低温SCR技术在焦炉烟道废气治理中的应用

李 妍，刘 耀

（内蒙古包钢庆华煤化工有限公司，内蒙古 包头 014010）

焦化行业是大气污染防治的重点行业之一，焦炉烟囱排放污染物，主要为SO2、NOX及颗粒物，SO2是焦炉加热煤气中所含硫化物燃烧产生的，根据各厂煤气净化的程度和焦炉管理水平，一般在100 mg/m3～600 mg/m3。燃气在焦炉立火道燃烧时会产生NOX，以5.5m（6.05m）捣固焦炉为例，其排放浓度一般在500 mg/m3～1000 mg/m3。

自2015年1月1日起，现有企业执行《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012“表5”（以下简称《标准》）规定大气污染 物 排 放 限 颗 粒 物 30mg/m-³、SO250mg.m-³、NOX500mg.m-³；在国土开发密度较高、环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气污染环境问题而需要采取特别保护措施的地区，执行GB16171-2012“表6”15mg.m-³、SO230mg.m-³、NOX150mg.m-³；规定大气污染物排放限值。目前炼焦行业中以焦炉煤气为热源加热的焦炉，在没有配套建设相关脱硫脱硝设施的情况下，焦炉烟囱大气污染物排放的浓度和总量均超过国家排放标准限值。因此，焦炉烟气能否达标排放，严重制约焦行业污染物达标排放［1］。

1 焦炉烟道废气脱硝的特点及技术瓶颈

焦炉烟道废气温度较低，受焦炉炉型、燃料类型、操作制度、现场管理水平等因素的影响，不同焦化厂焦炉烟道废气温度差别很大，一般在220℃～310之间（电厂烟道废气温度为300℃～400）。如果直接采用电厂烟道废气脱硝所用的催化剂进行脱硝，脱硝效率低，很难满足国家排放标准要求。因此，低温催化剂的研发和选型是SCR技术能否在焦炉烟气治理中应用的核心问题。

2 焦炉烟囱必须始终处于热备状态

焦炉正常生产所需的动力来自于焦炉烟囱产生的热压吸力，烟气温度是产生热压吸力的根本原因，焦炉烟气净化系统一旦发生故障，只有处于热备的焦炉烟囱才能提供热压吸力，使烟道废气应能够迅速排放到大气，保证焦炉生产不受影响。

为达到该工艺控制条件，要求在日常生产过程中，原有烟囱必须保持-350Pa的抽力，即保证焦炉烟囱必须处于热备状态。因此，在保证安全生产的工艺条件下，如何降低能耗指标，使环保设施能够在绿色低碳模式下运行，也是该工艺的能否长期运行的重要制约条件。

3 低温SCR技术在焦炉烟道废气治理中的应用

低温SCR技术在焦炉烟道废气脱硫脱硝中的应用，相当直接地借鉴了成熟的电厂脱硫脱硝流程。从焦炉烟囱出来的280℃～290℃的烟气首先进入SCR反应器在催化剂作用下，还原剂与烟气的NOX发生还原反应生成氮气和水，从而达到脱硝的效果，脱硝后的烟气进入余热锅炉，余热回收后的烟气温度大约在160℃～170℃，此时再进入脱硫塔进行脱硫，脱硫后的烟气经脱硫塔除雾后排入大气。

这种技术存在着一个核心问题，即脱硝反应系统反应温度低，烟气SO2含量高，这样对催化剂的工作环境极为不利。使得催化剂的抗硫性能、低温性能和机械性能等都要达到较高的标准，才能达到目标脱硝效率。因此，SCR催化剂选用特殊的新型低温催化剂，以高比表面积二氧化钛为载体，主要活性成分为稀土，其在180℃～320℃范围都具有很好的催化活性，且脱硝过程中无SO3的转换，大大减少了烟气脱硝过程中硫铵对催化剂及后续设备的影响。

