捣固焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术研究

杨付奎

摘 要：本文深入分析了常见的捣固焦炉烟气脱硫脱硝技术，包括湿法、干法和半干法脱硫技术和纳米陶瓷低温脱硝SCR法脱硝技术，并深入研究了各工艺技术工艺流程和应用优势，以期为煤化工生产企业提供有益的指导和借鉴。

关键词：捣固焦炉;脱硫工艺;脱硝工艺

1 捣固炉烟气脱硫、脱硝技术概述

1.1 捣固炉脱硫技术概述

当前，国内烟气脱硫技术主要包括三种，湿法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术和半干法烟气脱硫技术，各技术原理和特点主要为：①湿法烟气脱硫技术是在脱硫塔中注入液态脱硫剂与烟气发生化学反应，实现烟气硫元素的洗涤、吸收和脱除。由于湿法烟气脱硫技术过程会产生盐颗粒，并经烟气排放到空气形成PM2.5颗粒物，对生态环境具有二次污染作用，因此，湿法烟气脱硫技术在煤化工行业中应用较少;②干法烟气脱硫技术是以无液相物质介入脱硫反应，在干燥环境下进行的烟气脱硫技术。干法脱硫技术具有耗水量少、无污水排出、设备腐蚀性小等特点，经脱硫后的烟气温度无显著下降，有利于烟气热量回收利用。在干法烟气脱硫技术应用中，可直接向装置内喷涂脱硫剂进行脱硫，相关研究表明干法烟气脱硫效果可达到90%～95%;③半干法烟气脱硫技术是将脱硫液雾化滴入脱硫塔中，通过与烟气中SO2发生化学反应，生成干粉状脱硫灰。由于烟气温度较高，脱硫液中水汽经加热蒸发，因此，该方法不会对环境造成二次污染，能够取得良好的脱硫效果。

1.2 捣固炉脱硝技术概述

当前，在煤化工捣固炉烟气脱硝方法主要采用燃烧后脱氮技术，通过选择性催化还原（SCR）法或非选择性催化还原（SNCR）方法，实现烟气脱硝。各技术原理为：①SCR法是在250～450℃下，通过SCR催化剂选择性与烟气中NO2发生反应生产N2和H2O，从而达到脱硝的目的。根据相关研究，在烟气温度大于255℃情况下，SCR脱硝方法脱硝率可达到90%以上;②SNCR法是以还原剂作为反应原料，在特定温度下，还原剂与烟气中的NO2发生化学反应，最终生成N2和H2O的脱硝技术。SNCR法反应温度一般控制在800～1000℃，将混入NH3、H2O的还原剂喷入烟气中，还原剂受热分解为NH3，并与烟气中NO2发生化学反应，生成N2和H2O。根据相关研究，在实验室条件下，SNCR法脱硝效率可达到75%以上，但在实际应用中，由于还原剂易出现泄露损耗等问题，导致实际脱硝效率下降。

综上所述，在捣固炉脱硫技术选择时，由于湿法烟气脱硫技术对环境具有二次污染作用，本研究不考虑采用，仅对干法脱硫和半干法脱硫技术方案进行对比研究。在脱硫剂选择方面，常用的脱硫剂包括Ca基和Na基脱硫剂，但由于Ca基脱硫剂容易堵塞管路，因此，本研究选用成本相对较高的Na基脱硫剂。在脱硝技术选择方面，由于SNCR方法脱硝效率较低，且其反应产生的N2O对环境具有一定的破坏作用，因此，本研究选用SCR法脱硝技术方案。脱硝剂选用专用纳米陶瓷低温脱硝催化剂。

2 捣固焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术试验研究

2.1 烟气脱硫技术试验

2.1.1 干法脱硫工艺流程

干法脱硫系统由干法脱硫塔、干法脱硫剂粉仓、变频挨给料机、格式给料阀和干法脱硫剂给料风机组成。本系统工艺流程为：脱硫剂粉仓中NaHCO3经给料阀进入给料机中，给料机按比例将脱硫剂输送到烟气管道中进行脱硫反应。脱硫塔为立式塔，捣固炉烟气自塔的下部进入，自塔顶流出，塔中部为脱硫反应段，反应段设有脱硫剂喷扫口，脱硫剂经风机加压后输入至脱硫反应器反应段，使脱硫剂与烟气充分混合、膨化。脱硫剂在脱硫塔系统总流动，经脱硝系统时被除尘器布袋捕集，集聚形成粉尘层，避免粉尘颗粒物造成二次污染，符合烟气改造系统节能环保技术要求。

