焦化廠焦爐煙氣脫硫脫硝技術的應用研究

徐雙全

（山西焦化集團有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

燃煤煙氣中的SO2和NO2是造成酸雨、光化學煙霧和霧霾等環境污染的元兇，不僅破壞了生態環境，還嚴重侵害了人們的身體健康。大部分煤電企業SO2和NO2的排放已達標準，但是焦化領域發展相對粗放，多數焦化企業煙氣排放尚未達到標準要求，還存在一定的差距。

1 焦爐煙氣脫硫、脫硝技術概述

1.1 搗固爐脫硫技術概述

當前，國內煙氣脫硫技術主要包括三種：濕法煙氣脫硫技術、干法煙氣脫硫技術和半干法煙氣脫硫技術，各技術原理和特點主要為：

1）濕法煙氣脫硫技術是在脫硫塔中注入液態脫硫劑與煙氣發生化學反應，實現煙氣硫元素的洗滌、吸收和脫除。由于濕法煙氣脫硫技術過程會產生鹽顆粒，并經煙氣排放到空氣形成PM2.5顆粒物，對生態環境具有二次污染作用，因此，濕法煙氣脫硫技術在煤化工行業中應用較少。

2）干法煙氣脫硫技術是以無液相物質介入脫硫反應，在干燥環境下進行的煙氣脫硫技術。干法脫硫技術具有耗水量少、無污水排出、設備腐蝕性小等特點，經脫硫后的煙氣溫度無顯著下降，有利于煙氣熱量回收利用。在干法煙氣脫硫技術應用中，可直接向裝置內噴涂脫硫劑進行脫硫，相關研究表明干法煙氣脫硫效果可達到90%～95%。

3）半干法煙氣脫硫技術是將脫硫液霧化滴入脫硫塔中，通過與煙氣中SO2發生化學反應，生成干粉狀脫硫灰。由于煙氣溫度較高，脫硫液中水汽經加熱蒸發，因此，該方法不會對環境造成二次污染，能夠取得良好的脫硫效果[1]。

1.2 搗固爐脫硝技術概述

當前，在煤化工搗固爐煙氣脫硝方法主要采用燃燒后脫氮技術，通過選擇性催化還原（SCR）法或非選擇性催化還原（SNCR）方法，實現煙氣脫硝。各技術原理為：

1）SCR 法是在250～450 ℃下，通過SCR 催化劑選擇性與煙氣中NO2發生反應生產N2和H2O，從而達到脫硝的目的。根據相關研究，在煙氣溫度大于255 ℃情況下，SCR 脫硝方法脫硝率可達到90%以上。

2）SNCR 法是以還原劑作為反應原料，在特定溫度下，還原劑與煙氣中的NO2發生化學反應，最終生成N2和H2O 的脫硝技術。SNCR 法反應溫度一般控制在800～1 000 ℃，將混入NH3、H2O 的還原劑噴入煙氣中，還原劑受熱分解為NH3，并與煙氣中NO2發生化學反應，生成N2和H2O。根據相關研究，在實驗室條件下，SNCR 法脫硝效率可達到75%以上，但在實際應用中，由于還原劑易出現泄露損耗等問題，導致實際脫硝效率下降[2]。

綜上所述，在搗固爐脫硫技術選擇時，由于濕法煙氣脫硫技術對環境具有二次污染作用，本研究不考慮采用，僅對干法脫硫和半干法脫硫技術方案進行對比研究。在脫硫劑選擇方面，常用的脫硫劑包括Ca 基和Na 基脫硫劑，但由于Ca 基脫硫劑容易堵塞管路，因此，本研究選用成本相對較高的Na 基脫硫劑。在脫硝技術選擇方面，由于SNCR 方法脫硝效率較低，且其反應產生的N2O 對環境具有一定的破壞作用，因此，本研究選用SCR 法脫硝技術方案。脫硝劑選用專用納米陶瓷低溫脫硝催化劑。

2 搗固焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術試驗研究

2.1 煙氣脫硫技術試驗

2.1.1 干法脫硫工藝流程

干法脫硫系統由干法脫硫塔、干法脫硫劑粉倉、變頻挨給料機、格式給料閥和干法脫硫劑給料風機組成。本系統工藝流程為：脫硫劑粉倉中NaHCO3經給料閥進入給料機中，給料機按比例將脫硫劑輸送到煙氣管道中進行脫硫反應。脫硫塔為立式塔，搗固爐煙氣自塔的下部進入，自塔頂流出，塔中部為脫硫反應段，反應段設有脫硫劑噴掃口，脫硫劑經風機加壓后輸入至脫硫反應器反應段，使脫硫劑與煙氣充分混合、膨化。脫硫劑在脫硫塔系統總流動，經脫硝系統時被除塵器布袋捕集，集聚形成粉塵層，避免粉塵顆粒物造成二次污染，符合煙氣改造系統節能環保技術要求[3]。

