焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺探讨

张朋朋

摘要：近年来，随着社会经济的迅速发展和不断进步，焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工作越来越受到许多研究学者和环保部门的关注。本文针对焦化厂炼焦的整个生产期间排放烟气中的二氧化硫、氮氧化物等各种污染物形成原因、物理性质和化学性质进行分析，根据环保理念对干法脱硫工艺和湿法脱硫工艺进行分析，并且研究优点和缺点，以便于为焦化厂的烟气脱硫脱稍工艺设计提供一些参考。

关键词：焦炉；烟气；脱硫脱硝；净化技术；工艺

炼焦生产中排放的烟气中包含多种污染物，主要包括二氧化硫、氮氧化物等等，由此转化而成的PM2.5在空气总量中占据约50%，同时形成酸雨，造成更加严重的环境污染问题。在脱硫脱硝技术下迅速发展的影响下，其为炼焦烟气污染治理提供指导意见，特别是氮氧化物为有关工作的稳定进行提供有力的保障。

一、焦炉烟气的特征

由备煤车间运来的洗精煤，由运煤通廊运进煤塔，由煤塔漏嘴经过装煤车按照规定的顺序装进炭化室，在950-1050摄氏度的温度中高温干馏形成焦炭。焦炉加热中使用回炉煤气由外管输送到焦炉的每个燃烧室，在燃烧室里面与途径蓄热室预热的空气进行混合燃烧，燃烧之后的废气经过斜道、立火道以及越孔，在格子砖与蓄热室换热后经过总烟道、分烟道，最后直接从烟囱全部排出来。[1]由于焦炉的生产工艺具有一定的特殊性，烟囱排放的熱烟气中富含粉尘、二氧化硫以及氮氧化物，并且含有较高的氮氧化物，烟气在脱硫脱硝除尘处理后就可以满足排放的实际要求。在煤气高温燃烧的情况下，烟气中出现大量的NO2。焦炉煤气中的氢气超过50%。燃烧速度相当快，火焰温度能够达到1700-1900摄氏度，煤气中氧气与氮气大约在1300摄氏度就会形成非常激烈的氧化反应，从而生成NO2。

整体来说，焦炉烟气具有以下几个特征：其一，焦炉烟气温度范围保持在180-300摄氏度，温度波动范围相当大。其二，焦炉烟气成本较为复杂，NO2含量高，一般浓度在350mg/Nm3-1200mg/Nm3。其三，焦炉烟气中包含二氧化硫，在180-230摄氏度之间，二氧化碳容易与氨反应转换成硫酸铵，导致设备出现腐蚀和管道出现堵塞。其四，焦炉烟囱务必一直处于热备的状态。换句话说，烟气经过脱硫脱硝后，其排放温度需要确保在130摄氏度左右。

二、常见的烟气脱硫工艺及其特征

烟气中的二氧化硫属于弱酸性物质，与碱性物质发生反应后可以脱除烟气中的二氧化硫。根据吸收剂的形态进行划分，一般脱硫工艺可以分为两种，一是干法脱硫工艺，二是湿法脱硫工艺。

（一）干法脱硫工艺特征

在干法烟道气脱硫系统中，利用固体碱性吸收剂可以使烟气直接穿过碱性吸收剂喷到烟道的气流中，使其与烟道气相发生接触。不管什么情况，烟气中的二氧化硫均与固体碱性物质发生反应，进而生成相对应的亚硫酸盐和硫酸盐。为了可以加快这种反应，必须要确保固体碱性物质是细碎或者疏松的。在半干法烟道其脱硫系统中，水分容易进入到烟道气中，进而在碱性物质颗粒物表面形成一层薄薄的液膜。[2]二氧化硫融进液膜，促使与固体碱性物质发生反应。干法脱硫技术和产物处理与脱硫吸收都在干的情况下进行，这种做法具有设施腐蚀程度轻、无污水废酸排出，烟气在净化中不能显著的降低温度、净化后温度上升，有助于烟囱排气孔迅速扩散等优势，但是存在反应速度慢、设备巨大、脱硫剂利用率较低等问题。

（二）湿法脱硫工艺特征

不同国家的湿法烟气脱硫机理、工艺流程和形式存在较大的差异性，主要采用碳酸钠、石灰石以及石灰作等浆液作为洗涤剂，在反应塔中洗涤烟气，进而消除烟气中的二氧化硫。[3]该工艺已经具有几十年的历史，经过积极的改进和完善，技术是相当成熟的，并且副产品容易回收、煤种适应能力较强、机组容量较大等优势。石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺因为吸收剂价格低廉，所以容易得到，且在湿法脱硫行业中普遍应用。这种工艺的特征是高脱硫效率、高吸收剂利用率、可以适应高浓度二氧化硫的烟气条件。缺陷是水资源耗损大、基建投资成本高等等，关键是原料石灰石必须要购买，副产品中的亚硫酸钙处理难度大。这种湿法脱硫工艺的反应原理是NH3+SO2+H2O=NH4HSO3；NH4HSO3+NH3=（NH4）2SO3；（NH4）2SO3+1/2O 2+H2O=（NH4）2SO4。

三、常见的烟气脱硝工艺及其特征

在大多数脱硝技术中，选择性催化还原法是应用普遍、脱硝效率高、较为成熟的脱硝技术。[4]这种还原法是指在某种催化剂和温度的作用下，有效利用氨作为还原剂，可以有选择性的将烟气中的NOX还原为水和氮气的方式，催化反应温度在320-400摄氏度之间，这项技术没有副产品。通过增加催化剂的装填数量，可以使脱硝效率超出80%。SCR系统反应体现在两个方面：一方面是主反应（2SO2+O2→2SO3、2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4）。在SCR系统设计过程中，选择催化剂的关键运行参数是烟气温度。一般来说，SCR技术必须要具备高温的条件，催化反应只可以在规定的温度范围内进行，并且存在催化的最适合温度，这是各种催化剂独有的性质，所以烟气温度直接关乎反应的具体进行。因此，需要将烟气加热系统安装在焦炉烟气中。反应产物是H2O和N2不可以循环利用，只可以耗损动力和原料，不会产生经济效益，每隔三年更换一次催化剂，成本较高。

SCR法脱硝工艺经过催化剂的改良，能够适当的减少反应温度。然而低温SCR工艺均处于实验室的初步研究阶段，都没有经过工业装置的实践应用。[5]由于二氧化硫、氨以及水，低温SCR工艺容易形成氨盐而导致催化剂中毒的情况出现，对催化剂的性能产生影响，低温脱硝催化剂购买渠道具有较强的垄断性，费用高。

结语：

结合焦炉烟气所具备的物理性质和化学性质来分析，根据每种标准来分析，并且总结和分析焦炉烟气已有的方式，提出烟气脱硫脱硝的基本过程，有关问题，进而为将来的脱硫脱硝工作正常进行提供重要的参考依据和指导意见。

参考文献：

[1]张艾红，王伟男.柳钢焦炉烟气脱硫脱硝技术应用探讨[J].柳钢科技，2018（03）：40-46.

[2]王勇.焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析[J].化工管理，2018（13）：190-191.

[3]王永民.焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析[J].天津冶金，2017（05）：27-29.

[4]王永民. 焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析[A]. 河北省金属学会、北京金属学会、天津市金属学会、河北省环境科学学会.2017京津冀及周边地区钢铁行业废气排放深度治理和利用技术交流会论文集[C].河北省金属学会、北京金属学会、天津市金属学会、河北省环境科学学会：，2017：3.

[5]刘永民.焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺探讨[J].河南冶金，2016，24（04）：17-20+29.