焦化企业焦炉烟气超低排放工艺方案

赵朋飞

(上海电气集团国控环球工程有限公司，山西 太原 030000)

焦化企业的主要生产设施为焦炉，焦炉燃料一般采用焦炉煤气、高炉煤气等，因此焦炉在生产过程中会产生含粉尘、SO2及NOx等污染物的废气，实现焦炉烟气的治理及达标排放是焦化企业环保管理中最重要的部分。如何对焦炉废气进行脱硫脱硝处理已经成为中国环保领域以及世界能源领域需要解决的主要问题[1]。目前焦炉烟气采用的脱硫方法主要包括三大类，分别为湿法、半干法、干法等[2]。脱硝方法主要包括两大类，分别为干法和湿法；干法主要为SCR选择性催化还原法、SNCR选择性非催化还原法等；湿法主要包括碱液、氧化及还原吸收法等[3]。

根据环大气[2019]35号文“关于推进实施钢铁行业超低排放的意见”，全国重点区域范围内的焦化企业要求执行该文件附件2钢铁企业超低排放指标限值“在8%基准氧含量条件下，ρ(颗粒物)≤10 mg/m3、ρ(二氧化硫)≤30 mg/m3、ρ(氮氧化物)≤150 mg/m3”。因此，为减少焦炉烟气污染物的排放，实现超低达标排放，满足国家提出的新标准要求，本文提出了“碳酸氢钠干法脱硫+布袋除尘+SCR脱硝”工艺方案供行业参考。

1 工艺流程

焦炉一般情况下以焦炉煤气作燃料，通过采用炉温自动控制、废气再循环以及多段加热等组合技术，可以使得高向温差减小、火道平均温度降低，通过加大废气循环量、烟道废气回配、空气分段供给等措施可以控制烟气中NOx的质量浓度≤500 mg/m3[4]。本文提出“碳酸氢钠干法脱硫+布袋除尘+SCR脱硝”的焦炉烟气处理方案，即,先对废气中的SO2脱除，然后对颗粒物进行过滤脱除，最后采用NH3为还原剂对NOx脱除，实现达标排放。

本文提出的烟气超低达标排放处理工艺流程见图1[5]。

图1 烟气处理工艺流程图

2 工艺方案概述

焦炉烟气超低排放处理系统主要由脱硫单元、除尘装置、低温SCR脱硝装置、氨气供给系统、脱硫剂研磨输送系统、风机、烟囱等组成。

2.1 脱硫单元

脱硫单元主要包括脱硫剂碳酸氢钠制备系统及二氧化硫脱硫反应系统。

1) 脱硫剂制备系统

碳酸氢钠干法脱硫系统(简称SDS)主要设备的选型及参数会直接影响到脱硫效率的高低。因此，建议选用国外进口的高质量脱硫剂碳酸氢钠及磨粉机。磨粉机对脱硫剂进行研磨时，要控制磨粉温度不得超过60 ℃，否则会导致NaHCO3出现分解，从而导致脱硫剂粘结。采用进口磨机，可以控制磨粉系统出口碳酸氢钠的粒径在600目(25 μm)以下，经过磨粉机处理后合格粒径的碳酸氢钠粉通过配套的喷射系统将其喷入烟道中与烟气进行化学反应脱硫。

2) 脱硫反应系统

通过碳酸氢钠制备系统将脱硫剂喷入焦炉烟气的输送管道中和焦炉烟气直接接触反应，受到高温烟气的作用钠基粉体被激活热分解为碳酸钠，烟气中的二氧化硫与碳酸钠充分接触发生脱硫化学反应，实现二氧化硫等酸性物质的吸收净化，脱硫后的粉状颗粒物随烟气附着在袋式除尘器上，可以继续进行脱硫反应，使得脱硫效率提高，采用该脱硫方案可保证脱硫后烟气中二氧化硫质量浓度≤30 mg/m3。

由于碳酸氢钠干法脱硫位于烟气处理过程的前端，通过干法脱硫后可将烟气中的SO2降低至30 mg/m3以下。烟气脱硝温度位于180 ℃～210 ℃区间，在此温度区间二氧化硫容易被脱硝SCR催化剂催化氧化为SO3，从而与还原剂氨发生化学反应生成硫酸氢铵、硫酸铵等，生成的副反应物容易使得催化剂堵塞，间接导致催化剂中毒，因此，将脱硫装置设置于脱硝的前端，可以对脱硝催化剂起到一定的保护作用，从而为实现SCR脱硝装置的稳定运行创造一定的有利条件。

脱硫化学反应见式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

2.2 除尘单元

考虑到满足国家新标准规定的超低排放指标限值，除尘段建议采用耐高温覆膜式布袋除尘器。该除尘器布袋具有耐高温性(250 ℃)，滤袋材质采用PTFE覆膜玻纤复合针刺毡布袋，根据相关设计规范，在控制过滤风速≤0.8 m/min的条件下，除尘器出口的颗粒物排放质量浓度可实现≤10 mg/m3。

2.3 脱硝单元

1) 脱硝原理

烟气脱硝装置一般以氨或氨水作为还原剂，在SCR脱硝催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物进行脱硝化学反应，生成N2和H2O，实现NOx脱除。建议采用目前国内先进的中低温SCR催化剂，可以实现焦炉烟气温度≥180 ℃时的脱硝效率90%以上。

脱硝化学反应式见式(4)、式(5)。

(4)

(5)

2) 脱硝方案

经过脱硫单元、袋式除尘单元净化后的焦炉烟气，与还原剂氨在管道内进行充分混合，然后进入低温SCR脱硝催化剂装置进行脱硝反应，脱除烟气中的氮氧化物。在脱硝系统配套设置氨分配装置。氨汽化单元送来的汽化氨气送至脱硝装置，配套的氨气分配器可以使得氨气与焦炉烟气进行充分混合均匀，保证气流分布均匀稳定，然后在中低温SCR脱硝催化剂的作用下发生脱硝还原反应。

氨气分配装置主要由两部分组成，包括稀释风机、氨气和烟气混合器。在采用氨气作为还原剂时，稀释风机的作用为稀释减少喷入的氨气浓度，以保证脱硝系统的安全和分布均匀。由于氨的爆炸极限为15.7%～27.4%(空气中体积分数)，为确保安全，采用稀释风机对喷入的氨气进行稀释，稀释后的氨体积分数按≤1.5%进行设计。稀释风机的气体采用净化处理后的焦炉烟气，由于这部分烟气温度较高，可以对后续的脱硝反应起到有利作用。稀释后的氨气送入氨气分配器，用以脱硝。氨气和烟气混合器的主要作用是实现喷入的还原剂氨和焦炉烟气的充分混合均匀。氨气和来自稀释风机的净化烟气充分混合均匀后，送入中低温SCR脱硝反应器进行催化还原反应。

采用该脱硝方案，可确保烟气中氮氧化物质量浓度≤150 mg/m3。

3 结语

环大气[2019]35号文对焦炉烟气提出更为严格的排放限值，本文提出的“碳酸氢钠干法脱硫+布袋除尘+SCR脱硝”工艺方案，借鉴了国内焦化行业当前的先进技术工艺，可以实现焦炉烟气的超低达标排放，满足新的环保管理要求。