通過某焦化廠實際應用的焦爐煙氣脫硫脫硝及余熱回收一體化裝置，治理廢氣污染物的同時，將余熱回收并利用。不僅具有顯著的經(jīng)濟效益，還有巨大的環(huán)境及社會效益。

1前言

目前我國SO2和NOX排放量高居世界前列，而SO2和NOx是造成大氣污染并且形成酸雨的主要污染物，不僅破壞生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，同時也危及人體健康[1]。已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)境因素。

焦化廠從事的工作將煤煉成焦炭，同時回收煤氣等副產(chǎn)品，這些都是煉鐵廠煉鐵工藝不可缺少的燃料。焦爐煙氣以焦爐加熱煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣為主，焦爐運行時的熱效率一般不高于70%，但排放的廢氣卻占焦爐總能耗的20%以上，節(jié)能潛力十分可觀[2]。

而煙氣中主要污染物成分為SO2、NOX等，2012年6月國家相關部門頒布了GB16171-2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》中明確規(guī)定了焦化行業(yè)的大氣污染物排放標準，同時規(guī)定自2015年1月1日起，現(xiàn)有焦化企業(yè)需執(zhí)行標準中的大氣污染物排放限值，其中關于SO2和NOX排放限值如下表1所示。

2煙氣脫硫脫硝及余熱回收技術

SO2和NOX的減排技術可從燃燒前、燃燒中和燃燒后三個方面入手，煙氣脫硫脫硝技術屬于燃燒后減排技術。由于煙氣脫硫與脫硝的技術原理不同，目前仍沒有一種成熟有效的技術手段能同時實現(xiàn)煙氣脫硫與脫硝。因此，企業(yè)通常會分別建立脫硫與脫硝裝置[3]。

焦爐煙氣余熱回收技術目前大多采用熱管式鍋爐，利用焦爐加熱燃燒后的煙道廢氣進行換熱，回收煙氣中40%以上的余熱，并用于焦爐生產(chǎn)過程中的加熱工段等。不但可以降低焦爐工藝的能源消耗，而且還可以明顯減少CO2、SO2、NOX的排放量。

2.1脫硫技術概述

現(xiàn)有煙氣脫硫技術可分為濕法、干法、半干法三種形式。濕法煙氣脫硫技術是指脫硫劑在液態(tài)或漿態(tài)下脫硫并處理脫硫產(chǎn)物，是目前煙氣脫硫的主流工藝，約占脫硫市場80%的份額，大多采用石灰石--石膏法或石灰--石膏法。干法脫硫是脫硫劑與脫硫產(chǎn)物均為干態(tài)的一種脫硫技術，按脫硫吸著劑不同可分為鈣基工藝和鈉基工藝。半干法脫硫技術兼有濕法與干法的一些特點，其中應用較多的是旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法，在脫硫市場中占有率已超10%[4]。

2.2脫硝技術概述

煙氣脫硝技術主要有固體吸附法、選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、催化分解法等。其中，選擇性催化還原法(SCR)是以尿素類物質(zhì)或氨為還原劑，在特定催化劑的作用下，選擇性地將NOX還原為N2和H2O，是目前最成熟且應用最廣泛的煙氣脫硝技術，占全世界脫硝市場的80%以上[5]。

2.3煙氣凈化及余熱回收一體化技術概述

焦爐煙氣→脫硝裝置→氣汽換熱器→增壓風機→濕法脫硫塔→塔頂煙囪排放。是目前較為流行的一種焦爐煙氣凈化及余熱回收一體化技術，由于煙氣濕法脫硫工段要求脫硫塔入口煙氣溫度須保證在160℃以下。故該技術會將脫硝后270℃左右的煙氣通入氣汽換熱器，使煙氣溫度降至脫硫塔入口允許的溫度范圍內(nèi)，經(jīng)后續(xù)脫硫工段處理，再向大氣排放。同時，換熱過程會生產(chǎn)0.6～0.8MPa蒸汽供相關用戶使用。

3本工程實際技術應用

3.1應用背景

某焦化廠現(xiàn)有焦爐兩座，年產(chǎn)96萬t搗固焦，2座焦爐煙氣共用一座排煙煙囪。焦爐生產(chǎn)時，焦爐煤氣通過立火道進入焦爐燃燒室，在焦爐燃燒室內(nèi)燃燒后，燃燒煙氣通過分煙道匯集到總煙道，再由總煙道排出。整個煙道采用自然排煙方式，完全靠煙囪的抽力所產(chǎn)生的負壓使爐膛維持微負壓燃燒狀態(tài)。

未改造前，煙囪排煙溫度為250~290℃，煙道上未采取任何脫硫脫硝及余熱回收設施，因此煙氣余熱損失很大，約占焦爐總能耗的23%左右。同時，煙氣中SO2排放濃度最大值為300mg/m3，NOX排放濃度最大值為1000mg/m3。已不能滿足GB16171-2012所要求的排放限值。故急需建設一套煙氣凈化及余熱回收裝置來有效治理現(xiàn)狀。

