焦化厂焦炉烟气脱硝工艺技术探讨

魏红

山西省焦炭集团有限责任公司 山西省太原市 030002

摘要：随着我国工业经济快速发展，污染物排放量也成比例增长，严重影响着人类乃至动植物的健康成长。近年来，党和政府特别重视环境改善，而且把保护环境作为一项基本国策。习总书记提出“金山银山就是绿水青山”，深刻阐述了工业和环境同步发展的理念。焦化厂焦炉烟气治理特别是氮氧化物治理势在必行，迫在眉睫。本文主要针对焦化厂在进行炼焦生产过程中外排烟气特点，对现阶段脱硝的工艺展开了一定的探究。

关键词：焦化厂；焦炉烟气；脱硝；SCR

焦化厂在具体生产的过程中会进行烟气的排放，其中含有氮氧化物等具有对环境有害的物质。随着近些年来脱硝技术的快速发展，使得焦化厂在进行炼焦的过程中对于氮氧化物等污染物的处理方面提供了有效的手段。

一、焦炉烟气的特点

1.焦炉烟道气温度相对较低，对脱硝催化剂要求高

较300℃以上的电厂烟气而言，焦炉烟气温度一般低于300℃。烟气温度在300℃以下时，常规的中高温催化剂在烟气不经过加热处理的情况下脱硝效率不能满足环保要求。

2.焦炉烟囱必须始终处于热备状态

炼焦工艺要求焦炉烟囱必须始终处于热备状态，焦炉烟囱进口烟气温度必须高于烟气露点温度，且不宜低于130℃。

3.焦炉烟气中的SO₂ 对钒系脱硝催化剂及设备具有一定的影响

目前世界范围内使用的脱硝催化剂基本为钒系催化剂，在钒系催化剂的催化作用下，焦炉烟道废气中会有一部分SO₂被选择性的转化为SO₃，氨气与SO₃反应极易生成硫酸氢铵。该物质非常粘稠且难以清除，粘附在催化剂表面，会影响催化剂脱硝效率。由于焦炉烟气温度低，极易生成硫酸氢铵，会影响脱硝催化剂的脱硝效率及设备的正常运行。

4.焦炉串漏导致焦炉烟气中含有焦油

焦炉实际运行情况表明，随着焦炉炉龄的增长，炉墙串漏不可避免。碳化室内产生的焦油会串入焦炉烟气当中，焦油同样是强粘性物质，对催化剂是潜在的威胁。

二、烟气脱硝工艺及其主要特点

1.烟气脱硝技术简介

有关NOx的控制方法有几十种之多，归纳起来是从燃料的生命周期的三个阶段入手，即燃烧前、燃烧中和燃烧后。当前有关燃烧前脱硝的研究很少，几乎所有的研究都集中在燃烧中和燃烧后的NOx控制。所以在国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施( primary pollution prevention )，主要是低NOx燃烧技术；把燃烧后的NOx控制措施称为二次措施(secondary pollution prevention)，又称为烟气脱硝技术，其中包括选择性非催化还原技术（简称SNCR）、选择性催化还原技术（简称SCR）、固体吸附法、电子束照射法等。

1. 低NOx燃烧技术

低NOx燃烧技术包括空气分级燃烧、燃料分级燃烧、浓氮燃烧、烟气再循环燃烧等几种方式。其中空气分级燃烧方法是燃烧器的空气为燃烧所需空气的85%，其余空气通过布置在燃烧器上部的喷口送入炉内，使燃烧分阶段完成，从而降低NOx的生成量，空气分级燃烧是目前国内外热力锅炉采用最广泛、技术上也比较成熟的低NOx燃烧技术，但存在的问题是二段空气量过大，会使不完成燃烧损失增加，一般二段空气比为15%～20%，煤粉炕由于还原性气氛易结渣，或引起腐蚀。

⑵ SNCR烟气脱硝技术

选择性非催化还原技术（SNCR）是用NH₃、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH₃并与烟气中的NOx进行还原反应生成N₂。

SNCR工艺流程见图1所示。

图1　SNCR工艺流程图

研究发现，在炉膛850～1100℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH₃或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O₂作用，据此发展了SNCR法。主要的还原机理见下面化学反应方程(1)所示，如果温度过高，NH₃会被氧化成NO。

不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗口。NH₃的反应最佳温度窗口为850～1100℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸会增加，也会使NOx还原率降低。NH₃是高挥发性和有毒的物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。

⑶SCR烟气脱硝技术

SCR脱硝原理是利用NH₃和催化剂（铁、钒、铬、钴或钼等碱金属）在温度为300～400℃时将NOx还原为N₂。NH₃具有选择性，只与NOx发生反应，基本上不与O₂反应，所以称为选择性催化还原脱硝法。

SCR技术与SNCR技术的化学反应原理相同，都是在烟气中加入还原剂（最常用的是液氨、氨水和尿素），在一定温度下，还原剂与烟气中的NOx反应，生成无害的氮气和水。主要反应如下：

