冶金企业焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术

甄 超

伴随我国冶金企业的不断进步与发展，炼焦制气节能减排技术显著提升。焦化产业发展，带来了许多环境污染问题，环境保护单位越来越关注各种硫化物污染排放和NOx的污染排放问题。近年来环境保护部门对工业生产的排放指标要求越来越严格，在此背景下，本文重点讨论焦化企业脱硫脱硝工艺技术，从节能减排和环保性能角度出发进行技术改造和相应环境改善措施分析，希望所有焦化企业选择适合本单位的生产技术，以完成环保节能排放的目标。

1 焦炉烟气概述

在储存燃料区进行生产工作，会直接从走廊将燃料运输到固定位置，输入到碳化室以及进行高温处理的过程中就会形成焦炭，在这种情况下也会紧接着产生焦炉烟气脱硫脱硝烟气。而在不断进行高温加热的过程中，也会通过一定的装置将所产生的气体输送到合适的燃烧室中，通过进一步的燃烧以及通道处理工作将这些气体排出室外。而焦炉所产生的烟雾除了会有各种各样的混合物之外，还会产生一系列的气体，特别是对于氮化物以及氧化物来讲要想顺利排出室外，就必须经过脱硫脱硝处理工作之后才能达到这一目的。而我们在对焦炉烟气进行高温燃烧处理的过程中，由于烟气内部存在一定含量的二氧化碳，燃烧过程中必定会产生较多的氢气，氢气对于加快燃烧的速度有着一定的作用，而这时氧气与氮气必定会在高温作用下发生一定的氧化反应，这也是二氧化氮的由来。而站在实际情况去对焦炉内部的烟气进行分析之后发现，其主要具备以下几种特点：①烟气具有较高的温度，一般情况下控制在250℃左右。②焦炉烟气所包含的混合物以及气体非常复杂，而其中含量最高的则属于二氧化硫，而二氧化硫在发生一定反应的情况下对于整个管道的质量将会产生非常不利的危害。③由于焦炉的烟气温度长期处于过高的状态下，这时只有保证交流管道的温度与烟气温度处于相差不高的情况下才能够保证整个系统顺利运转。除此之外，还需要站在整体烟气脱硫脱硝的工作过程中进行分析，避免有其他不良因素出现而影响到整体的工作状态。

2 现状分析

2.1 焦化行业SO2及NOx排放现状

矿物燃料在实际生产的过程中必不可少会对环境产生一定的污染，而其中所产生的焦化物质是污染最主要的部分，而在冶金企业中焦炉烟气又是最为主要的一部分内容。整个污染源中大概有60%的SO2来自于焦炉烟气中，其中这些烟气的NOx也高达90%。而影响焦炉烟气中SO2浓度的因素有很多，除了燃烧种类以及燃料氧浓度会影响SO2浓度之外，焦炉窜漏状况也会使其受到一定的影响。而空气过剩系数以及燃烧温度等均可影响NOx的浓度。如果在进行燃烧的过程中选取焦炉烟气作为主要技术进行实际工作，那么所排出的烟气SO2排放浓度以及NOx排放浓度就会达到较高的含量值。而在选取低热值烟气进行燃烧工作的过程中，SO2排放浓度以及NOx排放浓度与焦炉烟气为核心燃烧时所产生的各部分浓度均会得到大大的降低。但是以上两种燃料在进行工作的过程中所产生的SO2排放浓度以及NOx排放浓度与国家的标准还仍有差距，只有采取合适的脱硫脱硝技术才能够保证SO2排放浓度以及NOx排放浓度达到标准。

2.2 冶金企业烟气中脱硫脱硝的要求及原则

焦炉的烟气排放量与传统的冶炼炉和烧结机相比少的多，但是排放出的烟气成分构造比较复杂，特别是所排放出的SO2和NOx对于整个环境会产生非常不利的影响，所以必须站在生产情况变化的角度上来选择合适的工艺设计。只有在烟气排放量达标的情况下，才能够进行实际的生产工作，而这一工作则需要重视冶金企业烟气脱硫脱硝。一方面需要保证所选取的生产工艺具有一定的安全性，而在烟气进行排放的过程中，要对其产生的压力进行良好的控制，否则将会加大安全事故发生的几率，而由于整体脱硫脱硝烟气处理工作需要在一个高温环境下进行，在实际开始工作之前，需要保证烟筒的管道处于一个预热的状态，避免有相应事故的发生。另一方面在完成烟气脱硫脱硝工作之后，还需要保证烟筒所排出的烟气温度处于140℃以上。

