基于半干法温度及流量适应性的烟气超低排放技术研究与应用

邵有辉，安占来，王 军

(河钢集团邯钢公司 焦化厂，河北 邯郸 056015)

自2018年开始，全国钢铁行业的焦化企业陆续开展超低排放改造工作，在此之前大部分焦化厂已经上了以半干法为核心的脱硫、除尘设备，所以超低排放改造仅需提高除尘脱硫效率，而脱硝需要在原有脱硫除尘基础上选择兼容性强的技术。因此根据焦化烟气的特征选择合适的脱硝方法，进而通过关键工艺装备的突破，集成基于烟气特征适应性的超低排放技术。

焦化焦炉加热产生的烟道气中含有大量的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)，直接排放到大气中后，SO2和NOx会参与和加剧光化学污染、酸沉降污染，严重影响空气环境质量。因此，对焦炉废气污染物实施高效治理已迫在眉睫，成为焦化生产企业生存发展的关键所在。

在严峻的环保形势下，国内涌现出众多针对焦炉废气脱硫脱硝治理的技术。主流技术有三类，均存在不足，如高温催化还原脱硫脱硝技术，需要对焦炉废气再加热至320 ℃以上，大幅增加了工序能耗；而SICS法催化氧化脱硫脱硝工艺，必须对废气冷却至150 ℃以下，不仅增加了额外工序，也因为焦炉废气温度的下降，对烟囱吸力造成了明显影响；活性炭脱硫脱硝技术虽然净化效果好，但持续性不强，副产品硫酸质量差，活性炭可能会有在炉内燃烧的风险。鉴于上述情况，针对邯钢焦化厂1#、2#焦炉废气污染问题，开始攻关焦炉废气污染物源头治理技术，对半干法脱硫低温脱硝工艺进行技术开发，为我国焦炉废气治理技术的发展与进步进行有益探索与实践。

1 工艺路线确定

根据烟气特征结合现场实际情况确定工艺路线，通过调研及现场(邯钢东区4.3 m焦炉)检测确定各工序烟气的特征参数如下：烟气量2 000 m3/t焦；变化范围，每15 min周期变化；温度180～250 ℃；氧含量3%～8%；含湿量5%～17.5%；SO2浓度50～200 mg/Nm3；脱硫工艺，密相干塔；NOx浓度400～1 200 mg/Nm3；其他物质，H2S、HCN、CO、Coke tar。

根据焦炉烟气温度较高、含尘较少的特点，选择在脱硫前增加中高温SCR脱硝装置，但焦炉烟气温度(180～250 ℃)相对中高温SCR所需280 ℃温度较低，需要在脱硝前增加升温装置，然后在进脱硫塔前将余热回收利用。因此该体系选择热风炉升温烟气，余热锅炉回收余热蒸汽。

1#、2#焦炉烟气密相半干法脱硫脱硝项目针对温度较高的焦炉烟气，研究多污染物中高温选择性催化还原与余热梯级利用耦合机制，构建出以半干法为核心的温度及流量适应性烟气超低排放治理技术体系，如图1所示。

图1 中高温SCR+余热利用+半干法脱硫超低排放技术流程图

脱硫脱硝装置处理后的焦炉烟气排放指标达到《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012中特殊地区排放限值。为了实现烟气达到超低排放，在不改变原有半干法脱硫除尘工艺基础上，通过实验模拟及技术应用实现超低排放，指标对比如表1所示。

表1 特别排放和超低排放对比

2 确定改造方案

2.1 氨水杂质化验及应对措施

氨水杂质化验结果为：杂质大部分为硫化物的结晶体，粒度较小，在氨水悬浮，当加热到60 ℃左右杂质全部溶解。应对措施：在氨水罐与蒸氨冷凝器之间加装直径Φ2 000 mm、高为4 000 mm的储罐，作为氨水杂质沉淀罐。根据杂质的特性，在输送管道上加蒸汽伴热，使氨水在输送的过程中杂质溶解在氨水中不结晶。

2.2 喷氨格栅优化技术

喷氨格栅作为脱硝系统的核心部件，在烟道截面的2D范围内独立调整各喷点的喷氨量，相对增加中心部位的喷洒流量，使还原剂与烟气在到达催化剂之前按照设计氨氮物质的量比混合。以匹配此处的NOx浓度，并能有效解决喷氨过量问题，缓解NH4HSO4的生成。

2.3 脱硫塔技术创新

本设计采用双级密相干塔脱硫技术，通过二级脱硫塔，进一步保证了脱硫效率。脱硫塔中的脱硫剂量为120～140 t，已经达到脱硫系统的极限，只能从气流分布入手，均匀脱硫剂的分布，增加脱硫剂循环次数，进而提高脱硫效率。

双级密相干塔的CFD模拟及优化(对两级塔中间加设挡板后进行模拟)：探究不同进气方式、扰流措施等对系统流场、压力场、速度场和颗粒物浓度场分布的影响，优化脱硫剂分布。

中间档板与中心线距离分别为1 150 mm和800 mm的出口烟气流速见表2、表3。模拟的结果是中间档板与中心线的距离调整为800 mm后，稍有利于烟气充满大灰斗的下半部分，但在大灰斗上半部分形成的回流空间会略有增大，有利于提高脱硫效率。具体实施方案是二级塔加导流板，档板与中心线的距离调整为800 mm，尺寸为3 900 mm×500 mm×10 mm，与塔顶水平夹角50°；一级塔螺旋给料机上方增加中间仓，10个均风阀处各加一块导流板，该板为R800弧形板，弧长292 mm，弧心向下，与均分口顶间距100 mm。改造后的效果：一级塔、二级塔、除尘仓室气流分布均匀，脱硫灰循环分布正常，改善了脱硫效果，并减少气流对布袋的冲刷。

表2 中间档板与中心线距离1 150 mm烟气流速

表3 中间档板与中心线距离800 mm的出口烟气速度

2.4 袋式除尘器的优化

从实际运行结果看，增加倒流板后分布更加均匀，布袋也没有发生大的磨损。为稳定排放指标，把布袋全部更换为浙江华基的PPS+超细纤维+覆膜布袋，效果良好。

通过荧光粉实验，发现除尘器内均风不够均匀，各个除尘室之间的阻力偏差较大，导致最前端除尘器的布袋磨损较严重。通过调整喷吹次序和脉冲宽度，来调整各个除尘室的阻力，进而调整脱硫剂灰仓的灰量，使得脱硫剂能够均匀循环。

3 实施效果

应用以来，焦炉烟气SO2、NOx、颗粒物含量显著降低，焦炉烟气排放SO2≤20 mg/m3、NOx≤130mg/m3、颗粒物≤10 mg/m3，改造前后月平均数对比如表4所示。

表4 改造前后焦炉烟气含量对比

4 与同类技术的主要参数对比

当前满足超低排放且相对成熟的技术路线为活性焦干法一体化和半干法为核心烟气超低排放技术，主要参数对比见表5。

相较于活性焦干法一体化，以半干法为核心的烟气脱硫脱硝除尘技术脱除效率高，副产物为固体粉末，没有腐蚀现象，系统运行过程无燃烧风险，投资和运行成本较低，是适用于钢铁行业典型工序的最佳可行性超低排放技术体系之一。

表5 活性焦干法一体化和半干法为核心烟气超低排放技术对比

5 结语

该研究技术的创新成果推动了钢铁大气污染物控制技术升级，该技术在全行业进行推广与应用，将极大推动行业高质量发展、促进行业转型升级、助力打赢蓝天保卫战。