“低温SCR技术+余热回收+烟气脱硫技术”的流程设计，最为直接利用烟道气原有温度进行脱硝，工艺简明，余热回收资源多、效率高。

4 低温SCR技术在焦炉烟道废气治理中的运行实践

以某105万吨/年捣固焦炉为例，工艺主要分为4部分：包括焦炉烟道废气低温SCR脱硝、余热回收、烟气脱硫及副产品硫酸镁回收系统4个单元。

图1 焦炉烟气脱硫脱硝工艺流程

（1）焦炉烟道废气低温SCR脱硝系统。焦炉烟道废气经风机送到SCR反应器。来自液氨储罐的液氨靠自身压力进入蒸发器中，被蒸发器内的热水加热蒸发成氨气；从氨气缓冲罐出来的氨气与稀释风机出来的空气经过混合稀释，通过喷氨系统被注入烟气中。在SCR反应器内氨与氧化氮反应生成氮气和水，反应生成水和氮气随烟道废气进入余热锅炉。反应方程式如下：

4NO+4NH3+O2=6H2O+4N2；NO+NO2+2NH3=3H2O+2N2

以焦炉煤气为热源加热的焦炉烟道气中SO2值普遍偏高，在180℃～230℃温度区间内，SO2易转化为SO3，进而与NH3反应生成粘稠状的硫酸铵盐粘附催化剂，造成管道堵塞和设备腐蚀，催化脱硝效率急剧下降。因此，在SCR烟道入口处设置一台加热炉，通过燃烧产生焦炉煤气与烟气混合后提高烟气温度，除去催化剂表面可能会形成的硫铵盐。

（2）余热回收系统。从焦炉烟道废气脱硝装置来的烟道废气为230℃～310℃，经过热管蒸发器烟气温度降至193℃，进入省煤器余热锅炉给水后温度降至183℃。而后烟气进入空气预热器，利用余热预热新鲜空气至150℃，将热空气送入焦炉烟囱保持烟囱的吸力和温度，达到备热烟囱的目的。烟道废气温度进一步降低至165℃进入脱硫系统。通过余热锅炉和空气预热器两部分，实现对废热烟气的余热利用和焦炉烟囱的备热。

（3）烟气脱硫系统。烟气脱硫系统采用镁法脱硫除尘一体化技术，将氧化镁经过浆液制备系统制成氢氧化镁，吸收浆液在吸收塔内被强烈雾化，浆液形成的液膜、液滴、液雾充满反应器空间，并与烟气充分接触反应，生成亚硫酸镁溶液和硫酸镁溶液，吸收反应完成后烟气经除雾器除去烟气中夹带雾滴。

脱硫塔内烟气和氧化镁浆液采用逆流喷淋洗涤，液气比控制在5L/m3以下（一般石灰石－石膏吸收塔的液气比一般控制10 L/m3左右），其对不同烟气量、烟气浓度烟气的适用范围非常宽，可在30%～110%的负荷范围内进行任意调整，也大大降低了浆液循环所需的能耗。

（4）工艺特点。①采用先脱硝后脱硫的工艺方案，充分利用系统自身热能减少能耗；流程短、占地小；②净化处理后焦化炉烟气，SO2、NOx排放均满足《标准》要求，NOx含量降至450mg/Nm3以下，考虑越来越严的环保要求，远期目标应能降至150mg/Nm3。可实现系统脱硝效率≥80%，脱硫率≥96%。③无废水、固废产生，脱硝装置用催化剂可再生、回收，解决了企业存在的环保风险。④工艺对余热的充分利用和回收七水硫酸镁，在解决环保问题的同时产生一定的经济效益。

5 经济技术指标及污染物减排量

以105万t/a的一组焦炉为例，污染物减排量见表2，经济技术指标见表3。

表2 污染物减排量

表3 技术经济指标表

6 结束语

焦炉烟气脱硫脱硝一体化工艺设计抓住了焦炉烟气治理的关键——中低温特性，充分考虑了焦炉生产对烟气回送温度的要求，能够针对性地解决焦炉烟气SO2和NOX污染物脱除问题。为焦化企业烟气达标排放提供技术支持。