焦炉烟道废气脱硫脱硝除尘及余热回收一体化技术

３）ＮＯｘ含量较高。目前运行的焦化厂焦炉烟道 气中ＮＯｘ含量为８００—１２００ ｍｇ／Ｎｍ３。
４）ＳＯ：含量对低温脱硝的影响。独立焦化厂焦 炉烟道气中Ｓ０２含量为５０—６００ ｍｇ／ｍ３；采用ＳＣＲ脱 硝在Ｖ２０，催化剂的作用下，有一部分ＳＯ：被选择性 地转化为Ｓ０３。在１８０℃至２３０℃温度区间内，ＮＨ， 与Ｓ０３反应极易生成Ｎ１４ｌＩ－ＩＳＯ。。ＮＩ－ＬＩＨＳＯ。极易潮解， 其熔点温度为１４７ ｏＣ，沸点为３５０℃。该物质非常粘 稠且难以清除，粘附在催化剂表面，会严重影响催 化剂使用效率。
降低到小于５０／３０ ｍｓ／Ｎｍ３。脱硫反应产物中还有部 分未反应的Ｎａ：ＣＯ，，通过循环再次喷人焦炉烟道废 气中，提高Ｎａ：ＣＯ，的利用效率。
５ 焦炉烟道废气脱硫脱硝余热回收 工艺流程及工艺特点
工艺主要分为四个部分：焦炉烟道废气低温 ＳＣＲ脱硝、热量回收、干法脱硫、浓氨水精制。
２０１５焦化行业节能减排及干熄焦技术交流会
（关键词］焦炉 烟道废气脱硫脱硝热回收
１ 引言
我国的ＳＯ：和ＮＯｘ排放量高居世界各国前列， ＳＯ：、ＮＯｘ是形成酸雨的主要物质之一，造成大气污 染和酸雨问题日益严重．对人类健康和生态系统等 危害严重，已经成为制约我国经济社会可持续发展 的因素。
焦炉烟囱排放污染物，主要为ＳＯ：、ＮＯｘ及颗粒 物，排放量取决于多种因素，其中最具有代表性的 因素有：加热煤气的净化程度；加热火道的温度；加 热煤气的燃烧条件；焦炉加热系统的密封性等。
焦炉烟囱排放的ＳＯ：是焦炉加热煤气中所含硫 化物燃烧产生的。主要包含焦炉加热用焦炉煤气中 Ｈ２ｓ燃烧所生成的ＳＯ：；焦炉加热用焦炉煤气中有机 硫燃烧所生成的ＳＯ：；因焦炉炉体窜漏导致荒煤气 进入燃烧系统，其中所含的硫化物燃烧所生成的 ＳＯ：。焦炉烟道废气中排放的ＳＯ：根据各厂煤气净化 的程度和焦炉的管理水平，一般在１００—６００ ｍｇ／ｍ３。
为了保持蒸汽品质，设有排污系统，排污量３～ ５％，下端有排污扩容器，产生汽进入除氧器，还设有 加药系统。在蒸发器、省煤器、套管下联箱装有泄水 管，在系统所有最高点装放气阀门用以排出空气。 汽包设置化验取样冷却器．便于对锅炉水质进行分 析化验。
省煤器工质进出口温度：２０／１５９ ｏＣ，烟道废气进 口温度：１９５ ｏＣ。具体参数见表２。
在ＳＣＲ反应器内氨与氧化氮反应生成氮气和 水．反应方程式如下：
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋０２＿÷６Ｈ２０＋４Ｎ２
ＮＯ＋Ｎ０２＋２ＮＨ３－斗３Ｈ２０＋２Ｎ２
反应生成水和氮气随烟道废气进人热管余热 锅炉。
在ＳＣＲ进口设置ＮＯｘ，０２、温度监视分析仪，在 ＳＣＲ出口设置ＮＯｘ，０２、ＮＨ３监视分析仪。
