冶金企業焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術

甄 超

伴隨我國冶金企業的不斷進步與發展，煉焦制氣節能減排技術顯著提升。焦化產業發展，帶來了許多環境污染問題，環境保護單位越來越關注各種硫化物污染排放和NOx的污染排放問題。近年來環境保護部門對工業生產的排放指標要求越來越嚴格，在此背景下，本文重點討論焦化企業脫硫脫硝工藝技術，從節能減排和環保性能角度出發進行技術改造和相應環境改善措施分析，希望所有焦化企業選擇適合本單位的生產技術，以完成環保節能排放的目標。

1 焦爐煙氣概述

在儲存燃料區進行生產工作，會直接從走廊將燃料運輸到固定位置，輸入到碳化室以及進行高溫處理的過程中就會形成焦炭，在這種情況下也會緊接著產生焦爐煙氣脫硫脫硝煙氣。而在不斷進行高溫加熱的過程中，也會通過一定的裝置將所產生的氣體輸送到合適的燃燒室中，通過進一步的燃燒以及通道處理工作將這些氣體排出室外。而焦爐所產生的煙霧除了會有各種各樣的混合物之外，還會產生一系列的氣體，特別是對于氮化物以及氧化物來講要想順利排出室外，就必須經過脫硫脫硝處理工作之后才能達到這一目的。而我們在對焦爐煙氣進行高溫燃燒處理的過程中，由于煙氣內部存在一定含量的二氧化碳，燃燒過程中必定會產生較多的氫氣，氫氣對于加快燃燒的速度有著一定的作用，而這時氧氣與氮氣必定會在高溫作用下發生一定的氧化反應，這也是二氧化氮的由來。而站在實際情況去對焦爐內部的煙氣進行分析之后發現，其主要具備以下幾種特點：①煙氣具有較高的溫度，一般情況下控制在250℃左右。②焦爐煙氣所包含的混合物以及氣體非常復雜，而其中含量最高的則屬于二氧化硫，而二氧化硫在發生一定反應的情況下對于整個管道的質量將會產生非常不利的危害。③由于焦爐的煙氣溫度長期處于過高的狀態下，這時只有保證交流管道的溫度與煙氣溫度處于相差不高的情況下才能夠保證整個系統順利運轉。除此之外，還需要站在整體煙氣脫硫脫硝的工作過程中進行分析，避免有其他不良因素出現而影響到整體的工作狀態。

2 現狀分析

2.1 焦化行業SO2及NOx排放現狀

礦物燃料在實際生產的過程中必不可少會對環境產生一定的污染，而其中所產生的焦化物質是污染最主要的部分，而在冶金企業中焦爐煙氣又是最為主要的一部分內容。整個污染源中大概有60%的SO2來自于焦爐煙氣中，其中這些煙氣的NOx也高達90%。而影響焦爐煙氣中SO2濃度的因素有很多，除了燃燒種類以及燃料氧濃度會影響SO2濃度之外，焦爐竄漏狀況也會使其受到一定的影響。而空氣過剩系數以及燃燒溫度等均可影響NOx的濃度。如果在進行燃燒的過程中選取焦爐煙氣作為主要技術進行實際工作，那么所排出的煙氣SO2排放濃度以及NOx排放濃度就會達到較高的含量值。而在選取低熱值煙氣進行燃燒工作的過程中，SO2排放濃度以及NOx排放濃度與焦爐煙氣為核心燃燒時所產生的各部分濃度均會得到大大的降低。但是以上兩種燃料在進行工作的過程中所產生的SO2排放濃度以及NOx排放濃度與國家的標準還仍有差距，只有采取合適的脫硫脫硝技術才能夠保證SO2排放濃度以及NOx排放濃度達到標準。

2.2 冶金企業煙氣中脫硫脫硝的要求及原則

焦爐的煙氣排放量與傳統的冶煉爐和燒結機相比少的多，但是排放出的煙氣成分構造比較復雜，特別是所排放出的SO2和NOx對于整個環境會產生非常不利的影響，所以必須站在生產情況變化的角度上來選擇合適的工藝設計。只有在煙氣排放量達標的情況下，才能夠進行實際的生產工作，而這一工作則需要重視冶金企業煙氣脫硫脫硝。一方面需要保證所選取的生產工藝具有一定的安全性，而在煙氣進行排放的過程中，要對其產生的壓力進行良好的控制，否則將會加大安全事故發生的幾率，而由于整體脫硫脫硝煙氣處理工作需要在一個高溫環境下進行，在實際開始工作之前，需要保證煙筒的管道處于一個預熱的狀態，避免有相應事故的發生。另一方面在完成煙氣脫硫脫硝工作之后，還需要保證煙筒所排出的煙氣溫度處于140℃以上。

