通過(guò)某焦化廠實(shí)際應(yīng)用的焦?fàn)t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(shí)，將余熱回收并利用。不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，還有巨大的環(huán)境及社會(huì)效益。

1前言

目前我國(guó)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(shí)也危及人體健康[1]。已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shí)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?fàn)t煙氣以焦?fàn)t加熱煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣為主，焦?fàn)t運(yùn)行時(shí)的熱效率一般不高于70%，但排放的廢氣卻占焦?fàn)t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(guó)家相關(guān)部門頒布了GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了焦化行業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)規(guī)定自2015年1月1日起，現(xiàn)有焦化企業(yè)需執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中的大氣污染物排放限值，其中關(guān)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(shù)

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

焦?fàn)t煙氣余熱回收技術(shù)目前大多采用熱管式鍋爐，利用焦?fàn)t加熱燃燒后的煙道廢氣進(jìn)行換熱，回收煙氣中40%以上的余熱，并用于焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中的加熱工段等。不但可以降低焦?fàn)t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(shù)概述

現(xiàn)有煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、干法、半干法三種形式。濕法煙氣脫硫技術(shù)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(chǎng)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(shù)，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(shù)兼有濕法與干法的一些特點(diǎn)，其中應(yīng)用較多的是旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法，在脫硫市場(chǎng)中占有率已超10%[4]。

2.2脫硝技術(shù)概述

煙氣脫硝技術(shù)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(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，占全世界脫硝市場(chǎng)的80%以上[5]。

2.3煙氣凈化及余熱回收一體化技術(shù)概述

焦?fàn)t煙氣→脫硝裝置→氣汽換熱器→增壓風(fēng)機(jī)→濕法脫硫塔→塔頂煙囪排放。是目前較為流行的一種焦?fàn)t煙氣凈化及余熱回收一體化技術(shù)，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(shù)會(huì)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(shí)，換熱過(guò)程會(huì)生產(chǎn)0.6～0.8MPa蒸汽供相關(guān)用戶使用。

3本工程實(shí)際技術(shù)應(yīng)用

3.1應(yīng)用背景

某焦化廠現(xiàn)有焦?fàn)t兩座，年產(chǎn)96萬(wàn)t搗固焦，2座焦?fàn)t煙氣共用一座排煙煙囪。焦?fàn)t生產(chǎn)時(shí)，焦?fàn)t煤氣通過(guò)立火道進(jìn)入焦?fàn)t燃燒室，在焦?fàn)t燃燒室內(nèi)燃燒后，燃燒煙氣通過(guò)分煙道匯集到總煙道，再由總煙道排出。整個(gè)煙道采用自然排煙方式，完全靠煙囪的抽力所產(chǎn)生的負(fù)壓使?fàn)t膛維持微負(fù)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(shè)施，因此煙氣余熱損失很大，約占焦?fàn)t總能耗的23%左右。同時(shí)，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(shè)一套煙氣凈化及余熱回收裝置來(lái)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(yùn)行時(shí)，在焦化原有煙道上設(shè)置的閘板閥E1、E2關(guān)閉，煙氣經(jīng)過(guò)取煙管及閥門E3、E4依次進(jìn)入干式脫硫塔、SCR脫硝裝置、余熱回收裝置以及引風(fēng)機(jī)，將處理后的煙氣通過(guò)風(fēng)機(jī)上方的新建煙囪及原有煙囪分別排放大氣。在系統(tǒng)各設(shè)施及風(fēng)機(jī)、煙囪處分別設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)，并通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)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?fàn)t燃燒室內(nèi)正常生產(chǎn)狀態(tài)。

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

3.3技術(shù)特點(diǎn)

(1)焦?fàn)t煙氣經(jīng)過(guò)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(guò)焦?fàn)t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(shè)施故障停產(chǎn)，煙道廢氣能夠通過(guò)原煙囪直接排放大氣，既不影響焦?fàn)t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?fàn)t主工藝解列。因此經(jīng)過(guò)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(diǎn)溫度，即應(yīng)高于130℃，防止因煙氣結(jié)露引起的煙囪內(nèi)部腐蝕，同時(shí)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(dá)80%以上，其主要反應(yīng)機(jī)理如下：

相對(duì)于電廠煙道廢氣溫度300~400℃而言，焦?fàn)t煙氣溫度相對(duì)較低，采用SCR脫硝工藝在V2O5催化劑的作用下，會(huì)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(huì)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(huì)嚴(yán)重影響催化劑效率。故本工程在SCR脫硝工藝之前進(jìn)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(huì)產(chǎn)生大量廢水形成二次污染。而采用半干法，會(huì)導(dǎo)致煙氣溫度下降40~60℃，對(duì)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(shù)。其主要反應(yīng)機(jī)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(yīng)生成CaSO3及CaSO4，煙氣溫降△T<10℃，而脫硫率可達(dá)90%。同時(shí)產(chǎn)物可用于制備石膏。

(4)經(jīng)過(guò)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(dāng)管壁發(fā)生破裂的時(shí)候，汽水工質(zhì)不會(huì)泄漏出來(lái)，因此使用時(shí)安全可靠。對(duì)正常焦化生產(chǎn)不會(huì)造成影響。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算，蒸汽參數(shù)過(guò)高，會(huì)造成產(chǎn)量偏低，降低余熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益;而蒸汽參數(shù)過(guò)低，蒸汽品質(zhì)達(dá)不到使用要求，同樣不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)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(guò)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(shè)置1臺(tái)引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)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(dòng)力均出于這臺(tái)引風(fēng)機(jī)。如此布置的好處在于使整個(gè)煙氣凈化及余熱回收裝置均處在負(fù)壓狀態(tài)運(yùn)行，即便系統(tǒng)中存在個(gè)別泄漏點(diǎn)，煙氣也不會(huì)外溢，即不會(huì)影響到裝置周圍工作環(huán)境空氣質(zhì)量。對(duì)系統(tǒng)操作人員的運(yùn)行及維護(hù)工作提供了保障。

4結(jié)論

通過(guò)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?fàn)t煙道氣主要污染物SO2濃度降低到30mg/m3，脫硫率到達(dá)90%;NOX濃度降低到150mg/m3，脫氮率到達(dá)85%，裝置出口的污染物濃度指標(biāo)滿足GB16171-2012要求。同時(shí)，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(dá)到～120kg/t焦炭。治理廢氣污染物的同時(shí)，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(jì)效益，還會(huì)帶來(lái)巨大的環(huán)境及社會(huì)效益。