)，為確保安全，采用稀釋風機對噴入的氨氣進行稀釋，稀釋后的氨體積分數按≤1.5%進行設計。稀釋風機的氣體采用凈化處理后的焦爐煙氣，由于這部分煙氣溫度較高，可以對后續的脫硝反應起到有利作用。稀釋后的氨氣送入氨氣分配器，用以脫硝。氨氣和煙氣混合器的主要作用是實現噴入的還原劑氨和焦爐煙氣的充分混合均勻。氨氣和來自稀釋風機的凈化煙氣充分混合均勻后，送入中低溫SCR脫硝反應器進行催化還原反應。

采用該脫硝方案，可確保煙氣中氮氧化物質量濃度≤150 mg/m3。

3 結語

環大氣[2019]35號文對焦爐煙氣提出更為嚴格的排放限值，本文提出的“碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝”工藝方案，借鑒了國內焦化行業當前的先進技術工藝，可以實現焦爐煙氣的超低達標排放，滿足新的環保管理要求。