一种焦炉烟道气脱硫脱硝技术的研究与应用

姚一彤

（唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司 河北 唐山 063000）

1 引言

面对日益严峻的环保形势，对焦化企业的焦炉烟道气脱硫脱硝的要求也越来越高。我单位根据自身生产特点及现场情况，采用了碳酸钠半干法烟气脱硫+低温SCR选择性催化还原脱硝除尘，现对我单位焦炉烟道气脱硫脱硝技术的研究及应用进行阐述。

2 焦炉烟道气脱硫脱硝方案简述

2.1 工艺技术概述

烟道气净化系统主要由脱硫塔、除尘脱硝一体化装置、氨气稀释风系统、脱硫液制备系统、引风机、烟气管道、热风炉系统等组成。净化系统从焦炉烟道预留接口处抽取焦炉烟道气，烟道气首先进入脱硫塔，在脱硫塔内进行脱硫；从脱硫塔出来的脱硫后的烟气进入除尘脱硝装置，烟气在除尘脱硝装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的还原剂（氨气）充分混合。混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在催化剂作用下发生脱硝反应，脱除NOX；净化后的洁净烟气由引风机送回烟囱排放。净化烟气的排气温度在150℃以上，不会在烟囱周围产生烟囱雨，并可以避免烟气温度低于酸露点而引起的烟囱腐蚀。

2.2 脱硫脱硝原理

（1）半干法脱硫原理

烟气在SDA塔内与被雾化的碳酸钠浆液接触，发生物理、化学反应，气体中的SO2被吸收净化。

主要化学反应：

碳酸钠浆液经雾化器雾化成50μm的雾滴，与脱硫塔内烟气接触迅速完成吸收SO2的反应，在低温降下具有极高的效率脱除SO2。由于喷入塔内的碳酸钠浆液是极细的雾滴，完成反应后的脱硫产物也为极细的颗粒，因此，完成反应的同时也即迅速干燥。

（2）脱硝原理

脱硝系统以氨(NH3)为还原剂，在低温SCR催化剂作用下与烟气中的NOX反应，生成N2和H2O，实现NOX脱除，并控制NH3的逃逸率。

烟气中90%以上NOX是以NO形式存在。NH3选择性地和NOX反应生成无二次污染的N2和H2O随烟气排放。本项目采用的低温SCR脱硝催化剂脱硝效率不低于85%。

2.3 系统组成

本焦炉烟气净化工艺系统主要由烟气管道及风机系统、脱硫系统、除尘脱硝系统、电气仪表控制系统等组成。

2.3.1 烟气管道及风机系统 烟气管道及风机系统主要由烟气管道、阀门、管道附件及脱硫脱硝引风机组成。焦炉烟道气在脱硫脱硝系统中的基本流程为：焦炉地下总烟道取风口取风--取风管道－脱硫塔--除尘脱硝一体化装置－引风机－回送管道－回送焦炉地下总烟道。

2.3.2 脱硫系统 脱硫系统主要包括半干法脱硫塔、旋转雾化器、脱硫溶液制备系统、脱硫灰输送系统。

除尘脱硝一体化装置收集的粉尘通过刮板机、斗提机送入循环粉尘仓或外排粉尘仓存贮，以便循环利用或外排。循环粉尘仓中循环利用的脱硫灰通过一个计量螺旋输送机输送到脱硫溶液制备系统进行再配液。

旋转雾化器是半干法脱硫系统的核心设备。旋转雾化器将Na2CO3浆液雾化为粒径为50微米的雾滴，大大增加了浆液与烟气接触面积，提高吸收效率。为防止Na2CO3溶液中的杂质堵塞雾化器喷嘴，脱硫工艺设置反冲洗系统。雾化器设置轴承振动监测，当雾化器喷嘴发生堵塞时，会导致轴承振动偏大，此时可开启反冲洗系统对雾化器进行冲洗，延长雾化器使用寿命。

脱硫溶液制备系统主要由脱硫剂贮仓、脱硫灰循环贮仓、计量螺旋输送机、供液罐、循环溶液罐及供液泵、溶液顶罐等组成。脱硫溶液制备系统配合流量计、密度计、自动调节阀门等仪表、控制系统，能够实现与进出口烟气中SO2浓度检测联锁。通过检测进出口SO2值，自动调整溶液泵的输送能力，使脱硫系统自动适应焦炉烟气量及烟气中SO2浓度的波动。

2.3.3 除尘脱硝系统 脱硝系统由除尘脱硝一体化装置、氨气稀释风单元、催化剂热解装置组成。

从脱硫塔出来的烟气温度为180～200℃，进入除尘脱硝一体化装置进行除尘、脱硝。在烟气温度≥190℃时脱硝效率不低于85%，氮氧化物排放浓度低于150mg/Nm3(干基)；粉尘排放浓度低于15mg/Nm3(干基)。除尘脱硝一体化装置竖向布置，下部是除尘段，上部是脱硝段。

脱硝工艺设置热风炉装置，当焦炉减产，焦炉烟气出口温度低于210℃时，采用热风炉对烟气进行加热，燃气热风炉采用焦炉煤气燃烧加热，产生600℃热烟气，对脱硫除尘后的焦炉烟气加热至200℃，保证脱硝时催化剂的最低工作温度。

脱硝装置设置氨气分配器。混合氨气经管道送至脱硝装置的各个单元，布置在各单元内的氨气分配器保证氨气与焦炉烟道气充分混合，然后在脱硝催化剂的作用下发生还原反应。

2.4 脱硫灰处理

脱硫灰的主要成分为硫酸钠、亚硫酸钠及一部分未反应的碳酸钠，硫酸钠可作为化工产品用于化工、轻工、纺织、建材、医药、有色冶金、皮革等行业。不同品级的硫酸钠有不同的用途，本单位脱硫灰中硫酸钠含量为66%～76%，可作为水泥行业助磨剂使用。

3 焦炉烟道改造

为配合焦炉烟道气脱硫脱硝装置正常运行，对焦炉总烟道进行改造，在总烟道引风口后增设烟道闸板。焦炉烟道气净化系统正常运行时，烟道闸板关闭，隔断总烟道和焦炉烟囱，焦炉产生的燃烧废气经过脱硫脱硝后，然后再送回至总烟道中，并通过烟囱排放净化后的废气；当焦炉烟道气净化系统出现故障时，打开该闸板，焦炉产生的燃烧废气直接通过烟囱排放。

为了保证焦炉正常生产以及烟道气净化系统的正常运行，设计了相关报警、联锁系统。烟道闸板既可在中控室手动控制，也可在焦炉烟道气净化系统装置出事故时联锁打开。

烟道气引出口需在烟道面混凝土和拱顶砖上开孔，施工方式基本同闸板，因孔洞较大，在烟气净化系统安装时，可通过延长结焦时间或减少加热煤气量来减少废气产生量，待烟气净化系统安装、完毕运行稳定后，再恢复正常的加热制度。

4 液氨贮存及气化单元

液氨贮存及气化单元作为焦炉烟道废气脱硫脱硝项目的配套设施，为焦炉烟道气净化装置提供脱硝还原剂-氨气。

液氨卸车贮存和液氨站单元主要设备包括汽车槽车卸料臂、卸氨压缩机、液氨贮槽、氨气化器、氨气缓冲罐、氨洗涤器、氨水槽及泵等。液氨贮槽首次填充69m3(最大填充量80m3)，约40t，需要20t液氨槽车两车/次。