3 冶金企業焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術

3.1 干法脫硫工藝技術

對于干法脫硫工藝技術來講，下面將從技術原理以及主要特點和優勢、劣勢上進行分析。技術原理：首先在實際工作的過程中，碳酸鈣會噴入到爐膛中進行高溫燃燒處理工作，再經過一系列工作之后碳酸鈣會分解為氧化鈣，氧化鈣又會與煙氣中所產生的二氧化硫發生一定的化學產生硫酸鈣；或者還可以選取活性炭吸附電子束照射方法來將二氧化硫轉化為硫酸或者硫酸銨，以上兩種方式均可達到想要的效果。主要特點：這一技術主要可以分為半干法煙氣脫硫工藝以及肝法煙氣脫硫工藝。這兩種工藝在進行工作的過程中，均可以保證焦爐煙氣與固體堿性吸附劑進行結合之后產生硫酸鹽。而所添加的固體堿性吸附劑需要提前將其處理為粉末狀態，粉末狀態對于保證整體煙氣脫硫的效果有著十分重要的作用；而我們在使用半干法脫硫工藝進行工作的過程中，在加入堿性物質之后整個表層結構將會產生液膜，這時二氧化硫與液膜進行結合便會使得煙氣脫硫的效率得到提高；而需要保證整個煙氣處理環境處于較為干燥的狀態時才可以使用干法脫硫工藝進行工作。優勢：干法脫硫工藝自身具備較強的傳熱傳質交換性，這是其他焦爐煙氣脫硫工藝無法達到的狀態，同時在實際運行的過程中所使用的資金成本較低又能夠保證整個鍋爐效率得到提高。劣勢：在實際使用該工藝技術進行工作的過程中，需要運用到大量的設備以及設施，這時就需要占用很大的土地面積，同時整體工藝處理的過程中效率也不盡人意，煙氣中的含塵量也較高。

3.2 半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝技術

半干法SDA脫硫+低溫SCR脫硝技術主要是將煙氣中的SO2在一定條件下轉變成亞硫酸，并且與水中的氨進行融合發生一定化學反應產生硫酸銨，這時整個煙氣中的SO2便可以輕松出去。我們可以從以下四個特點來詳細分析該技術：①這一技術具有較快的化學應速率以及較高的吸附劑利用率，這種情況下脫硫效率必然會不斷提高。②焦爐煙筒排出口位溫度常常處于較高的狀態，這時脫硝的效率也會得到提高。③通過有效的利用焦化中所產生的氨水來二次利用廢氣，這對于降低經濟成本有著十分重要的作用。④這一技術一般會選取高于漏點的位置進行脫銷工作，這時對于整體裝置的影響力度便會降到最低。但是這些技術有也有一定的缺點，比如我們在使用濕法脫硫進行工作的過程中會對裝置產生一定的腐蝕，此時如果再有氨法脫硫導致氨氣泄漏的問題就會引發脫硝催化劑中毒的情況。而在使用脫硝催化劑的過程中出現堵塞現象的幾率非常高，這時催化劑的使用效果便會受到大大的影響。

