焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术分析

2023-01-14董延军

山西冶金 2022年1期

董延军

（平顶山市东鑫焦化有限责任公司，河南平顶山 467000）

环境保护问题是近年来社会关注热点，焦化厂焦炉烟气排放前的处理对环境保护有着重要的意义。焦炉烟气中所含有的氮氧化物与二氧化硫等对环境有着严重不利影响，因此烟气处置的重点也就放在了脱硫脱硝上。作为焦化厂生产运行的关键环节，焦炉烟气的脱硫脱硝工序具有极强的综合性，当下焦化厂的烟气脱硫脱硝工艺在工艺流程与技术细节上还存在一定的难点需要克服，因此需要进行进一步的优化改进。

1 焦化厂焦炉烟气处理难点

结合焦炉烟气处理的行业特征与笔者的从业经历，分析当下焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝处理过程中存在的多方面的技术难点。

1.1 烟气温度高

工厂锅炉燃烧运转时，焦炉烟气的一般生产过程：所装洁净煤经煤塔进行煤炭输送，然后进入焦化区炭化室进行高温蒸馏生成焦炭；对其热处理操作过后，将之与空气进行混合燃烧，产生的废气经过交换和热处理后，通过垂直排放通道、蓄热室等区域，最后到主烟道和烟囱。在这个过程中发现，焦炉烟气生成和排出的初始热度较高，尽管经过系统内多个装置操作后，温度会发生一定程度的下降，但大部分焦炉烟气从烟囱排出后还是处于高温状态。除此之外，在焦化厂锅炉的燃烧使用中，焦炉烟囱必须做好长久的保温措施。这个问题的存在会使焦炉烟气的实际排出温度大于或等于限定温度值。

1.2 烟气成分复杂，设备不稳定

在焦炉烟气的生产和排放中，烟气中混有多种含尘气体和混合物质，如氮氧化物、二氧化硫等。另外，散布在烟道中的二氧化硫气体在与反应剂接触时还会与氨发生反应，形成腐蚀性强的硫酸。烟气所含成分过于复杂，增加了处理工艺的复杂程度与难度，且在长期针对含硫氨基酸的处理过程中，导致系统内各种设备发生了不同程度的腐蚀与损害，焦炉烟气中的各种污染物难以单独完成转化。

2 焦化厂主要焦炉烟气脱硫技术

焦炉燃烧煤炭产生的烟气中含有二氧化硫，其具有弱酸性，因此可以通过碱性物质与焦炉烟气中和以除去二氧化硫。焦炉烟气脱硫所使用的吸收剂在形式上有所不同，因此将脱硫技术分为干法与湿法两种不同工艺[1]。

2.1 干法脱硫技术

干法脱硫工艺技术原理：碳酸钙固体在高温下喷入炉中进行锻造和燃烧，反应生成氧化钙，后与焦炉烟气中的二氧化硫发生化学反应转化为硫酸钙。或根据焦化厂的具体情况，通过活性炭吸附或电子束辐照的方式，将烟气中的二氧化硫转化成硫酸或硫酸铵，该工艺也称为干法脱硫技术。

干法脱硫工艺的主要特点：无论采用何种方式，焦炉烟气都与固体碱反应剂接触，烟气中的二氧化硫与固体碱吸收剂发生反应，然后进一步转化为硫酸盐。为保证烟气脱硫的效率，加入的固体碱性反应剂应预先粉碎。在半干法脱硫过程中，所使用的碱性物质表面结构会形成一层液膜，烟气中的二氧化硫会与液膜进行反应融合，从而提升烟气脱硫转化的效果。采用干法进行烟气脱硫处理时，需要保证焦炉烟气的反应通道保持相对干燥。

干法脱硫工艺的优缺点：与其他焦炉烟气脱硫工艺相较，干法烟气脱硫工艺在应用上拥有许多优势，如传热、传质能力强，脱硫系统建设投入较低（无需进行鲜明的烟气冷却，且锅炉效率高），具有较强的烟囱通风能力等。但该工艺同时还应用到诸多大型设备的建设与应用中，有占地面积大、脱硫吸附剂在使用中消耗量较大、烟气处理效率不高且处理后的气体含尘量高的缺点。

2.2 湿法脱硫技术

当下，在大部分焦化厂的运作和生产环节中，湿法烟气脱硫工艺有诸多形式，应用最为广泛的有石膏法、废渣法和氨法三种。这里具体介绍这三种烟气脱硫技术的应用原理、工艺特点及优缺点。

