活性炭脫硫脫硝在焦爐煙氣處理中的應用

朱二濤

（邯鄲鋼鐵集團設計院有限公司，河北 邯鄲056000）

山東金能科技股份有限公司三期焦爐（5號、6號焦爐）為兩座60孔7 m炭化室焦爐，生產能力150萬t/年。現在焦爐生產以焦爐煤氣為燃料，焦爐煙氣的主要污染物為顆粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）。目前5號、6號焦爐煙氣中顆粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）排放分別為13.1～17.6 mg/m3、26.5～40.7 mg/m3、333～436 mg/m3。根據國家新的排放標準要求，焦爐煙氣中顆粒物、ρ（SO2）和ρ（NOx）排放濃度不能滿足顆粒物小于10 mg/m3，ρ（SO2）＜30mg/m3，ρ（NOx）＜100 mg/m3的要求。

1 工藝流程及原理

1.1 工藝流程

該項目焦爐原煙氣經過余熱鍋爐后首先經過空-空冷卻器將煙氣溫度冷卻至130～140℃后進入吸附系統，吸附系統采用活性炭法脫硫脫硝一體化工藝[1]，實現一套裝置中完成吸附和催化還原反應過程[2]。吸附劑和催化劑選用特殊性能的活性炭，煙氣自下而上，活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進行解析。解析后的活性炭經冷卻后，通過風篩篩分，將細小活性炭和粉塵去除，篩分后的活性炭送回到吸附塔循環使用，活性炭卸料、布料、篩分、轉運等過程產生的粉塵尾氣經布袋除塵器處理后經排氣筒排放。解析出的SO2經SO2儲罐暫存后打入鋼瓶送至現有30 000 t/年對甲酚、300 000 t/年硫酸項目生產對甲酚。

1.2 脫硫原理

活性炭凈化法利用活性炭吸附性能，能同時吸附多種有害物質SO2、NOx、二噁英、重金屬及粉塵等。活性炭對SO2的吸附包括物理吸附和化學吸附。當煙氣中無水蒸氣存在時，主要發生物理吸附，吸附量較小；當煙氣中含有足量水蒸氣和氧時，活性炭煙氣脫硫是一個化學吸附和物理吸附同時存在的過程，首先發生的是物理吸附，同時活性炭表面的某些含氧絡合物基團是SO2吸附及催化氧化的活性中心，在水蒸氣和氧存在時，發生催化氧化反應：

圖1 簡易工藝流程圖

1.3 脫硝原理

當吸收塔噴入氨后，由于活性炭對NOx的吸附作用，降低了NOx與NH3的反應活化能，可發生催化還原反應，脫除煙氣中的NOx，反應式為：

1.4 除塵原理

活性炭層通過碰撞、遮擋及擴散捕集來實現除塵功能。通常超過1μm粒徑的灰塵顆粒通過碰撞進行捕集，而小于1μm粒徑的灰塵顆粒通過遮擋及擴散來捕集。進入吸附塔的粉塵粒徑大部分小于2.5μm，其中堿性金屬居多，主要為氯化鉀、氯化鈉、氯化鉛等氯化物，這類可溶性堿金屬會堵塞活性炭孔洞，在凹陷區沉積，影響脫硫脫硝性能。所以為了保護煙氣凈化系統安全、穩定、高效運行，吸附塔入口粉塵質量濃度低于50 mg/m3。

1.5 解析原理

在解析塔內，吸附了污染物質的活性炭被加熱到400℃以上，活性炭吸附的SO2被釋放出來，生成富含S02的氣體（簡稱SRG氣體），SRG氣體輸送至制酸系統制取98%濃硫酸。反應式為：

1.6 工藝特點

1）可實現粉塵、SO2、NOx、重金屬和二噁英同時處理。

2）脫硫脫硝效率較高，SO2脫除效率可達95%以上，NOx脫除效率可達80%以上。

3）無廢水、廢渣、廢氣等二次污染產生，脫硫副產物可綜合利用，廢活性炭可回收利用。

4）工藝簡單、流程順暢、布局緊湊、占地少。

活性炭脫硫脫硝技術是一種資源化的一體化干法煙氣凈化技術，具有獨特的優勢，是煙氣凈化技術的發展方向[3]。

2 項目概況及運行效果

該活性炭脫硫脫硝裝置的焦爐煙氣處理能力要達到煙氣量50萬m3/h，煙氣溫度220～260℃。活性炭脫硫脫硝工藝主要由煙氣系統、吸附系統、解析系統、活性炭輸送系統、活性炭卸料存貯系統、制酸系統等組成。系統投入運行后，總體運行平穩，投入使用前后煙氣變化如表1所示。

表1 使用前后成分表

表1 數據表明，該系統投入運行后，煙氣中顆粒物、SO2和NOx排放濃度明顯降低，滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171—2012）的排放要求。

3 存在問題及建議

1）噴氨稀釋風取自解析塔冷卻段出口熱風，稀釋風溫度最好在180℃以上，而解析塔冷卻段出口熱風溫度受解析塔操作影響較大，操作比較困難。建議噴氨稀釋風從解析塔加熱段外排煙氣中抽取，一方面可以減少回吸附塔的煙氣量，另一方面能夠提高稀釋風溫度，有利于脫硝率提高。

2）SRG管道從出解析塔至進入一次凈化距離較遠，溫度從約410℃降至290℃，溫降過大，威脅SRG管道安全。建議SRG管道采取減小溫降措施：保溫層加厚，并考慮伴熱；管徑適當減小，以便增加煙氣流速。在SRG管道首末端增加就地顯示溫度表以便調試。根據安全設計需要，解析塔脫氣段區域增設二氧化硫報警儀。

4 結語

本項目建成投產后，三期焦爐（5號、6號焦爐）煙氣中顆粒物、SO2和NOx排放濃度明顯降低，各項污染物排放滿足《山東省區域性大氣污染物綜合排放標準》（DB 37/2376—2013）表2中重點控制區和《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171—2012）表6大氣污染物特別排放限值要求。廢氣污染物中顆粒物、SO2和NOx排放量分別為38.39 t/a、113.27 t/a、304.92 t/a；可減少顆粒物排放量22.715 t/a、SO2排放量28.29 t/a、NOx排放量1 211.53 t/a，對周圍大氣環境有改善效應。