4 NO + 4 NH₃ + O₂ → 4 N₂ + 6 H₂O

NO + NO₂ + 2 NH₃ → 2 N₂ + 3 H₂O

6 NO₂ + 8 NH₃ → 7 N₂ + 12 H₂O

4 NH₃ + 3 O₂ → 2 N₂ + 6 H₂O

4 NH₃ + 5 O₂ → 4NO + 6 H₂O

在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（850～1100℃）进行。SCR技术采用催化剂，催化作用使反应活化能降低，反应可在较低的温度条件下进行，相当于锅炉省煤器与空气预热器之间的烟气温度。

选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下，NH₃优先和NOx发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不和烟气中的氧进行氧化反应，与SNCR技术相比降低了氨的消耗。

在我国，在拟建设的脱硝装置中，90%以上首选SCR技术。

⑷吸附法脱除NOx法

常用的吸附剂有分子筛、活性炭、天然沸石、硅胶及泥煤等，其中有些吸附剂如硅胶、分子筛、活性炭等，兼有催化的性能，能将废气中的NO催化氧化成NO₂，然后用水或碱吸收而得以回收。吸附法脱硝效率较高，能达到70～80%，但是因单位体积吸附剂的NOx吸附量小，吸附剂用量多，设备庞大，设备成熟度不高，再生频繁、投资运行费用高昂等原因，国内目前仅有2台75t/h锅炉作为试验装置采用此技术，工业应用不广泛。

⑸电子束照射法

电子束照射法脱硝，其原理是利用电子束照射烟气，使生成强氧化性OH基、O原子，这些强氧化基团氧化烟气中的SO₂和NOx、生成硫酸和硝酸，再加入氨气，则生成硫硝铵复合盐。目前，该技术还不成熟，有待进一步开发。

下面从工艺方案灵活性、工艺技术的先进性和可靠性、主要技术经济指标、节能、环保、安全、投资及经济效益等方面，对各种脱硝工艺方案进行对比，对比结果详见表3。

序号	项目	一次措施	二次措施
		低NOx燃烧 技术	SNCR	SCR	吸附法	电子束照射法
1	工艺技术特点	优点：技术成熟，炉内脱硝主流技术 缺点：效率较低，在环保要求较高时，不能满足排放要求，必须结合其它烟气脱硝技术。脱硝效率受锅炉燃煤煤种限制。	优点：不需要催化剂，占地小 缺点：对温度窗口要求严格，容易引起炉壁腐蚀，氨逃逸高，对锅炉下游设备产生不利影响，运行中能耗高，脱硝效率较低， 控制难度大，对运行要求高。	优点：全世界技术最成熟，应用最广泛，对负荷适应性强，脱硝效率最高，可达90%以上，易于控制，灵活可靠。 缺点：需要催化剂，占地大，投资较高。	优点：脱硝效率高，适宜于小规模的排放源，设备简单，易于再生。 缺点：受吸附容量限制，不能用于大容量排放源，再生频繁，投资高	优点：可用于同时脱硫脱硝。 缺点：耗能大，投资高。
2	方案灵活性	受锅炉炉型和燃煤煤种制约，灵活性较差。	受锅炉炉型和燃煤煤种制约，灵活性较差。	不受锅炉炉型和燃煤煤种制约，方案灵活可靠。	未工业化应用，灵活性尚待考证	未工业化应用，灵活性尚待考证
3	运行可靠性	脱硝效率受锅炉负荷及煤种变化影响，当偏离设计值时，脱硝效率会降低。有时不能满足环保排放指标。	脱硝效率受锅炉负荷及煤种变化影响，当偏离设计值时，脱硝效率会降低。有时不能满足环保排放指标。	脱硝效率不受锅炉负荷及煤种变化影响，可根据排放要求调整运行参数，实现达标排放 。	未工业化应用，运行可靠性尚待考证	未工业化应用，运行可靠性尚待考证
4	运行可控性	脱硝效率依靠运行人员经验进行调整，可控性较差。	脱硝效率依靠运行人员经验进行调整，可控性较差。	因有在线调整系统，系统可自动调整，运行可控性高。	未工业化应用，运行可控性尚待考证	未工业化应用，运行可控性尚待考证
5	应用普遍性	普遍采用	一般	普遍采用	未工业化应用	未工业化应用
6	对锅炉本体影响	几乎没有影响	会对锅炉受热面造成腐蚀	几乎没有影响	未工业化应用，对锅炉影响尚待考证	未工业化应用，对锅炉影响尚待考证

表3　各种脱硝工艺方案对比表

由上表对比分析结果可知，中低温 SCR脱硝方法技术成熟、温度区间广、运行成本低、脱硝率高，是焦炉烟气脱硝采用的主要处理工艺，在多数焦化厂已获得了成功的应用业绩和多年的运行经验。

参考文献：

[1]刘传鹏,杨东伟,惠建明,朱国荣,郁鸿凌.烧结余热梯级利用及脱硫脱硝一站式解决方案[J].钢铁研究学报,2016,28(10):50-54.

[2]熊银伍.活性焦联合脱硫脱硝工艺试验研究[J].洁净煤技术,2015,21(02):14-19.

作者简介：魏红（1981-08），女，汉族，籍贯：山西省太原市，当前职称：助理工程师，学历：研究生