石膏法脱硫的技术原理与操作流程：空气被吹入转化设施后，硫酸钙被立刻氧化并转化为石膏，吹入的空气使灌浆更加均匀，并略微增加烟气脱硫率。烟气脱硫工业处理中，石膏法是大部分焦化厂最常用的湿法烟气脱硫手段之一，石灰石是重要的脱硫剂。这种脱硫方法在实际应用中具有使用范围较广、效果好、吸收剂利用率高且转化效果好、处理效果稳定的特点。同时，这种方法也具有烟气脱硫投入高、设备运转不稳定（经常发生设备腐蚀严重）、改造后石膏处置路径单一等缺点。

废渣法则是将吸收塔烟气中的二氧化硫采用石灰石浆液进行洗涤，从而将烟气中分布的二氧化硫接连转化为亚硫酸钙和硫酸钙，以达到有效脱除二氧化硫的目的。尽管固体废物处理工艺具有诸多优点，但在实际应用中，该工艺往往存在设备结垢、堵塞和各种沉积物等问题，吸收塔内这些物质的连续积累导致烟气脱硫可靠性不高[2]。

氨法主要利用氨水作为脱硫剂，液体转化剂用于净化焦炉烟气。处理后，烟气中的二氧化硫被去除。与其他工艺手段相较，氨法脱硫工艺对焦炉烟气处理产物有着较高的回收价值（产生的硫酸等物质可回收使用），此外还有氨蒸馏系统运行负荷小等应用优点。然而，氨法烟气脱硫工艺不是一种综合烟气处理方案，不能与其他焦炉烟气脱硝工艺相结合，须要安装特定的处理装置。此外，该工艺还存在一些缺点，如副产品纯度波动大、烟气处理温度低、设备运行不稳定（经常造成设备腐蚀损坏）等。

3 常见的焦炉烟气脱硝工艺

3.1 SCR 烟气脱硝工艺原理

SCR 工艺技术系统是最为成熟的。烟气脱硝工艺的理念是在适宜的温度下创造一个焦炉烟气脱硝环境，调节催化反应温度，采用适当类型的催化剂和还原剂，将烟气中的氮氧化物转化形成水和氮气。

3.2 SCR 工艺流程的优缺点

使用SCR 技术进行焦炉烟气的脱硝处理，具有转化效率高、效果稳定的特点，烟气中80%以上的氮氧化物能被有效转化，且该技术具有广泛的应用范围和成熟的烟气脱硝处理系统。但该处理手段也有一些缺点，如流程繁琐、经济投入高、需单独建设焦炉烟气加热系统、没有附加的经济效益等。此外，国内某些焦化厂在处理烟气时，一般采用改进的SCR烟气脱硝工艺配置催化剂，可有效降低烟气反应温度。该工艺不仅存在催化剂性能波动、催化剂中毒等技术层面上的问题，而且目前普遍使用的低温脱硝催化剂收购价格高[3]。

4 焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝工艺的改进措施

4.1 先脱硫后脱硝

焦炉烟气先脱硫后脱硝工艺的具体操作工序：首先将焦炉烟气引入到干燥脱硫装置中去除烟气中的二氧化硫；然后将其导进脱硫焦炉烟气SCR 脱硝系统进行脱硝转化，在此过程中需要对烟气进行持续加热；之后焦炉烟气进入余热锅炉并持续加热；最后将经过脱硫脱硝操作的焦炉烟气从烟囱排到大气中。

此种工艺的特点：烟气先脱硫后脱硝工艺在大大降低焦炉烟气中二氧化硫浓度的前提下，还减少了烟气处理过程中产生的硫酸等杂质的总量，延长了焦炉的实际使用寿命。但在实际生产中，考虑到成本投入，不建议采用湿法烟气脱硫工艺。此外，还有必要增设烟气加热系统，将焦炉烟气脱硝反应中的热烟气引入余热锅炉。

4.2 先脱硝后脱硫

焦炉烟气先脱硝后脱硫工艺的具体操作工序：将焦炉引入SCR 烟气脱硫系统，根据实际情况选择是否加热烟气，然后将烟气引入余热锅炉，再进行氨法烟气脱硫工艺，最后将焦炉烟气通过烟囱脱硫后排出，烟气从余热锅炉通往烟囱过程中持续加热[4]。

这种工艺方法存在一定的技术缺陷。在先脱硝后脱硫的具体操作流程中，存在催化剂中毒概率高和烟气反应温度低的问题，因此有必要找出问题源头，并选用科学有效方法来解决。催化剂中毒概率大的首要原因是焦炉烟气经过脱硫脱硝系统后，二氧化硫含量有所提升，在一定温度条件下与氨发生了化学反应，而生成的硫酸氢盐中含有一定的有毒物质，从而引起催化剂中毒、失活、堵塞等衍生问题。因此，应该采用烟气脱硝装置的前端过滤和清洗设备，按时对附着在催化剂表层的多种杂质进行过滤和清洗。此外，焦炉烟气在热处理时应保证烟气热度维持在一定条件下，且烟囱应长期处于热备状态。