焦炉烟道气脱硫脱硝技术路线探讨

2021-03-08余志刚

工程建设与设计 2021年2期

余志刚

（中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉430205）

1 引言

我国现有800 多家焦化厂，2 000 多座焦炉，焦炭产能高达4.5×108t/a，其中多数焦炉没有烟气余热利用和脱硫脱硝装置，不仅大量250～320℃高温烟气直接排放，浪费能源，焦炉烟道气中含有的大量SO2和氮氧化合物还会在大气中形成酸雨或酸雾，造成环境污染。目前，焦炉烟道气已成为我国主要大气污染源之一，通过焦炉烟道气脱硫脱硝能大幅降低污染物排放，改善大气质量，对构建天蓝水绿美好环境，促进社会经济可持续发展具有重要意义。

2 工艺路线选择的原则

焦炉的脱硫脱硝需要重点关注以下几点原则：（1）经脱硫脱硝除尘后的烟气应满足GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》中规定的特殊地区排放限值，排放指标如表1 所示。系统年运行率：设备运转率为24h/d，全年运转率不低于95%。（2）焦炉加热系统煤气种类的变换及加热系统定时切换，导致的烟气量及污染物浓度的变化，脱硫脱硝除尘装置需要满足各种工况条件。（3）焦炉加热系统为自然通风的形式，要求选择的脱硫脱硝除尘装置具有独立的动力源，克服系统自身的阻力。处理装置故障状态时，可以迅速切换至原有烟囱，原有烟囱要始终保持热备状态，保证焦炉的安全生产。（4）焦炉为连续生产的工业窑炉，要求脱硫脱硝除尘装置故障及维修时有相应的预案，不影响焦炉的正常工作。（5）受现场场地的局限性，装置占地以能布置下且占地小为首选原则。（6）脱硫脱硝除尘脱硫副产物、固废及废水均须有相应的处理方案。

表1 烟气排放指标

3 几种焦炉烟道气脱硫脱硝工艺比较

3.1 SDS 脱硫+布袋除尘器+中低温脱硝工艺

工艺流程说明：焦炉烟道气—SDS 脱硫反应器脱硫—布袋除尘器除尘—烟气加热器—SCR 脱硝反应器脱硝—余热回收锅炉余热回收—原烟囱排放。

技术优点：（1）干法脱硫，脱硫剂为碳酸氢钠，烟气基本无温降，能保证烟囱安全热备状态；（2）低温脱硝在脱硫后，烟气中SO2含量低，催化剂表面不易形成硫酸氢铵，催化剂不易中毒，能保证系统的脱硝效率；（3）脱硫脱硝系统简单、投资少、阻力低、运行费用低、占地小；（4）系统不耗水，尤其适合缺水地区；（5）不存在废水、白烟、腐蚀，无其他环保敏感热点问题。

技术缺点：（1）对脱硫剂碳酸氢钠品质要求高，来源受限；（2）不适合高浓度SO2，尤其SO2浓度≥500㎎/m3，不宜采用；（3）干法脱硫，气固反应，脱硫效率不高，目前最高脱硫效率只能达到90%；（4）脱硫副产物为NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，目前产物没有较好的运用前景，只能堆放或填埋，存在固废的二次污染的风险。

3.2 SDA 半干法+布袋除尘器+中低温脱硝工艺

工艺流程：焦炉烟道气—SDA 半干法脱硫反应器脱硫—布袋除尘器除尘—烟气加热器加热—SCR 脱硝反应器脱硝—余热回收锅炉余热回收—原烟囱排放。

技术优点：（1）半干法脱硫，脱硫剂为碳酸钠，脱硫后温降20～30℃，能保证烟囱长期处于安全热备状态；（2）脱硫效率高能达到95%以上的效率；（3）低温脱硝在脱硫后，烟气中SO2含量低，催化剂表面不易形成硫酸氢铵，催化剂不易中毒，能保证系统的脱硝效率；（4）系统相对稳定简单，投资较高，占地适中；（5）不存在废水、白烟和腐蚀；（6）适应负荷范围比较广，运行业绩较多。

技术缺点：（1）脱硫后有小幅温降，为保证脱硝运行窗口，有时需烟气加热，需消耗较多的高炉煤气或焦炉煤气。（2）脱硫副产物为NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，目前产物没有较好的运用前景，只能堆放或填埋，存在固废的二次污染的风险；（3）相比干法脱硫，投资费用会高，运行费用适中。

3.3 活性焦脱硫脱硝工艺

工艺流程：焦炉烟道气—余热锅炉降温—活性焦吸附塔脱硫脱硝—原烟囱排放。活性焦吸附塔内双级反应层同时进行脱硫脱硝。吸附饱和的活性焦通过物料输送设备提升至再生塔加热再生，释放出高浓度SO2混合气体。

技术优点：（1）系统稳定可靠，脱除效果好，脱硫率可达99%以上，脱硝率可达80%；（2）多污染物综合脱除，系统可模块化设计一次性投入多种回报；（3）干式处理，净化过程中无废水、废渣产生，无二次污染；（4）干法脱硫，排烟温度高；能保证烟囱长期处于安全热备状态；（5）流程简单，工况适应性强，维护检修量少；（6）SO2能回收，可资源化利用。

技术缺点：（1）由于是协同治理，含高浓度的SO2的烟气治理时，会影响NOx的脱除效率；（2）由于活性焦空速较低，净化反应器体积偏大；（3）初次装填活性焦量大，活性焦成本和系统初投资较高；（4）加热再生造成活性焦损耗和加热能耗较大。