3 冶金企业焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术

3.1 干法脱硫工艺技术

对于干法脱硫工艺技术来讲，下面将从技术原理以及主要特点和优势、劣势上进行分析。技术原理：首先在实际工作的过程中，碳酸钙会喷入到炉膛中进行高温燃烧处理工作，再经过一系列工作之后碳酸钙会分解为氧化钙，氧化钙又会与烟气中所产生的二氧化硫发生一定的化学产生硫酸钙；或者还可以选取活性炭吸附电子束照射方法来将二氧化硫转化为硫酸或者硫酸铵，以上两种方式均可达到想要的效果。主要特点：这一技术主要可以分为半干法烟气脱硫工艺以及肝法烟气脱硫工艺。这两种工艺在进行工作的过程中，均可以保证焦炉烟气与固体碱性吸附剂进行结合之后产生硫酸盐。而所添加的固体碱性吸附剂需要提前将其处理为粉末状态，粉末状态对于保证整体烟气脱硫的效果有着十分重要的作用；而我们在使用半干法脱硫工艺进行工作的过程中，在加入碱性物质之后整个表层结构将会产生液膜，这时二氧化硫与液膜进行结合便会使得烟气脱硫的效率得到提高；而需要保证整个烟气处理环境处于较为干燥的状态时才可以使用干法脱硫工艺进行工作。优势：干法脱硫工艺自身具备较强的传热传质交换性，这是其他焦炉烟气脱硫工艺无法达到的状态，同时在实际运行的过程中所使用的资金成本较低又能够保证整个锅炉效率得到提高。劣势：在实际使用该工艺技术进行工作的过程中，需要运用到大量的设备以及设施，这时就需要占用很大的土地面积，同时整体工艺处理的过程中效率也不尽人意，烟气中的含尘量也较高。

3.2 半干法SDA脱硫+低温SCR脱硝技术

半干法SDA脱硫+低温SCR脱硝技术主要是将烟气中的SO2在一定条件下转变成亚硫酸，并且与水中的氨进行融合发生一定化学反应产生硫酸铵，这时整个烟气中的SO2便可以轻松出去。我们可以从以下四个特点来详细分析该技术：①这一技术具有较快的化学应速率以及较高的吸附剂利用率，这种情况下脱硫效率必然会不断提高。②焦炉烟筒排出口位温度常常处于较高的状态，这时脱硝的效率也会得到提高。③通过有效的利用焦化中所产生的氨水来二次利用废气，这对于降低经济成本有着十分重要的作用。④这一技术一般会选取高于漏点的位置进行脱销工作，这时对于整体装置的影响力度便会降到最低。但是这些技术有也有一定的缺点，比如我们在使用湿法脱硫进行工作的过程中会对装置产生一定的腐蚀，此时如果再有氨法脱硫导致氨气泄漏的问题就会引发脱硝催化剂中毒的情况。而在使用脱硝催化剂的过程中出现堵塞现象的几率非常高，这时催化剂的使用效果便会受到大大的影响。

