焦炉烟气脱硫脱硝余热回收技术改造

李金凤

(西山煤电(集团)有限公司，山西 太原 030053)

焦化厂是专门从事冶金焦炭生产及冶炼焦化产品、加工、回收的专业工厂，焦炉烟气主要成分是二氧化硫、氮氧化物，在我国二氧化硫、氮氧化物是大气中主要污染物，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。近几年来，随着国家产业政策的不断调整、环保法规的不断完善以及对炼焦行业准入标准的提高[1]，使得高效、无污染、资源化成为脱硫工艺的发展主流。2012年6月27日发布了《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)，烟气中二氧化硫排放要达到50 mg/m3，氮氧化物不超500 mg/m3. 山西西山煤气化有限责任公司焦化一厂二氧化硫、氮氧化物平均排放浓度均无法满足新的大气污染物二氧化硫、氮氧化物排放浓度限值，故对焦炉烟气系统进行脱硫脱硝技术改造。

1 项目概况

山西西山煤气化有限责任公司焦化一厂现有1×65孔5.5 m捣固焦炉，产能60万t/年，由一根烟囱排放废气，废气量约在130 000 m3/h，其排放烟气中SO2排放浓度约为120 mg/m3，NOX排放浓度约1 000 mg/m3. 如何配套烟气的脱硫脱硝装置以满足排放标准成为亟待解决的一个关键问题。

结合实际生产情况，采用高效纯干法脱硫技术和SCR法低温脱硝技术，并联合余热锅炉系统，采用焦炉烟气“脱硫-除尘脱硝一体化-余热回收”装置，实现焦炉烟气高效率的脱硫脱硝，同时能够最大程度地回收烟气热量，并产生0.8 MPa低压饱和蒸汽，余热后烟气直接回原焦炉烟囱排放，流程见图1.

图1 烟气脱硫脱硝改造流程图

2 技术方案

2.1 脱硫技术方案

结合国内焦化行业多套投运的脱硫脱硝项目运行情况，并根据该项目的特点和实际情况选择纯干法脱硫—循环流化床干法脱硫。温度为240 ℃～300 ℃的焦炉烟气被引风机抽取进入循环流化床干法脱硫塔，烟气中的二氧化硫与塔内喷入的研磨后的碳酸氢钠干粉充分混合反应，生成亚硫酸钠和硫酸钠，发生的主要反应如下：

SO2+ 1/2O2+2NaHCO3→ Na2SO4+H2O+2CO2
SO2+2NaHCO3→Na2SO3+H2O+2CO2

脱硫后烟气在上升过程中，未反应完的碳酸氢钠干粉及颗粒物一部分随烟气被带出吸收塔，一部分因自重重新回流到循环流化床内。

循环流化床干法脱硫具有以下技术特点：

1) 系统简单，造价较低，占地面积小，约为湿法脱硫的1/2；远高于常规干法，接近湿法脱硫效率。

2) 无需水，无温降，对后续脱硝装置的效率无影响；由于是干法，无需大量用水，不需要设置复杂的排水处理装置。

3) 采用碳酸氢钠脱除烟气中的二氧化硫，生成的亚硫酸钠或者硫酸钠，可用于水泥、造纸、制作钠剂玻璃[2].

2.2 脱硝技术方案

焦化脱硝有一个难题就是脱硫脱硝后的副产物的处理问题，由于烟气中的氮氧化物含量大，氮氧化物中主要含有一氧化氮和二氧化氮，其中一氧化氮的含量占90%左右，脱除难度比较大。而一氧化氮难溶于水，如果采用湿法脱除，必须通过加入氧化剂将其氧化成溶解性较高的二氧化氮等高价氮氧化物，然后通过洗涤等方式进行脱除。在一氧化氮氧化成高价态氮氧化物的过程中，会生成硝酸和亚硝酸，如果硝酸和亚硝酸处理不好而进入排污系统，势必形成二次污染，这样就很难达到污染治理的目标。因此，用什么工艺消除副产物的污染将是焦化行业脱硝的难题。