3.3 濕法脫硫

濕法脫硫工藝在世界上有各種各樣的形式，但是都具有差不多的工作原理。大多數濕法脫硫工藝都是運用碳酸鈉或者石灰石等一些物質來當作洗滌劑，并且通過在反應塔中洗滌這些煙氣來達到消除煙氣中硫氧化物的效果。目前這些方法已經在世界上運用了50年，在這50年內這一工藝技術也得到了不斷的發展完善。慢慢地這一脫硫工藝已經達到了95%以上的脫硫效率。同時這一工藝在實際使用的過程中對于成本的要求并不高，對于一些副產品還可以進行回收利用，大大降低了成本問題帶來的壓力。而在濕法脫硫領域中石灰石濕法脫硫工藝由于自身吸附劑成本較低已經得到了廣泛的應用。對于一些高濃度二氧化硫處理工作這種石灰石濕法脫硫工藝也能夠達到其相應的要求。但是在對這一工藝進行基礎建設的過程中需要較高的資金成本，而在脫硫完畢之后其產生的廢水又具有一定的腐蝕性，對于石灰石的需求量也非常高。而目前氨脫硫技術是冶金企業廣泛使用的一項工藝技術。這一技術可以充分利用冶金企業回收處理系統來保證管道中的氧氣與其發生一定的化學反應，這時便會產生一定含量的硫酸氨。與此同時，還可以選取氨水等來作為反應的脫硫劑來使得整個機器的負擔得到大大的降低。而在對煙道氣進行洗滌的過程中一般會采用液體吸收劑來完成，這對于除去煙道氣中的氧氣有著十分重要的作用。這一工藝所使用的機械較為簡單，利于相關工作人員進行日常的工作，并具有較高的脫硫處理效率。但是這種工藝方式不能在同一時刻進行處理工作，只能夠對一部分進行單獨的處理；而在氨水質量的不斷影響下，復產硫酸銨肥料的純度也出現了一定的問題。這時可以通過使用陶膜覆蓋的方式來經過過濾之后達到標準要求并夠投入使用；同時我們還需要通過安裝發熱零件來避免在工作的過程中有拖尾的情況發生；而實際工作的過程中硫酸氨鹽西服在塔壁或者噴管上形成結晶，這時如果不及時進行處理，那么對于管道將會產生非常不利的影響，所以要盡可能地選取一些防腐或者清潔的設備來進行工作。

3.4 焦爐煙氣脫硝技術

低氮燃燒技術、氧化脫硝技術以及低溫選擇性催化還原技術均屬于焦爐煙氣脫硝技術的范圍內，在這幾種技術中低溫選擇性催化還原技術相對于其他幾個技術來講具有較好的脫硝效率。上個世紀70年代在日本已經廣泛應用這種低溫選擇性催化還原技術來達到脫硝的目的，特別是在各個夜間企業和電廠發電企業中使用更為廣泛。而我國目前所使用的煙氣脫硫脫硝技術中低溫選擇性催化還原技術的使用也較為頻繁，但是對于焦爐煙氣冶煉中的脫硫脫硝工藝領域來講，對相應溫度的要求比較高，而這一工藝與所要求的溫度不達標，所以在實際使用的過程中，只有嚴格控制煙氣中的溫度，才能夠更好地使用這一技術進行工作。

3.5 脫硫脫硝一體化技術

脫硫脫硝一體化技術對于全面提高脫硫脫硝效果有著十分重要的作用，而這種技術對于更有效的提高脫硫脫硝的水平，并且更有效地控制煙氣的污染程度也是十分重要的。首先一部分冶金企業在實際進行脫硫脫硝工作的過程中，會選擇先脫硝后脫硫的方式來進行工作。而如果單獨使用煤氣進行工作，那么必然會提高二氧化硫的質量濃度，最高時可達800mg/m3，這與標準的二氧化硫的濃度相差較大，所以二氧化硫的處理工作是非常重要的。而在進行處理工作的過程中，可以使用低溫催化劑的方式來降低脫硝催化劑的活性，只有這樣最后的脫硫工作才能夠順利地完成。此外，在實際使用脫硫脫硝一體化技術的過程中，需要根據現場的實際情況來選擇安全性較好的污染物控制技術方法來結合運用。其次對于焦爐SO2、煉焦粉塵顆粒物質控制技術來講，主要可以分為濕法、半干法、干法三種不同的使用內容。如果能夠按照實際的工作狀態來合理選擇合適的技術可以保證脫硫率得到不斷的提高，最高可達到96.25%。而在使用濕法工藝完成相應的脫硫工作之后，溫度不高于55℃。也就是說這一項技術可以有效的控制凈煙氣的溫度。但是在煙氣溫度不斷升高的情況下，整個系統的運行情況所需要的成本是較高的，因此對于焦化行業并不推薦使用濕法脫硫技術來進行工作。除此之外，可以站在實際施工的需求上來合理選擇半干法脫硫工藝，這時可以通過使用旋轉噴霧半干法脫硫布袋除塵的方式來達到脫除硫化物的效果，這樣的工作模式更加符合實際工作情況的要求。最后焦爐NOx控制技術通過控制燃燒后煙氣方法來提高整體脫硫脫硝的效果。一般情況下會選取吸收法或者固體吸附法的方式來實現脫銷的目的。