3.3 湿法脱硫

湿法脱硫工艺在世界上有各种各样的形式，但是都具有差不多的工作原理。大多数湿法脱硫工艺都是运用碳酸钠或者石灰石等一些物质来当作洗涤剂，并且通过在反应塔中洗涤这些烟气来达到消除烟气中硫氧化物的效果。目前这些方法已经在世界上运用了50年，在这50年内这一工艺技术也得到了不断的发展完善。慢慢地这一脱硫工艺已经达到了95%以上的脱硫效率。同时这一工艺在实际使用的过程中对于成本的要求并不高，对于一些副产品还可以进行回收利用，大大降低了成本问题带来的压力。而在湿法脱硫领域中石灰石湿法脱硫工艺由于自身吸附剂成本较低已经得到了广泛的应用。对于一些高浓度二氧化硫处理工作这种石灰石湿法脱硫工艺也能够达到其相应的要求。但是在对这一工艺进行基础建设的过程中需要较高的资金成本，而在脱硫完毕之后其产生的废水又具有一定的腐蚀性，对于石灰石的需求量也非常高。而目前氨脱硫技术是冶金企业广泛使用的一项工艺技术。这一技术可以充分利用冶金企业回收处理系统来保证管道中的氧气与其发生一定的化学反应，这时便会产生一定含量的硫酸氨。与此同时，还可以选取氨水等来作为反应的脱硫剂来使得整个机器的负担得到大大的降低。而在对烟道气进行洗涤的过程中一般会采用液体吸收剂来完成，这对于除去烟道气中的氧气有着十分重要的作用。这一工艺所使用的机械较为简单，利于相关工作人员进行日常的工作，并具有较高的脱硫处理效率。但是这种工艺方式不能在同一时刻进行处理工作，只能够对一部分进行单独的处理；而在氨水质量的不断影响下，复产硫酸铵肥料的纯度也出现了一定的问题。这时可以通过使用陶膜覆盖的方式来经过过滤之后达到标准要求并够投入使用；同时我们还需要通过安装发热零件来避免在工作的过程中有拖尾的情况发生；而实际工作的过程中硫酸氨盐西服在塔壁或者喷管上形成结晶，这时如果不及时进行处理，那么对于管道将会产生非常不利的影响，所以要尽可能地选取一些防腐或者清洁的设备来进行工作。

3.4 焦炉烟气脱硝技术

低氮燃烧技术、氧化脱硝技术以及低温选择性催化还原技术均属于焦炉烟气脱硝技术的范围内，在这几种技术中低温选择性催化还原技术相对于其他几个技术来讲具有较好的脱硝效率。上个世纪70年代在日本已经广泛应用这种低温选择性催化还原技术来达到脱硝的目的，特别是在各个夜间企业和电厂发电企业中使用更为广泛。而我国目前所使用的烟气脱硫脱硝技术中低温选择性催化还原技术的使用也较为频繁，但是对于焦炉烟气冶炼中的脱硫脱硝工艺领域来讲，对相应温度的要求比较高，而这一工艺与所要求的温度不达标，所以在实际使用的过程中，只有严格控制烟气中的温度，才能够更好地使用这一技术进行工作。

3.5 脱硫脱硝一体化技术

脱硫脱硝一体化技术对于全面提高脱硫脱硝效果有着十分重要的作用，而这种技术对于更有效的提高脱硫脱硝的水平，并且更有效地控制烟气的污染程度也是十分重要的。首先一部分冶金企业在实际进行脱硫脱硝工作的过程中，会选择先脱硝后脱硫的方式来进行工作。而如果单独使用煤气进行工作，那么必然会提高二氧化硫的质量浓度，最高时可达800mg/m3，这与标准的二氧化硫的浓度相差较大，所以二氧化硫的处理工作是非常重要的。而在进行处理工作的过程中，可以使用低温催化剂的方式来降低脱硝催化剂的活性，只有这样最后的脱硫工作才能够顺利地完成。此外，在实际使用脱硫脱硝一体化技术的过程中，需要根据现场的实际情况来选择安全性较好的污染物控制技术方法来结合运用。其次对于焦炉SO2、炼焦粉尘颗粒物质控制技术来讲，主要可以分为湿法、半干法、干法三种不同的使用内容。如果能够按照实际的工作状态来合理选择合适的技术可以保证脱硫率得到不断的提高，最高可达到96.25%。而在使用湿法工艺完成相应的脱硫工作之后，温度不高于55℃。也就是说这一项技术可以有效的控制净烟气的温度。但是在烟气温度不断升高的情况下，整个系统的运行情况所需要的成本是较高的，因此对于焦化行业并不推荐使用湿法脱硫技术来进行工作。除此之外，可以站在实际施工的需求上来合理选择半干法脱硫工艺，这时可以通过使用旋转喷雾半干法脱硫布袋除尘的方式来达到脱除硫化物的效果，这样的工作模式更加符合实际工作情况的要求。最后焦炉NOx控制技术通过控制燃烧后烟气方法来提高整体脱硫脱硝的效果。一般情况下会选取吸收法或者固体吸附法的方式来实现脱销的目的。

