焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術

胡景麗

（航天環(huán)境工程有限公司，天津 300301）

1 焦化廠焦爐煙氣處理難點

1.1 煙氣溫度高

在焦化廠運行過程中，焦爐煙氣的主要產(chǎn)生流程是將所配置洗精煤運入煤塔中，再運入炭化室區(qū)域中，于高溫環(huán)境下進行高溫干餾處理而生成焦炭。所生成的焦炭由焦爐加熱處理，即將回爐煤氣經(jīng)由彎管運輸至制定燃燒室內(nèi)，與熱處理后的空氣混合燃燒，隨后將燃燒后所生成廢氣經(jīng)由立火道、蓄熱室等區(qū)域進行換熱處理，再經(jīng)由總煙道及煙囪加以排出。從這一工序流程足以看出，所產(chǎn)生、排放焦爐煙氣的初始溫度較高，雖然經(jīng)由各類裝置處理時會持續(xù)降溫，但在經(jīng)由煙囪排出后，多數(shù)焦爐煙氣仍保持較高溫度，且煙氣溫度波動系數(shù)相對較大，受外界環(huán)境的強烈影響。此外，在焦化廠生產(chǎn)過程中，需要焦爐煙囪長時間保持在熱備工作狀態(tài)中。這一問題的存在，也將導致所排放、處理焦爐煙氣的實際排放溫度大于等于一定的溫度數(shù)值。

1.2 煙氣成分復雜，設備運行不穩(wěn)

在焦爐煙氣產(chǎn)生、排出過程中，煙氣中含有多種粉塵氣體及混合物質，如氮氧化物（如二氧化氮）、二氧化硫等，成分較為復雜。此外，煙氣中所分布二氧化硫在與氨接觸過程中還將發(fā)生化學反應，生成具有較強腐蝕系數(shù)的硫銨酸。過于復雜的煙氣成分加大了焦爐煙氣脫硫脫硝處理工作的難度系數(shù)，相關設備設施在與含硫氨酸的焦爐煙氣長時間接觸過程中，將出現(xiàn)程度不一的設備腐蝕問題，焦化廠很難采取單一的處理工藝全面凈化焦爐煙氣中所分布的各類污染物質。

2 焦化廠主要焦爐煙氣脫硫工藝技術

煙氣中的二氧化硫是弱酸性物質，與適當?shù)膲A性物質反應可脫除煙氣中二氧化硫。按照吸收劑的形態(tài)，脫硫工藝一般可分為干法（半干法）和濕法。

2.1 干法脫硫工藝技術

（1）干法脫硫工藝技術原理。將碳酸鈣噴入爐膛內(nèi)高溫煅燒，隨后將其分解為氧化鈣，氧化鈣再與所處理焦爐煙氣中所分布的二氧化硫發(fā)生化學反應，持續(xù)生成硫酸鈣；或是結合實際情況采用活性炭吸附抑或電子束照射等方法，將煙氣中所分布二氧化硫轉化為硫酸或是硫酸氨，這一處理工藝也被稱作干法脫硫工藝技術。

（2）干法脫硫工藝主要特點。可將這一工藝細分為半干法及干法煙氣脫硫工藝。不論采用哪項工藝，所處理焦爐煙氣在與固體堿性吸收劑接觸過程中，煙氣所含有二氧化硫都將會與固體堿性吸收劑產(chǎn)生物質反應，進而持續(xù)轉化生成硫酸鹽。為有效保障煙氣脫硫效果，要提前對所添加固體堿性吸收劑進行碎化處理；在采用半干法脫硫工藝時，所加入堿性物質表層結構將形成液膜，且煙氣中所分布二氧化硫將與所生成液膜融合，進而加快煙氣脫硫效率；在應用干法脫硫工藝時，需要營造一個相對較為干燥的煙氣處理環(huán)境。

（3）干法脫硫工藝優(yōu)劣勢。與其他焦爐煙氣脫硫工藝相比，干法脫硫工藝具有傳熱傳質交換性強、脫硫系統(tǒng)實際運行成本較低（煙氣無明顯降溫，可同步提升鍋爐效率）、煙囪通風性強等諸多應用優(yōu)勢。但與此同時，這項工藝技術也存在系統(tǒng)占地面積大（需要配置多種大型設備、設施）、脫硫劑實際利用率較低、處理效率慢、所處理煙氣含塵量高等應用劣勢。

