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焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术的技术优化

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第10期作者：孔令荣

[导读] 摘要：为使某焦化企业的焦炉烟气污染物排放数值符合GB 16171—2012中特别排放限值要求，在烟气外排前新建一套“选择性催化还原（SCR）脱硝+氨法脱硫”系统。针对企业情况，确定了“脱硝—换热—脱硫”的基本方案及具体工艺流程。

        山东铁雄冶金科技有限公司山东滨州 256200
        摘要：为使某焦化企业的焦炉烟气污染物排放数值符合GB 16171—2012中特别排放限值要求，在烟气外排前新建一套“选择性催化还原（SCR）脱硝+氨法脱硫”系统。针对企业情况，确定了“脱硝—换热—脱硫”的基本方案及具体工艺流程。改造后运行数据表明，利用该系统进行烟气脱硫脱硝后，烟气中SO 2、NO x及颗粒物排放达标，SO 2、NO x 减排率可达90 %以上。
        关键词：焦炉烟气；工艺改造；脱硫；脱硝；除尘
        1.改造前污染物排放量
        某企业现有6座焦炉，年产焦炭近300万t，其中5号、6号焦炉烟气脱硫脱硝改造为本次研究内容，两座焦炉均为5.5捣固焦炉，年产焦炭110万t。改造前焦炉烟气未经处理直接排入大气，按年生产时间8640h，两座焦炉烟气最大处理量2×15万m3/h计算，SO2、NOx及颗粒物年排放量如表1所示：
        表1烟气污染物实际年排放量t
        项目 SO 2 年排放量 NO x 年排放量颗粒物年排放量
        脱硫脱硝改造前 490.92 3 217.71 39.66
        2.改造内容
        为5号、6号焦炉新建一套共用的脱硫脱硝系统，使改造后烟气污染物排放浓度符合《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）的特别排放限值要求，达到国家环保要求。即净化后排放废气中SO2、NOx和颗粒物浓度分别不高于30mg/m3、150mg/m3、15mg/m3。
        3.脱硫脱硝技术选择
        目前，国内外较为成熟的脱硝技术有选择性催化氧化法（SCR法）、选择性非催化氧化法（SNCR法）及湿式脱硝法等，其中SCR法具有脱硝效率高、反应温度及氨逃逸率低等技术优势。所以本次系统脱硝部分技术改造选择SCR法，脱硝剂为外购氨水（wt，20%），脱硝产物（N2和H2O）可通过原5号、6号焦炉烟囱直接外排，具体脱硝反应如下：
        4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O（1）
        2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O （2）
        就脱硫技术而言，氨法脱硫因技术成熟度高、脱硫效率和脱硫剂利用率高、副产物硫酸铵可回收再销售、脱硫同时具有除尘效果等优势而被广泛应用。本次脱硫选择氨法脱硫，脱硫剂同样选择外购氨水（wt，20%）。
        在通入氨量较少时，发生（3）反应，在通入氨量较多时发生（4）反应，（5）反应是氨法中真正的吸收反应。随着吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3数量增多，吸收液的吸收能力下降，此时需向吸收液中补充NH3，反应（6）可使吸收塔内的NH4HSO3转化为（NH4）2SO3。吸收液自塔上部喷淋流入吸收塔下部后，在吸收塔下部鼓入空气，发生反应（7），使（NH4）2SO3转化为（NH4）2SO4。
        3.2脱硝工艺
        分别将两座焦炉烟道翻板前的烟气通过引风机汇合，利用烟气升温系统将汇合烟气升温至250～260℃以满足低温SCR反应的温度，升温后的烟气通过低温SCR脱硝装置，在催化剂的作用下利用外购氨水中的NH3与烟气中NOx反应生成N2和H2O，完成烟气脱硝。此外，在脱硝前加设碳过滤装置，将烟气中焦油、碳灰等过滤掉，保护催化剂。同时，在催化剂模块上方设声波吹灰设施，清扫催化剂表面灰尘。脱硝工艺的关键为脱硝反应系统，主要包括：反应器本体结构、烟气预处理器、整流器、催化剂层、声波吹灰器、催化剂起吊装置、配套结构及平台等。