4 常見的焦爐煙氣脫硝工藝

4.1 SCR法脫硝

SCR法脫硝工藝是一種比較常見的焦爐煙氣脫硝工藝，又名選擇性催化還原法。其主要有以下幾種特點：這種SCR法脫硝工藝在不斷發展完善的情況下已經逐漸趨于成熟，與其他幾種脫銷方法相比其應用范圍最廣，且具有較高的脫銷效率。這種方法主要是通過運用一定的催化劑來將煙氣中的NOx還原為氮氣和水，但是這一工作需要在特定的溫度下來進行。而在進行催化的過程中，整體溫度可能會控制在320℃～400℃之間，可以通過實際的情況來適當地加大催化劑的含量以此來使脫銷效率得到不斷的提高。

在運用SCR脫銷工藝進行工作以及選擇催化劑的過程中，一定要站在煙氣溫度的角度上合理選擇。由于該技術需要控制在320℃～400℃之間，所以在催化的過程中發生的催化反應時的溫度也要控制在這一范圍內，溫度的不斷變化可能會影響到脫銷的效果。因此，為了能夠使焦爐中煙氣的溫度達到標準，可以通過安裝煙氣加熱系統來達到這一目的。在經過相應催化反應之后會生成N2和H2O，這些反應物不能夠回收二次利用，所以在實際使用的過中需要消耗掉大量的成本。而在經過不斷改善的情況下所研究出的SCR法脫硝工藝對于溫度的要求得到了不斷的降低，可以保證溫度控制在30℃左右，但是這種工藝并沒有實際投入到工業裝置中。但是這種工藝方式可能會出現催化劑中毒的現象，對于催化劑的性能產生了非常不利的影響。

4.2 先脫硝后脫硫工藝

先脫銷后脫硫工藝顧名思義就是先將焦爐煙氣中的硝含量進行不斷降低，之后再進行脫硫工作。而第一部分工作是將未將經處理的焦爐煙氣溫度合理控制在180℃到300℃之間，之后再結合低溫SCR脫硝方法并加設煙氣加熱系統來保證整個煙氣的溫度達到相應的目標，在這種情況下，整個脫銷反應才可以更加順利地進行。經過脫硝工作之后的煙氣便可進入到余熱鍋爐中進行余熱回收利用工作，最后便可以使用濕法脫硫方式來達到相應的目的。但是在實際使用這種工藝進行工作的過程中會存在以下兩個問題：由于焦爐煙氣中存在二氧化硫以及焦油等物質，而如果在溫度處于180℃～230℃區間的情況下，二氧化硫就可能與氨氣發生反應，這時所產生的硫酸銨以及硫酸氫銨就會附著在催化劑表層中，可能會引發催化劑失去活性出現，甚至還有可能出現腐蝕設備或者阻塞管道的問題。所以一般可以通過增加郊游預處理和熱風解析系統來緩解這些問題，保證整個催化劑的表層更加的干凈。另一方面，濕法脫硫在經過一定的司法工藝處理工作之后，整個煙氣的溫度會從60℃降低到45℃，在這種情況下，如果不對其進行加熱處理工作，那么在這些氣體進入煙囪之后出現的酸雨就會腐蝕煙囪，在這種情況下，煙氣擴散的效率就會得到大大的降低。這時只有通過加熱凈化后的煙氣來保證煙囪的順利運行。

5 工藝設計比較和改進

二氧化硫濃度小于30mg/Nm3、二氧化氮濃度小于150mg/Nm3，這是我國煙氣排放的標準值，也就是說只有相應濃度處于標準范圍之內才可以進行排放工作。所以，冶金企業生產過程中產生的煙氣只有通過一系列脫硫脫硝系統的工作并保證各項數據達標之后才可以進行排放。而先脫硫后脫硝工藝就是在完成脫硫工作之后，不斷降低煙氣中二氧化硫的濃度，在這種情況下進行脫銷工作之后所產生的硫酸氫氨以及硫酸銨含量就會得到大大的降低，這對于更加充足的保證催化劑的活性是十分重要的。除此之外，先脫硝后脫硫技術的焦爐煙氣溫度一般會控制在280℃左右，這種溫度剛好可以運用低溫的SCR方法來進行脫硝工作，經過脫硝工作之后的煙氣便可進入到余熱鍋爐中進行余熱回收利用工作，最后便可以使用濕法脫硫方式來達到相應的目的。

6 結語

為及早貫徹落實冶金企業焦爐煙氣“近零排放”處理目標，實現人與自然的和諧共處，提高生態環境防治力度與污染源控制力度，各冶金企業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。