焦炉烟气SDS 脱硫脱硝技术探讨

张超，叶昊，严大群

（江苏科行环保股份有限公司，江苏 盐城 224051）

目前，焦炉烟道气常用的治理工艺为“中低温SCR 脱硝+余热回收+氨法脱硫+（消白）+烟囱直排”，该工艺存在脱硫塔腐蚀、脱硝效率衰减、余热锅炉阻力异常等问题，影响焦炉正常生产。现阶段，焦化厂逐步采用“SDS 脱硫除尘+中低温SCR 脱硝”工艺方案改造，表现较优。柳钢首套“SDS 脱硫除尘+中低温SCR 脱硝”装置投运以来，焦炉烟气的二氧化硫、氮氧化物及颗粒物均稳定达标排放[1]，目前陕西一批焦化单位也正进行相关的脱硫脱硝工艺改造。

1 SDS 脱硫脱硝工艺流程

焦炉烟气通过地下烟道引出，先进入换热器降温至260℃以下后，进入SDS 脱硫除尘系统，去除烟气中SO2、粉尘，再进入SCR 脱硝反应器，脱除烟气中的NOx，然后进入余热锅炉回收余热，最后进入原混凝土烟囱排放。烟气排放温度为130℃—160℃，不存在冒白烟现象。

1.1 SDS 脱硫工艺

烟气进入脱硫反应器，并喷入碳酸氢钠（小苏打，NaHCO3）超细粉。碳酸氢钠在高温下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质（如SO3、HF、HCl 等）发生反应后，被吸收净化。脱硫后粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器后被收集。同时碳酸氢钠还可通过物理吸附去除一些无机和有机微量物质。反应式如下：

烟气温度在160℃以上时，SDS 脱硫效率可以达到95℃，而且几乎不增加烟气系统的运行阻力。另外，相较于其他脱硫工艺，SDS 工艺温降小（可控制在10℃—15℃）、布置紧凑、无废水产生。

1.2 中低温SCR 系统工艺

SCR 技术成熟，脱硝效率高且稳定，是烟气脱硝超低排放应用最广的工艺之一。其原理是在高温和催化剂的作用下，利用喷入烟气中的NH3将烟气中的NOx还原为N2和水。SCR 技术的核心是催化剂，在焦化行业脱硫中，主要使用中低温催化剂，反应温度区间为160℃—250℃。脱硝效率和催化剂活性下降的主要原因是：1）烟气夹带的焦油黏附在催化剂表面；2）硫酸盐化和表面硫酸铵的沉积造成催化剂中毒[2]。

在SDS 脱硫脱硝工艺中，SDS 脱硫除尘前置，可以改性吸附烟气中的焦油和其他杂质，为催化剂的使用创造理想的条件。此外，装置增加催化剂热解析系统，将脱硝反应器周期性加热至350℃左右，将黏附在催化剂表面的硫酸氢氨可以通过热解析的方式进行分解去除。

2 SDS 脱硫脱硝工艺在陕西某焦化项目上的应用

2.1 项目概述

以陕西某焦化厂2#烟气脱硫改造项目为例，焦炉规格为：2×65 孔、5.5m 捣固炉，焦炉烟气参数如表1 所示。原焦炉脱硫脱硝采用的工艺路线为“中低温SCR 脱硝+余热回收+氨法脱硫+脱硫塔烟囱直排”，改造后的工艺路线为“换热器+钠基干法脱硫+布袋除尘+SCR 脱硝（利旧）+余热锅炉（利旧）+引风机（利旧）+焦炉烟囱排放”。该改造项目现已投入运行，各项指标均达到了排放要求。

表1 焦炉烟气与实际排放参数

2.2 项目设计总结

2.2.1 SDS 脱硫工艺设计总结

（1）小苏打料仓防堵。市场袋装小苏打一般粒径小于1mm，易压实结块，而且储存时易吸潮板结。设计时考虑：1）料仓设计按24 小时容量考虑，每天需加料一次；2）料仓内部设计拱装支撑，防止物料压实；3）料斗设计大功率振壁器。

（2）反应温度确定。SDS 脱硫要求反应温度大于140℃，提高温度有利于提高脱硫效率，减小脱硫剂的小时耗量，同时考虑除尘器滤袋的耐温，控制温度一般不超过260℃。

（3）反应时间确定。根据工程实例，脱硫反应2s 即可；进一步延长反应时间，脱硫效率无明显提升。喷射口应布置在有利于脱硫剂与烟气混合的位置。

（4）脱硫温降控制。除尘器滤袋滤料最高耐温为260℃，中低温SCR 要求温度越高越好，这就要求除尘器本体及除尘与脱硝间的连接烟道温降越低越好。设计时考虑：1）相关烟道和除尘器本体保温采用硅酸铝棉且增加厚度；2）除尘器检修门、孔等均采用双层保温结构。项目实际控制温降在10℃左右。

2.2.2 中低温SCR 工艺设计总结

（1）反应温度的确定。脱硝效率随着温度的升高而快速增大，温度超过230℃时，脱硝效率随温度升高的增速变缓[3]，这就要求前端脱硫系统应严格控制温降。催化剂温度与脱硝效率曲线见下图。焦炉推荐SCR 反应温度为200℃—250℃，无需额外加热烟道气。

催化剂温度与效率曲线

（2）反应器流场模拟。设计结合流场分析结果并进行合理优化，确保满足《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》（DL/T 5480—2013）的相关要求。

（3）优化喷氨格栅的设计，控制氨氮摩尔比。增加氨氮比可以提高脱硝效率，但氨逃逸超过3ppm，会加剧催化剂活性下降，并造成二次污染。

（4）催化剂热解析系统。项目设计反应器分四个仓室，可实现单仓独立在线解析。热解析流程：将高温循环风机抽取脱硝后的高温烟气，采用焦炉煤气加热炉进行加热，保证脱硝单仓室温度为350℃左右，保温12—24h，排出的含硫气体返回SDS 脱硫前端。

2.2.3 新增阻力控制

焦炉现场布置紧凑，改造空间小，烟道路径长。项目要求旧引风机不改造，而且不影响焦炉正常生产，明确“换热器+SDS 脱硫除尘”阻力不得高于1800Pa。设计时考虑：1）选用上升管式余热锅炉，设置蒸汽吹灰装置，可在线清灰；2）优化烟道设计，如连接烟道布置顺畅、风速≤15m/s、弯曲半径1.5D、异径接头增加导流板等；3）布袋除尘器过滤风速选择0.7—0.8m/min。

项目实际运行时，“换热器+SDS 脱硫除尘”阻力可保证不大于1500Pa，确保了焦炉正常生产。

2.2.4 副产物回收

SDS 脱硫副产物主要为Na2SO4，一般为灰色粉末状物质，有一定的吸潮性，属于一般工业废弃物。副产物化学分析详见表2。

表2 陕西某焦化厂SDS 副产物化学分析

应在方案初期与业主沟通脱硫副产物去向，避免二次污染。目前有部分企业将脱硫副产物配煤炼焦，钢铁联合企业将脱硫副产物回配烧结机处理[4]。

3 结语

在焦化行业，SDS 干法脱硫脱硝工艺在温降低、无废水、系统阻力低等方面较其他工艺，有较好的优势。SDS 脱硫前置，保证了较高的脱硫效率，脱硫除尘后的烟气进一步进行中低温SCR 脱硝，有效保证了脱硝效率的稳定性，并延长了催化剂使用寿命。该工艺更可拓展到其他行业。同时，SDS 干法脱硫脱硝工艺缺点也很明显，脱硫的副产物综合利用还有待进一步开发，避免成为新的污染源。