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反应器水平段安装烟气导流、优化分布装置以及氨和烟气的分布格栅，反应器竖直段装有催化剂床，催化剂布置选用3层的布置模式。催化剂顶部设金属格栅及金属网，防止大颗粒进入催化剂空隙，同时也能减少细小的灰粒在催化剂表面累积，还能起到一定的烟气均布效能，同时提供检查检修的平台。
        3.3脱硫工艺
        脱硝后的烟气与脱硫后低温烟气在烟气再热器内进行热量交换，将脱硝烟气降温到110～160℃，进入后续脱硫塔，利用氨水多级循环喷洒吸收SO2。然后通过湿电除尘对脱硫后烟气中的机械水和含尘颗粒进行脱除，将脱硫后低温烟气再升温至大于130℃，最后通过原有的5号、6号焦炉烟囱分别排放，达到原焦炉烟囱继续使用的目的。脱硫产物为硫酸铵，过程无固废产生，符合循环经济要求，无生活污水和常规生产污水排放。脱硫工艺的核心部分为脱硫塔，塔体材质为碳钢+玻璃鳞片防腐。塔进口设紧急降温喷淋，塔内由下至上依次为：脱硫液段、浓缩段、吸收段、精洗段、除雾段。
        4.脱硫脱硝改造运行效果评价
        系统改造完成后，于2017年9月26日0∶00—10月2日23∶00，系统连续运行168h，利用CEMS监测系统入口和5号、6号焦炉烟囱排放出口处SO2、NOx及颗粒物含量的小时数据波动情况，可有效保证监测数据准确性。
        4.1烟气流量监测
        168h监测期间干烟气流量变化大致平稳，在23万～25万m3/h区间波动。但在9月29日出现数次干烟气流量变小的情况，这主要是当日烟气进口处CEMS孔人为拆卸调整而导致数据波动、监测不准。因此，可以判断干烟气流量在23万～25万m3/h左右。
        4.2SO2实测浓度
        168h运行期间，系统入口SO2含量主要在140～180mg/m3之间波动，脱硫后，5号、6号焦炉烟囱处SO2浓度基本低于30mg/m3。9月30日11∶00在线设备标定完后，5号焦炉烟囱排放数据下降明显，平均下降10mg/m3左右。综合分析可知，改造后的排放废气中SO2浓度＜30mg/m3，脱硫系统改造成功。
        4.3NO x实测浓度
        168h运行期间，系统进口处的烟气中NO x含量主要在1000～1200mg/m3波动。脱硝后，5号、6号焦炉烟囱处基本实现NO x浓度低于150mg/m3的目标，且NOx在线监测数值的涨落变化趋势和符合程度较高。个别时段NOx浓度监测值超过150mg/m3的主要原因是运行过程中更换热风炉的风机膨胀节，造成短时间内停止喷氨，无法及时吸收烟气中的NOx，其余时间均未超标。综合分析，脱硝改造成功。
        4.4颗粒物实测浓度
        168 h 运行期间，系统入口处颗粒物浓度 12～16 mg/m 3，脱硫除尘后，5 号、6 号烟囱出口颗粒物浓度 4～8 mg/m 3。9 月 30 日，烟气进口处 CEMS 孔被拆卸导致若干数据不准，其余时间均未超标。虽然脱硫脱硝前烟气颗粒物含量超标不显著，但通过脱硫过程加设的湿电除尘（雾）装置，可进一步降低体系中颗粒物含量，降低环境污染。综合分析，5号、6 号焦炉烟囱出口处颗粒物浓度<15 mg/m 3，改造成功。
        结论
        某焦化企业5号、6号焦炉系统运行数据表明，脱硫脱硝后外排的净化烟气中SO2浓度＜30mg/m3，NO x浓度<150mg/m3，颗粒物浓度<15mg/m3，达到《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）的特别排放限值要求，且SO2和NO x减排率超过90%，减排效果显著。同时，脱硫脱硝过程主要副产物为具有附加值的硫酸铵，无任何固体废物产生。新系统设计及数据监测符合要求，且具有节能环保等技术优势，该系统的建设还力争为同类型企业的脱硫脱硝除尘工艺提供一定的技术支持。
        参考文献：
        [1]刘永民.焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺探讨[J].河南冶金，2016，24（4）：17-20.