焦炉烟气脱硫脱硝技术的应用实践

郭致富

中国二十二冶集团有限公司

摘要：近年来，我国的焦化行业有了很大进展，对焦炉的应用也越来越广泛。焦化行业污染物排放量较大,国家对烟气排放要求日趋严格。本文首先对捣固炉脱硫技术概述，其次探讨焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝技术的应用，最后就脱硫脱硝技术效果分析，从而最大限度地利用烟气温度梯度,减少能源消耗。

关键词：焦炉煤气；干法脱硫；精脱硫

引言

目前焦炉烟气净化新建装置主要是借鉴电厂、钢厂的烟气脱硫脱硝技术,结合焦炉自身工艺的特点组合而成。但焦炉烟气与电厂、钢厂烟气相比差异较大,焦化企业需要根据不同的焦炉工艺、烟气特点,选择不同的工艺路线。

1焦炉烟气的特点

焦炉烟气与其他各种工业窑炉特别是大中型电厂锅炉烟气相比，有着许多明显的区别,主要表现在以下几个方面：（1）烟气温度较低，处于280℃~310℃。（2）烟气水含量较大。焦炉煤气的可燃成分以H2和CH4为主，燃烧后烟气中的水蒸气体积分数可达15%。（3）NOx含量高。焦炉烟气中NOx质量浓度约1000mg/m3，应用了烟道废气回配控硝技术后，其质量浓度仍在450mg/m3~500mg/m3。（4）SO2含量较低。焦炉煤气回炉燃烧之前已经过化产回收装置脱除硫分，焦炉烟气中SO2质量浓度在40mg/m3~50mg/m3。（5）烟尘含量低。焦炉燃烧的焦炉煤气基本上没有携带粉尘，焦炉烟气粉尘质量浓度一般在25mg/m3左右。（6）焦炉存在串漏问题。由于焦炉炭化室墙面存在不同程度的裂纹或缝隙，不可避免存在串漏问题，导致烟气中焦油、炭粉、煤粉等有害燃烧成分增加，从而引起NOx和SO2含量发生变化。（7）焦炉加热换向过程会造成焦炉烟气排放量及烟气中NOx含量均呈周期性波动，波动的极值差别较大。（8）由于焦炉连续生产的特性，焦炉烟囱需长期处于热备状态，烟气排出温度不得低于140℃，且不能低于烟气的露点温度。

2焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝技术的应用

2.1脱硫技术

焦炉烟气中SO2来源包括焦炉加热用煤气中的H2S、有机硫燃烧生成的SO2以及炭化室荒煤气串漏进入燃烧室生成的SO2。目前常见的脱硫技术分为湿法、半干法、干法。湿法脱硫技术主要有钙法、双碱法、氧化镁法、氨法;半干法脱硫技术主要有循环流化床法(CFB)、喷雾干燥法(SDA);干法脱硫技术主要有碳酸氢钠干法(SDS)、活性焦法等。若采用精脱硫后的煤气作为焦化企业的燃料,则焦炉烟气中的SO2含量一般较低,对脱硫效率要求不高,结合上述各脱硫技术的特点,半干法(CFB/SDA)、干法脱硫(SDS)技术在焦化行业应用更为广泛。对于采用荒煤气作为燃料的新型焦炉,由于焦炉烟气中的SO2含量较高,可采用湿法脱硫技术或CFB脱硫技术。

2.2除尘技术选择

脱硫塔入口烟气含尘质量浓度≤25mg/m3，颗粒物的含量不高，脱硫塔兼具除尘作用，其移动塔床层一般由脱硫剂颗粒散堆布置而成，可以归类为颗粒层除尘器。含尘气体与脱硫剂层之间依靠惯性碰撞、扩散、截留、筛分和吸附等作用，可将烟气中颗粒物质量浓度脱至10mg/m3。

2.3加氢催化剂结焦的分析

由生产经验得到，对于一级加氢催化剂需要定期更换，这是因为催化剂结焦降低其阻力值和加氢效果。催化剂结焦原因，这是由于在脱硫工艺中的气体存在汽轮机油、洗油、焦油等，再加之不同温变下导致的部分聚合、结焦等情况发生，这就使得催化效率大打折扣。