经过多方面调研，结合企业实际情况，脱硝采用氨水作为还原剂，脱硫后的烟气进入除尘脱硝一体化反应器，氮氧化物在塔内催化剂作用下与氨水(NH3)反应生成氮气(N2)和水(H2O)，反应化学方程式如下：

4NO+ 4NH3+O2→4N2+6H2O(主要反应)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

NO+NO2+2NH3+O2→2N2+3H2O

SCR系统NOX脱除效率通常很高(烟气中90%的NOX是以NO形式存在的)，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。

2.3 综合技术方案

处理焦炉烟道废气，降低焦炉烟囱SO2、NOX及粉尘的排放浓度，并最大限度降低系统对余热回收蒸汽产量的影响[3]，使系统出口污染物浓度达到国家相关排放标准。对比分析后选用了 “纯干法脱硫→除尘脱硝一体化→余热回收→风机机组→原焦炉烟囱排放”工艺。

此工艺具有以下优点：

1) 烟气首先经循环流化床干法脱硫、布袋脱硝一体化反应器进行二次脱硫、除尘与脱硝。净化后的烟气进入余热锅炉回收烟气余热，最大限度提高蒸汽产量，余热后洁净烟气经引风机直接回焦炉烟囱排放，保证烟囱热态运行。在突然断电或设备故障时，烟囱底部能够保证一定吸力，保障安全生产。

2) 前置脱硫、除尘为脱硝催化剂创造良好的运行环境，保证脱硝效率的前提下可延长催化剂使用寿命。其中脱硫系统不但可以脱除烟气中的SO2还可脱除HF、HCl等酸性物质，如此可减轻酸性物质对净化系统后设置的余热锅炉的腐蚀。

3) 先脱硫后除尘再脱硝，为净化系统后设置的余热锅炉创造低硫、低尘、低酸性物质的运行环境，可最大限度保证余热锅炉的正常运行。

4) 系统没有腐蚀，脱硫、除尘脱硝反应器、余热锅炉及前后设备、烟囱等不用防腐。运行稳定性更高，设备运行率全年不低于98%.

5) 脱硝后产物为N2和气态H2O，无二次污染。脱硫后的产物为干燥脱硫废渣，可做水泥添加剂，系统没有废水排放。

6) 该焦化企业在建设时期没有预留烟气脱硫脱硝和预热回收的位置，该套装置结构紧凑，能够有效利用空间，解决了现场工况的限值问题。

3 改造后效果

焦炉烟气脱硫脱硝技术改造完成后，委托有资质单位进行了专业监测，监测结果表明，焦炉烟囱排放的烟气中二氧化硫排放浓度平均值为34 mg/m3，最大值为38 mg/m3，氮氧化物排放浓度平均值为74 mg/m3，最大值为80 mg/m3，颗粒物排放浓度平均值为12.0 mg/m3，最大值为13.1 mg/m3，污染物排放浓度均到了《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)表5 规定的SO250 mg/m3、NOX500 mg/m3、颗粒物30 mg/m3排放限值要求。具体监测结果见表1.

表1 脱硫脱硝处理设施排气筒出口监测结果表

4 小 结

通过实际操作运行3个月，这套脱硫脱硝系统简单，流程紧凑，占地少，好操作，维护量小，焦炉烟气中二氧化硫和氮氧化物均能稳定达标排放，该建设项目符合国家产业和环保政策，减小了环境污染，较好地改善了企业环境。

参 考 文 献

〔1〕 訾东升.焦化厂脱硫系统改造[J].山西焦煤科技，2014，38(10)：33-34+47.

〔2〕 汤平发,廖旭果,刘孝元,等.2014年高考化学复习试题精粹[J].中学化学教学参考,2014(Z1):65-135.

〔3〕 于守立,王 莉.焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收利用一体化技术的研究[J].低碳世界,2018(02):10-11.