2.1.2 半干法噴霧脫硫工藝流程

本系統由半干法脫硫塔、雙流體霧化器、半干法脫硫制備裝置、脫硫液泵等組成。工藝流程為：在脫硫液配液罐中按一定溶解度將Na2CO3粉劑配置成脫硫溶液，并將脫硫溶液輸送至儲罐內保溫攪拌，借助注劑泵注入至脫硫塔反應段，通過雙流體噴嘴霧化裝置高壓霧化，由于霧化脫硫溶液噴射速度可達100～340 m/s，而霧化液體速度小于2 m/s，能夠確保霧化脫硫溶液與煙氣充分接觸，脫硫溶液在氣體的沖擊下形成霧狀小液滴。脫硫溶液液滴經煙氣高溫蒸發后成為干粉脫硫劑，并經脫硝系統時被袋狀脫硝催化劑捕集，逐漸形成粉塵層，與煙氣中SO2繼續發生反應。經實驗研究，干法煙氣脫硫工藝和半干法煙氣脫硫工藝均能實現顆粒物捕集、回收和利用，煙氣帶出的顆粒物量小于15 mg/m3，符合國家有關顆粒物排放標準要求。經脫硝袋狀脫硝催化劑捕集的顆粒留存于布袋表層，經壓縮空氣吹掃清灰后落入灰斗內，經格式排料閥排出[4]。

2.2 搗固爐SCR 法脫硝技術研究

本研究中，脫硝系統主要由脫硝塔、清灰系統、噴氨系統、單倉熱解系統和煙道廢氣加熱系統組成。搗固爐煙氣經脫硫和噴氨處理后，煙氣溫度約為160℃，在煙氣進入脫硝系統前加設燃氣熱風爐加熱煙氣至220℃。脫硝反應器采用長方形鋼結構框架結構，煙氣自反應器下部進入，自上部排出，入口處設置導流板，脫硝反應器采用模塊化倉室結構，各倉室設置檢查門和可拆卸測試元件，可通過閥門啟閉實現催化劑的投用、維修、更換等操作。本研究中，脫硝還原劑為NH3，可在催化劑與煙氣中NO2發生反應，生成N2和H2O，實現NO2的脫除。

2.3 脫硫脫硝技術效果分析

在試驗條件一定的情況下，分析搗固爐煙氣脫硫脫硝技術效果：

1）干法脫硫過程中，調節干粉輸送風機頻率調節脫硫劑給劑量，煙氣溫度控制在180～300 ℃范圍內。經試驗研究，干法脫硫系統中，隨煙氣溫度升高，干法脫硫系統脫硫效果越明顯，而后呈下降趨勢，經試驗研究，干法煙氣脫硫工藝最佳操作溫度為235～255 ℃，溫度過高則容易引起NaHCO3和Na2CO3出現燒結現象，導致脫硫效率下降。從堿硫體積比來看，當堿硫體積比小于1 時，脫硫效率隨脫硫劑輸入量而上升；當堿硫體積比大于1 時，脫硫率趨于平緩，脫硫劑利用率下降，因此，綜合成本和脫硫率，可以1.5～2 作為最佳堿硫比。在最佳操作溫度范圍和堿硫比條件下，采用干法煙氣脫硫工藝脫硫率可達到80%～85%；

2）半干法煙氣脫硫工藝。以質量分數為20%的碳酸鈉溶液作為脫硫劑，脫硫塔入口溫度為180 ℃條件下，煙氣駐留時間越長則脫硫效率上升，但脫硫時間過長將導致煙氣中硫元素溶于液體中形成“煙雨”現象，并出現堵管和設備腐蝕問題，脫硫塔出口煙氣接近飽和溫度，導致大量未反應完全的液滴經煙氣帶出造成二次污染。經本研究表明，在半干法煙氣脫硫系統中，最低出口溫度為115 ℃。半干法煙氣脫硫系統堿硫比與干法煙氣脫硫系統一致，以1.5～2 為最賤堿硫體積比。經試驗研究，采用半干法煙氣脫硫技術脫硫率可達到 90%左右，滿足國家標準要求。

3）納米陶瓷低溫脫硝SCR 法脫硝。在180～240 ℃操作溫度條件下，研究表明，由于催化劑對溫度要求較高，脫硝效率隨溫度上升而提高，催化劑溫度達到240 ℃時，脫硝效率可達到85%。同時，以NH3作為還原劑情況下，為避免多余的氨氣逸出，應脫硝塔出口前增設除氨工段，保障在噴氨過量的情況下氨逃逸不會過高。經本試驗研究，采用SCR 法脫硝技術脫硝率可達到90%左右，滿足國家相關標準要求[5]。

3 結語

本文在研究煤化工搗固爐脫硫脫硝工藝技術的基礎上，通過試驗研究分析了煙氣脫硫技術和脫硝技術應用優勢。經試驗研究表明，半干法煙氣脫硫技術和納米陶瓷低溫脫硝SCR 法脫硝技術可滿足國家標準要求，能夠改善搗固爐煙氣脫硫脫硝排放要求，對搗固爐技術改造升級具有重要指導意義。