2.4结晶单元

结晶单元包括结晶原料罐、结晶原料泵、结晶加热器、结晶器、结晶循环泵和蒸汽喷射泵。结晶原料罐中的浓缩液由原料泵加压并进入结晶器，减压蒸发、结晶。循环液由循环泵强制循环并经加热器升温，晶浆通过结晶器底部的出料泵进入增稠器，进行后续的干燥、包装流程。在结晶器内，固相和液相的停留时间相等，其优点在于：a）在循环液与进料的混合过程中，细晶被溶解、再结晶、再生长，有利于改善产品粒度；b）循环液内晶体优先在细晶上生长，有利于减缓结晶加热器换热管内壁晶垢的生成。

2.5焦炉烟气(110~220℃)-SDS脱硫-布

袋除尘器-中高温补燃SCR脱硝-余热锅炉-烟囱烟气首先经过SDS脱硫装置,喷入碳酸氢钠干粉脱除其中的SO2;脱硫后的烟气经过高温滤袋除尘器,去除其中的粉尘,完成脱硫及除尘;通过补燃提升除尘后的烟气温度,达到合适的SCR脱硝温度窗口,之后进行脱硝反应。脱硝反应后的烟气可通过余热锅炉回收热量。该技术路线适用于温度低于220℃、SO2含量≤800mg/Nm3、NOx含量较高的焦炉烟气,采用SDS脱硫装置除去烟气中的SO2,再采用普通的布袋除尘器去除烟气中的碳粉、焦油及脱硫副产物,为SCR提供良好的脱硝环境。此技术路线更适用于钢焦联合企业。该方法的技术特点主要有以下2点。1)脱硝采用中高温补燃SCR技术,脱硝效率得到了保证,同时避免了低温和焦油对脱硝系统的影响。补燃利用焦化企业中较为清洁的焦炉煤气为能源,廉价高效。2)净烟气经过余热回收后排放,可回收因脱硝中补燃的焦炉煤气能量并通过余热锅炉产生一定量的蒸汽。此路线适用于厂区有一定蒸汽需求的焦化企业,在烟气达到环保排放要求的前提下,实现热量回收,总体降低了运行费用。

2.6COS与CS2的脱除方案

考虑到COS与CS2本身的反应特性，所以其反应速度快，且较少受到的外部干扰。所以只是考虑将一级加氢催化剂计量增加即可达到工艺提升目的。考虑到一级加氢反应器对于催化剂不能续加的情况，所以提前在一级加氢反应器前增设预加氢反应设备。

2.7氨区工艺流程

来自氨水储罐的氨水由氨水输送泵加压送至氨蒸发器，在蒸发器内经低压蒸汽加热蒸发为氨气后，送入氨烟混合器中，与烟气充分混合后，形成氨烟混合气体连续送入脱硝反应器。

2.8辅助系统

辅助系统主要包括抽真空系统、机封水系统、凝结水回收系统、NaOH和消泡剂加药系统。“MVR—降膜蒸发—TVR—减压蒸发结晶”工艺，通过优化设计控制项目投资，采用节能技术控制生产成本，通过回收余热提高热能利用率，通过生产和销售高质量的无水硫酸钠产品降低运行成本，通过回收全部凝结水实现废水“零排放”。

3脱硫脱硝技术效果分析

1）干法脱硫过程中，调节干粉输送风机频率调节脱硫剂给剂量，烟气温度控制在180～300℃范围内。经试验研究，干法脱硫系统中，随烟气温度升高，干法脱硫系统脱硫效果越明显，而后呈下降趋势；2）半干法烟气脱硫工艺。脱硫时间过长将导致烟气中硫元素溶于液体中形成“烟雨”现象，并出现堵管和设备腐蚀问题，脱硫塔出口烟气接近饱和温度，导致大量未反应完全的液滴经烟气带出造成二次污染。3）纳米陶瓷低温脱硝SCR法脱硝。在180～240℃操作温度条件下，研究表明，由于催化剂对温度要求较高，脱硝效率随温度上升而提高。

结语

近年来,焦化行业焦炉烟气的脱硫脱硝工艺发展迅速,焦化企业在新建脱硫脱硝系统时,应充分考虑本焦炉烟气的温度、污染物的浓度、焦炉工艺、资源情况以及副产物处理要求等因素,选择可靠、先进、成熟的脱硫脱硝技术,在出口指标达标的前提下,最大限度地利用烟气温度梯度,减少能源消耗。

参考文献

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