4 常见的焦炉烟气脱硝工艺

4.1 SCR法脱硝

SCR法脱硝工艺是一种比较常见的焦炉烟气脱硝工艺，又名选择性催化还原法。其主要有以下几种特点：这种SCR法脱硝工艺在不断发展完善的情况下已经逐渐趋于成熟，与其他几种脱销方法相比其应用范围最广，且具有较高的脱销效率。这种方法主要是通过运用一定的催化剂来将烟气中的NOx还原为氮气和水，但是这一工作需要在特定的温度下来进行。而在进行催化的过程中，整体温度可能会控制在320℃～400℃之间，可以通过实际的情况来适当地加大催化剂的含量以此来使脱销效率得到不断的提高。

在运用SCR脱销工艺进行工作以及选择催化剂的过程中，一定要站在烟气温度的角度上合理选择。由于该技术需要控制在320℃～400℃之间，所以在催化的过程中发生的催化反应时的温度也要控制在这一范围内，温度的不断变化可能会影响到脱销的效果。因此，为了能够使焦炉中烟气的温度达到标准，可以通过安装烟气加热系统来达到这一目的。在经过相应催化反应之后会生成N2和H2O，这些反应物不能够回收二次利用，所以在实际使用的过中需要消耗掉大量的成本。而在经过不断改善的情况下所研究出的SCR法脱硝工艺对于温度的要求得到了不断的降低，可以保证温度控制在30℃左右，但是这种工艺并没有实际投入到工业装置中。但是这种工艺方式可能会出现催化剂中毒的现象，对于催化剂的性能产生了非常不利的影响。

4.2 先脱硝后脱硫工艺

先脱销后脱硫工艺顾名思义就是先将焦炉烟气中的硝含量进行不断降低，之后再进行脱硫工作。而第一部分工作是将未将经处理的焦炉烟气温度合理控制在180℃到300℃之间，之后再结合低温SCR脱硝方法并加设烟气加热系统来保证整个烟气的温度达到相应的目标，在这种情况下，整个脱销反应才可以更加顺利地进行。经过脱硝工作之后的烟气便可进入到余热锅炉中进行余热回收利用工作，最后便可以使用湿法脱硫方式来达到相应的目的。但是在实际使用这种工艺进行工作的过程中会存在以下两个问题：由于焦炉烟气中存在二氧化硫以及焦油等物质，而如果在温度处于180℃～230℃区间的情况下，二氧化硫就可能与氨气发生反应，这时所产生的硫酸铵以及硫酸氢铵就会附着在催化剂表层中，可能会引发催化剂失去活性出现，甚至还有可能出现腐蚀设备或者阻塞管道的问题。所以一般可以通过增加郊游预处理和热风解析系统来缓解这些问题，保证整个催化剂的表层更加的干净。另一方面，湿法脱硫在经过一定的司法工艺处理工作之后，整个烟气的温度会从60℃降低到45℃，在这种情况下，如果不对其进行加热处理工作，那么在这些气体进入烟囱之后出现的酸雨就会腐蚀烟囱，在这种情况下，烟气扩散的效率就会得到大大的降低。这时只有通过加热净化后的烟气来保证烟囱的顺利运行。

5 工艺设计比较和改进

二氧化硫浓度小于30mg/Nm3、二氧化氮浓度小于150mg/Nm3，这是我国烟气排放的标准值，也就是说只有相应浓度处于标准范围之内才可以进行排放工作。所以，冶金企业生产过程中产生的烟气只有通过一系列脱硫脱硝系统的工作并保证各项数据达标之后才可以进行排放。而先脱硫后脱硝工艺就是在完成脱硫工作之后，不断降低烟气中二氧化硫的浓度，在这种情况下进行脱销工作之后所产生的硫酸氢氨以及硫酸铵含量就会得到大大的降低，这对于更加充足的保证催化剂的活性是十分重要的。除此之外，先脱硝后脱硫技术的焦炉烟气温度一般会控制在280℃左右，这种温度刚好可以运用低温的SCR方法来进行脱硝工作，经过脱硝工作之后的烟气便可进入到余热锅炉中进行余热回收利用工作，最后便可以使用湿法脱硫方式来达到相应的目的。

6 结语

为及早贯彻落实冶金企业焦炉烟气“近零排放”处理目标，实现人与自然的和谐共处，提高生态环境防治力度与污染源控制力度，各冶金企业必须分析总结当前应用的各项焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术，采取各项技术优化措施，不断改进工艺流程，为烟气脱硫脱硝工作的有序开展提供前提基础与技术支持。