2.1.2 半干法喷雾脱硫工艺流程

本系统由半干法脱硫塔、双流体雾化器、半干法脱硫制备装置、脱硫液泵等组成。工艺流程为：在脱硫液配液罐中按一定溶解度将Na2CO3粉剂配置成脱硫溶液，并将脱硫溶液输送至储罐内保温搅拌，借助注剂泵注入至脱硫塔反应段，通过双流体喷嘴雾化装置高压雾化，由于雾化脱硫溶液喷射速度可达100m/s～340m/s，而雾化液体速度小于2m/s，能够确保雾化脱硫溶液与烟气充分接触，脱硫溶液在气体的冲击下形成雾状小液滴。脱硫溶液液滴经烟气高温蒸发后成为干粉脱硫剂，并经脱硝系统时被袋状脱硝催化剂捕集，逐渐形成粉尘层，与烟气中SO2继续发生反应。

经实验研究，干法烟气脱硫工艺和半干法烟气脱硫工艺均能实现颗粒物捕集、回收和利用，烟气带出的颗粒物量小于15mg/Nm3，符合国家有关颗粒物排放标准要求。经脱硝袋状脱硝催化剂捕集的颗粒留存于布袋表层，经压缩空气吹扫清灰后落入灰斗内，经格式排料阀排出。

2.2 捣固炉SCR法脱硝技术研究

本研究中，脱硝系统主要包括脱硝塔、清灰系统、喷氨系统、单仓热解系统和烟道废气加热系统组成。捣固炉烟气经脱硫和喷氨处理后，烟气温度约为160℃，在烟气进入脱硝系统前加设燃气热风炉加热烟气至220℃。脱硝反应器采用长方形钢结构框架结构，烟气自反应器下部进入，自上部排出，入口处设置导流板，脱硝反应器采用模块化仓室结构，各仓室设置检查门和可拆卸测试元件，可通过阀门启闭实现催化剂的投用、维修、更换等操作。本研究中，脱硝还原剂为NH3，可在催化剂与烟气中NO2发生反应，生成N2和H2O，实现NO2的脱除。

2.3 脱硫脱硝技术效果分析

在试验条件一定的情况下，分析捣固炉烟气脱硫脱硝技术效果：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，经试验研究，干法烟气脱硫工艺最佳操作温度为235～255℃，温度过高则容易引起NaHCO3和Na2CO3出现烧结现象，导致脱硫效率下降。从碱硫比来看，当碱硫比小于1时，脱硫效率随脱硫剂输入量而上升;当碱硫比大于1时，脱硫率趋于平缓，脱硫剂利用率下降，因此，综合成本和脱硫率，可以1.5～2作为最佳碱硫比。在最佳操作温度范围和碱硫比条件下，采用干法烟气脱硫工艺脱硫率可达到80～85%;②半干法烟气脱硫工艺。以20%浓度碳酸钠溶液作为脱硫剂，脱硫塔入口温度为180℃条件下，烟气驻留时间越长则脱硫效率上升，但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。经本研究表明，在半干法烟气脱硫系统中，最低出口温度为115℃。半干法烟气脱硫系统碱硫比与干法烟气脱硫系统一致，以1.5～2为最贱碱硫比。经试验研究，采用半干法烟气脱硫技术脱硫率可达到90%左右，满足国家标准要求;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，催化剂温度达到240℃时，脱硝效率可达到85%。同时，以NH3作为还原剂情况下，为避免多余的氨气逸出，应脱硝塔出口前增设除氨工段，保障在喷氨过量的情况下氨逃逸不会过高。经本试验研究，采用SCR法脱硝技术脱硝率可达到90%左右，满足国家相关标准要求。

3 结语

本文在研究煤化工捣固炉脱硫脫硝工艺技术的基础上，并通过试验研究分析了烟气脱硫技术和脱硝技术应用优势，经试验研究，半干法烟气脱硫技术和纳米陶瓷低温脱硝SCR法脱硝技术可满足国家标准要求，能够改善捣固炉烟气脱硫脱硝排放要求，对捣固炉技术改造升级具有重要指导意义。

参考文献：

[1]杜曹明.焦炉烟道气脱硫脱硝技术在我厂的应用[J].冶金与材料，2019，39（05）：81-82.

[2]冯承.焦炉烟道废气脱硫脱硝的试验分析[D].大连：大连理工大学，2018.