2.2 濕法脫硫工藝技術

目前，在多數(shù)焦化廠運行、生產(chǎn)過程中，采用的濕法煙氣脫硫工藝技術可分為石膏法、拋棄法以及氨法脫硫。這三項具體煙氣脫硫工藝技術的應用原理、工藝特點及應用優(yōu)劣勢如下。

（1）石膏法。向吸收塔設施內(nèi)鼓入空氣，采取強制手段將硫酸鈣進行氧化反應而轉化為石膏，所鼓入空氣將會使得漿液更為均勻，且會小幅度提高煙氣的脫硫率。目前，石膏法是多數(shù)焦化廠在煙氣脫硫領域中應用最為常見的濕法煙氣脫硫工藝，且石灰石是主要脫硫劑。石膏法具有煙氣處理范圍廣、實際脫硫效率高、設備運轉率高、煙氣脫硫穩(wěn)定、吸收劑轉率高等諸多應用優(yōu)勢。同時，石膏法也存在煙氣脫硫經(jīng)濟成本高、設備運行穩(wěn)定性不足（時常出現(xiàn)設備過度腐蝕問題）、所轉化石膏處理途徑單一等應用劣勢。

（2）拋棄法。將石灰石漿液作為煙氣脫硫劑，使用石灰石漿液在吸收塔設施內(nèi)對二氧化硫煙氣進行洗滌處理，從而將煙氣中所分布二氧化硫持續(xù)轉換為亞硫酸鈣及硫酸鈣，最終實現(xiàn)對煙氣中所含二氧化硫物質的有效去除。拋棄法雖然具有吸收劑利用率高、煙氣處理條件適用性強、脫硫率高等諸多應用優(yōu)勢，但在工藝實際應用過程中時常會出現(xiàn)設備結垢及堵塞問題，所析出、沉淀的各類結晶在吸收洗滌塔內(nèi)不斷積聚，煙氣脫硫可靠性較差。目前，拋棄法逐漸被其他煙氣脫硫工藝所取代。

（3）氨法脫硫。將氨水作為脫硫劑，采用液體吸收劑對所處理焦爐煙氣進行洗滌，從而去除煙氣中含有的二氧化硫。與其他工藝技術相比而言，氨法脫硫工藝具有焦爐煙氣再生利用價值高（可將所生成硫酸銨等物質加以再生利用）、蒸氨系統(tǒng)運行負荷小、工序流程簡便、脫硫效率高等諸多應用優(yōu)勢。但是氨法煙氣脫硫工藝并非一體化煙氣處理技術，無法與其他焦爐煙氣脫硝工藝技術同步使用，需要焦化廠額外構建煙氣脫硝處理系統(tǒng)。此外，這一工藝也存在副產(chǎn)品純度波動幅度大、煙氣處理溫度低、設備運行不穩(wěn)（時常出現(xiàn)設備腐蝕受損問題）等應用劣勢。

3 常見的焦爐煙氣脫硝工藝

3.1 SCR煙氣脫硝工藝原理

目前，SCR煙氣脫硝工藝是最為常見的焦爐煙氣脫硝工藝技術，這項工藝的技術體系最為成熟，其煙氣脫硝工藝原理是通過營造適當溫度的焦爐煙氣脫硝環(huán)境，同時對催化反應溫度進行控制，使用適當種類的催化劑及還原劑，從而選擇性地將所處理焦爐煙氣中所含有的氮氧化物持續(xù)還原為水與氮氣。

3.2 工藝應用優(yōu)劣勢

SCR煙氣脫硝工藝煙氣脫硝效率高，實際脫硝效率穩(wěn)定保持在80%以上，且適用范圍廣、煙氣脫硝技術體系成熟。但是該工藝也存在工藝流程煩瑣，處理經(jīng)濟成本高昂的問題，并需要額外構建焦爐煙氣加熱系統(tǒng)，無附加經(jīng)濟效益等應用劣勢。此外，在當前我國部分焦化廠運行過程中，普遍選擇改良SCR煙氣脫硝工藝中所配置、使用的催化劑，從而實現(xiàn)對煙氣反應溫度的有效降低。但從目前來看，這一項衍生煙氣脫硝工藝的技術體系尚不成熟，不但有較高可能出現(xiàn)催化劑性能波動、催化劑中毒等技術問題，且所需大量使用的低溫脫硝催化劑市場采購價格較為高昂。

