焦炉烟道气脱硫脱硝除尘技术应用

　　炼焦行业中焦炉煤气燃烧给焦炉加热时会产生大量的大气污染物，包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及烟尘等，此类污染物经焦炉烟囱呈有组织高架点源连续性排放至大气中，对环境造成严重污染，尤其是SO2和NOx这两类有害气体不仅会形成酸雨，破坏臭氧层，而且还是PM2.5的主要气态物质，严重危害人体健康。鉴于此，国家于2012年6月颁布了《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)，明确规定了现有焦化企业2015年1月1日后焦炉烟道气中污染物的排放限值和特别限值，部分地区更是提出了更为严格的要求，以临汾市为例，《临汾市大气污染防治2018年行动计划》里明确要求：焦化行业分步实施大气污染物特别排放限值改造，2018年10月1日前50%的焦化企业完成大气污染物特别排放限值改造，2019年10月1日前全市焦化企业全部完成大气污染物特别排放限值改造。

　　在此严苛的环保形势下，位于临汾市洪洞县的山西焦化股份有限公司新上了脱硫脱硝工艺装置，山西焦化股份有限公司2#、3#焦炉烟道气中前期NOx、SO2及颗粒物的排放量分别为1 200mg/m3、200mg/m3 和30mg/m3，不能满足炼焦化学工业污染物排放标准(GB16171-2012)的要求，因此山西焦化股份有限公司于2018年6月建成了焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收工艺装置，该工艺采用“SCR脱硝+余热回收+半干法脱硫”的路线，保证了出口NOx、SO2及颗粒物排放量分别低于150、30、15mg/m3。

　　1 工艺流程

　　脱硫脱硝与余热回收工艺流程示意图，如图1所示。焦烟道气自2#、3#焦炉原有地下烟道分别引出汇合经脱硝预处理后，进入脱硝系统，在脱硝反应器上游设置喷氨格栅，将氨气送入烟气中充分混合，混有氨气的烟气进入脱硝反应器中，在催化剂作用下进行还原反应生成N2和H2O，经过脱硝后的烟气继续进入热管式余热锅炉进行热量回收，产生的饱和低压蒸汽输送到公司热力管网，冬季供居民采暖使用，降温后的烟气则进入脱硫系统，脱硫系统采用半干法脱硫，脱硫后的烟气经除尘后通过引风机增压排放至原有烟囱，实现烟气的达标排放。

　　1.1 烟气脱硝系统

　　本系统选择中低温SCR脱硝技术，还原剂采用NH3。其脱硝的原理是NOx在催化剂作用下，在一定温度条件(中低温230℃～300℃)下被氨气还原为无害的氮气和水，不产生二次污染，SCR 脱硝的化学反应式见式(1)～式(5)：

　　4NO+4NH3+O2——4N2+6H2O(主反应)(1)

　　6NO2+8NH3——7N2+12H2O (2)

　　6NO+4NH3——5N2+6H2O (3)

　　NO+NO2+2NH3——2N2+3H2O (4)

　　2NO2+4NH3+O2——3N2+6H2O (5)

　　来自液氨站的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合后与焦炉烟道气一起进入SCR脱硝反应器，反应器内混合烟气竖直向下流动，反应器入口设有气流均布装置和整流装置，确保混合烟气流场均匀；反应器内装有专用的中低温催化剂，催化剂的活性温度230℃～300℃，催化剂能够满足烟气最大量时脱硝效率达到87.5%以上的需求，同时SO2/SO3的转化率控制在1%以内。另外，催化剂采用“2+1”布置方式，具有较高的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性，从而保证了SCR脱硝反应器出口氨逃逸不大于10×10-6。该SCR脱硝反应器适应焦炉50%～100%工况之间任何负荷运行。

　　1.2 余热回收系统

　　余热锅炉采用立式布置，自脱硝系统处理后的烟道气竖直进入锅炉蒸发器、省煤器后进入后续脱硫系统。来自供气的除氧水进入省煤器，预热后送入锅筒。在锅筒内部汽水通过上升、回流管路参与蒸发器换热面的吸热循环，产生压力0.8MPa饱和蒸汽，经气液分离后输出，输出饱和蒸汽外送至蒸汽管网。锅筒、蒸发器、省煤器设有排污口，可定期清除内部残留污物及水垢。锅炉系统中共设置两个安全阀，在系统超压0.85MPa时，安全阀自动依次起跳，泄放压力，保证锅炉系统安全，当系统压力恢复正常时，安全阀回座。

　　1.3 脱硫除尘系统

　　烟道气从底部进入脱硫塔，与再循环灰和添加的碳酸钠溶液进行反应，反应除去烟道气中的SO2和其他酸性物质后烟道气到达脱硫塔顶部，供应的碳酸钠通过真空上料机送进碳酸钠粉仓，碳酸钠粉通过粉仓底部的星型卸料阀送至碳酸钠溶液箱内，在溶液箱内与水搅拌制成一定浓度的碳酸钠溶液，碳酸钠溶液通过多级离心泵打入脱硫反应器，通过调节溶液输送管道上的调节阀改变进入脱硫塔的碳酸钠溶液量，以达到最佳的雾化效果。反应后的烟道气以混合物形式从脱硫塔顶部离开进入布袋除尘器，在布袋除尘器进行气体和固体进行分离，分离的固体大部分通过螺旋输送机回到脱硫塔继续脱硫，少部分通过螺旋输送机出口的分料阀送至灰仓，灰仓内物料达到一定高度后经散装机通过运输车外送。布袋除尘器出口的烟道气粉尘含量降低到<15mg/m3，除尘后的烟道气经过引风机送入原有烟囱。净化烟道气的排气温度在140℃以上，不会在烟囱周围产生烟囱雨，并可以避免烟气温度低于酸露点而引起的烟囱腐蚀。

　　在脱硫塔内，碳酸钠浆液与脱硫塔内烟气接触迅速完成吸收SO2的反应，在低温降下具有极高的SO2脱除效率，由于喷入塔内的碳酸钠浆液是小雾滴，因此完成脱硫反应后的脱硫产物也为极细的颗粒，并且完成反应的同时也即迅速干燥。碳酸钠转化成亚硫酸钠和硫酸钠的反应方程式，见式(6)～式(7)：

　　SO2+Na2CO3 →Na2SO3+CO2 (6)

　　2Na2SO3+O2 →2Na2SO4 (7)

　　2 技术特点

　　(1)直接利用焦炉烟道气原有温度进行脱硝，最大程度的保证了脱硝温度在较高的温度范围内，同时免去了对烟气进行加热产生的能源消耗，且烟气经过SCR反应器后，温度损失5℃～10℃，不影响后序余热回收系统运转，符合热能回收利用的要求；(2)余热回收系统可以对焦炉尾气显热高效回收利用，实现了按温度梯度进行热量梯级利用，符合国家对企业环保节能的要求；(3)脱硫系统脱硫效率高。

　　3 工艺运行指标

　　截止到2019年2月，装置已运行半年多，取得了良好的效果，焦炉烟气各项污染物如NOx、SO2和粉尘质量浓度均符合《炼焦化学工业污染物排放标准》排放限值规定，脱硫脱硝除尘工艺性能参数，如表1所示。

　　4 结语

　　山西焦化股份有限公司焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收技术工艺流程设计简单，布置合理，占地面积小，能耗低，热能回收充分，运行成本低，烟道气治理效果好，可有效提升企业环保管理水平和治理能力，该套技术的成功投用，为焦化行业相关企业焦炉烟道气脱硫脱硝提供了经工业验证的技术选择。