3.2主要工藝流程

本工程主要工藝流程如圖1所示。

系統(tǒng)正常運行時，在焦化原有煙道上設置的閘板閥E1、E2關閉，煙氣經(jīng)過取煙管及閥門E3、E4依次進入干式脫硫塔、SCR脫硝裝置、余熱回收裝置以及引風機，將處理后的煙氣通過風機上方的新建煙囪及原有煙囪分別排放大氣。在系統(tǒng)各設施及風機、煙囪處分別設置壓力測點，并通過調(diào)節(jié)風機頻率及閥門E5、E6的開度，使得原有煙囪與新建煙囪壓力相匹配，從而保持焦爐燃燒室內(nèi)正常生產(chǎn)狀態(tài)。

在煙氣凈化及余熱回收設備故障時，取煙閥門E3、E4關閉，同時，焦化原有煙道上的閘板閥E1、E2開啟，煙氣通過焦化原有煙道經(jīng)原有煙囪排放大氣。從而保障焦爐的正常安全生產(chǎn)。

3.3技術特點

(1)焦爐煙氣經(jīng)過脫硫脫硝及余熱回收裝置后可直接排放大氣，但仍須有一部分煙氣通過焦爐原有煙囪排放，目的是使原有煙囪始終處于熱備用狀態(tài)，一旦脫硫脫硝或余熱回收設施故障停產(chǎn)，煙道廢氣能夠通過原煙囪直接排放大氣，既不影響焦爐正常安全生產(chǎn)，又可以迅速將煙氣凈化及余熱回收裝置與焦爐主工藝解列。因此經(jīng)過脫硫脫硝及余熱回收裝置后的煙氣溫度必須高于煙氣露點溫度，即應高于130℃，防止因煙氣結(jié)露引起的煙囪內(nèi)部腐蝕，同時確保原有煙囪的熱備用狀態(tài)。

(2)本工程脫硝工藝選用傳統(tǒng)選擇性催化還原法(SCR)，催化劑主要活性成分為TiO2和V2O5，脫氮率可達80%以上，其主要反應機理如下：

相對于電廠煙道廢氣溫度300~400℃而言，焦爐煙氣溫度相對較低，采用SCR脫硝工藝在V2O5催化劑的作用下，會有一部分SO2被轉(zhuǎn)化為SO3。在180~230℃溫度范圍內(nèi)，SO3與脫硝還原劑NH3會生成易潮解產(chǎn)物NH4HSO4[6]。該物質(zhì)非常粘稠且很難清除，若附著在脫硝催化劑表面，會嚴重影響催化劑效率。故本工程在SCR脫硝工藝之前進行高效脫硫，防止煙氣中SO2在脫硝催化劑的作用下氧化成SO3。

(3)由于焦化煙道廢氣含水量較大，約為20%左右。若采用常規(guī)濕法脫硫工藝，會產(chǎn)生大量廢水形成二次污染。而采用半干法，會導致煙氣溫度下降40~60℃，對余熱回收不利，故本工程采用鈣基吸收劑+催化劑的干法脫硫技術。其主要反應機理如下：

Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O

CaSO3+O2→CaSO4

Ca(OH)2在催化劑的作用下形成固形脫硫劑與SO2、SO3反應生成CaSO3及CaSO4，煙氣溫降△T<10℃，而脫硫率可達90%。同時產(chǎn)物可用于制備石膏。

(4)經(jīng)過脫硫脫硝裝置后的煙氣，通入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并將排煙溫度降低到175℃。本工程余熱鍋爐采用熱管式換熱器，由于熱管式換熱器屬于雙間壁傳熱，當管壁發(fā)生破裂的時候，汽水工質(zhì)不會泄漏出來，因此使用時安全可靠。對正常焦化生產(chǎn)不會造成影響。同時，通過計算，蒸汽參數(shù)過高，會造成產(chǎn)量偏低，降低余熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟效益;而蒸汽參數(shù)過低，蒸汽品質(zhì)達不到使用要求，同樣不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。因此，為了使蒸汽能夠合理利用，整套余熱系統(tǒng)生產(chǎn)0.8MPa、190℃的過熱蒸汽，產(chǎn)汽量約為13t/h，并入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)，供廠區(qū)用戶使用。

(5)本工程設置1臺引風機，引風機布置于煙氣凈化及余熱回收裝置后，煙囪前。系統(tǒng)內(nèi)煙氣的流通動力均出于這臺引風機。如此布置的好處在于使整個煙氣凈化及余熱回收裝置均處在負壓狀態(tài)運行，即便系統(tǒng)中存在個別泄漏點，煙氣也不會外溢，即不會影響到裝置周圍工作環(huán)境空氣質(zhì)量。對系統(tǒng)操作人員的運行及維護工作提供了保障。

4結(jié)論

通過本文介紹的煙氣凈化及余熱回收一體化工藝流程，使得某焦化廠將焦爐煙道氣主要污染物SO2濃度降低到30mg/m3，脫硫率到達90%;NOX濃度降低到150mg/m3，脫氮率到達85%，裝置出口的污染物濃度指標滿足GB16171-2012要求。同時，將排煙溫度降低到175℃，回收余熱并產(chǎn)生蒸汽13t/h，蒸汽回收量達到～120kg/t焦炭。治理廢氣污染物的同時，回收利用了余熱。

綜上所述，本工程起到了節(jié)能減排的示范作用，不僅具有顯著的經(jīng)濟效益，還會帶來巨大的環(huán)境及社會效益。