4 焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝工藝的改進措施

4.1 先脫硫后脫硝

（1）具體工藝流程（見圖1）。焦爐煙氣先脫硫后脫硝工藝的具體流程是先將待處理焦爐煙氣引入干法脫硫系統(tǒng)中（將煙氣所含有二氧化硫去除），然后將經(jīng)過脫硫處理的焦爐煙氣引入SCR脫硝系統(tǒng)中進行脫硝處理（持續(xù)加熱煙氣），再將焦爐煙氣引入余熱鍋爐中（持續(xù)加熱煙氣），最后將經(jīng)過脫硫脫硝處理的焦爐煙氣由煙囪向大氣環(huán)境中排放。

圖1 煙氣先脫硫后脫硝工藝圖

（2）工藝特點。這一煙氣脫硫脫硝工藝不但實現(xiàn)了對焦爐煙氣中二氧化硫濃度的大幅降低，同時也降低了煙氣在處理過程中所生成硫酸銨等雜質的產(chǎn)生總量，進而延長所使用脫硝催化劑實際使用壽命。但在這一工藝中，出于經(jīng)濟成本因素考慮，無法使用濕法煙氣脫硫工藝，且需要額外構建煙氣加熱系統(tǒng)，在焦爐煙氣脫硝反應與煙氣引入余熱鍋爐環(huán)節(jié)中加熱煙氣。

4.2 先脫硝后脫硫

（1）工藝流程（見圖2）。將焦爐煙氣引入SCR脫硫系統(tǒng)中，同時結合實際情況選擇是否加熱煙氣，然后將煙氣引入余熱鍋爐，采取氨法脫硫對煙氣進行脫硫處理，最后將經(jīng)過脫氨脫硫處理的焦爐煙氣經(jīng)由煙囪進行排放（在余熱鍋爐與煙氣經(jīng)由煙囪過程中，加熱煙氣）。

圖2 煙氣先脫硝后脫硫工藝圖

（2）工藝短板。在先脫硝后脫硫工藝實際應用過程中，普遍面臨催化劑中毒概率高、煙氣反應溫度過低兩項問題。因此，需要結合問題成因，針對性采取有效問題解決措施。催化劑中毒概率過高主要是由于所處理焦爐煙氣中普遍含有高濃度的二氧化硫，而二氧化硫在特定溫度區(qū)間范圍內(nèi)時，極易與氨產(chǎn)生反應，進而生成具有一定毒性的硫酸氫銨等物質，導致催化劑出現(xiàn)中毒失活問題，并引發(fā)管道堵塞等衍生問題的出現(xiàn)。對此，需要選擇在煙氣脫硝系統(tǒng)前端加設過濾網(wǎng)及洗滌系統(tǒng)，定期對催化劑表面所附著各類雜質進行過濾、洗滌。而當所處理焦爐煙氣的反應溫度過低時，將有可能引發(fā)酸霧、煙囪腐蝕等問題的出現(xiàn)。因此，需要注重對所處理焦爐煙氣進行加熱處理，確保煙氣溫度保持在合理區(qū)間范圍，同時需要使煙囪長時間穩(wěn)定保持為熱備狀態(tài)。

以某焦化廠為例，焦爐煙氣的濕法脫硫反應溫度為60℃，煙氣溫度為45℃，均在露點以下。針對這一問題，該焦化廠將焦爐沿路長期保持為熱備狀態(tài)，并基于余熱鍋爐持續(xù)產(chǎn)生的蒸汽對凈化后的焦爐煙氣進行加熱，將煙氣升溫至130℃后經(jīng)由煙囪向外排放。

5 結束語

為及早貫徹落實焦化廠焦爐煙氣“近零排放”處理目標，實現(xiàn)人與自然的和諧共處，提高生態(tài)環(huán)境防治力度與污染源控制力度。各焦化廠必須分析總結當前應用的各項焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術，采取各項技術優(yōu)化措施，不斷改進工藝流程，為煙氣脫硫脫硝工作的有序開展提供前提基礎與技術支持。