注人格栅前分布管上设有厂用压缩空气管道， 当注人格栅喷头发生堵塞时进行吹扫。在氨气进装 置分管阀后设有氮气预留阀及接口。在停工检修时 用于吹扫管内氨气。 ５．２焦炉烟道废气热量回收
３焦炉烟道废气脱硫脱硝余热回收 技术
成都华西化工研究所股份有限公司开发了与 焦炉配套的脱硫脱硝工艺，该工艺采用：
焦炉烟道废气经风机送到低温选择性催化还 原（低温ＳＣＲ）法脱硝，将焦炉烟道废气中ＮＯｘ浓度
控制在＜５００１１５０ ｍ咖３，达到（ＧＢｌ６１７１—２０１２焦炉
烟囱大气污染物排放标准》中“表５”或“表６”要求 的浓度限值要求；焦炉烟气脱硝后通过回收热量生 产蒸汽来降低焦炉烟气温度，焦炉烟气温度降低 到～１６０℃，再经过钠碱干法脱硫将焦炉烟道废气中 ＳＯ：浓度控制在＜５０／３０ ｍｇ／ｍ３，最后焦炉烟道废气通 过烟囱排人大气。
ＳＯ：和Ｓ０３，表面反应生成Ｎａ＝，ＳＯ。和Ｎ硝Ｏ，，烟气携
带未反应的碳酸钠和反应生成的硫酸钠通过袋式 除尘器送到烟囱。
脱硫化学反应过程为：
２ＮａＨＣ０３—｝Ｎａ２Ｃ０３＋Ｃ０２＋Ｈ２０ Ｎａ２Ｃ０３＋Ｓ０２－＋Ｎａ２ｓ０３＋２Ｃ０２ ２ＮａＥＣ０３＋Ｓ０２＋０２＿＋Ｎａ§０４＋Ｃ０２ 通过设置袋式除尘器分离脱硫后烟气中的反 应产物，控制滤袋的阻力损失．在滤袋表面形成一 定厚度的过滤层，在过滤层中Ｎａ２ＣＯ，继续与烟气中 酸性气态污染物发生反应，将焦炉烟道废气中ＳＯ：
焦炉烟气脱硫脱硝，具体方案为： 焦炉烟道废气温度一般在２２０～２９０ ｏＣ之间．采 用低温选择性催化还原反应（ＳＣＲ）技术，满足焦炉烟 道废气中ＮＯｘ排放要求，即ＮＯ。排放浓度＜５００／１５０ ｍｓ／Ｎｍ３以下。ＳＣＲ催化剂采用成都华西化工研究所 股份有限公司与合作单位开发的蜂窝式催化剂．主 要活性成分为ＴｉＯ：和Ｖ２０，，少量的Ｗ０３、Ｒｅ等稀土
混合气体进入位于烟道内的氨注入格栅，在注 入格栅前设有调节和流量指示，在系统投运后根据 烟道进出口检测ＮＯｘ浓度来调节氨的分配量。
混合气体进入烟道通过氨／烟道废气混合器再 与烟道废气充分混合，然后进入ＳＣＲ反应器，ＳＣＲ 反应器操作温度可在２２０～２９０℃，ＳＣＲ反应器的位 置位于焦炉烟囱附近区域。温度测量点位于ＳＣＲ反 应器前的进Ｅｌ烟道上，出现１６０ ｏＣ以下温度情况时． 温度信号将自动连锁关闭氨进入氨／空气混合器的 快速切断阀。
５．１ 低温ＳＣＲ脱硝 焦炉烟道废气经风机送到ＳＣＲ反应器。 浓氨水通过浓氨水泵送至储氨罐。氨水贮罐内
的氨水通过泵送至氨水蒸发器，经加热气化为氨 汽，通过氨气缓冲罐后经稀释风机送到ＳＣＲ反应 器。所有安全放空及手动放空气体均进入氨气吸收 罐，通过氨吸收罐内的水将氨气吸收成氨水。氨水 送至煤气净化车间。而无压力的所有设备排放的液 体和罐区场地废水均排放至废水池，经废水泵送至 煤气净化车间。
自氨水汽化的氨气与稀释风机的空气在氨／空 气混合器内充分混合为不超过５％的氨／空气混合气 体。所配稀释风机满足脱除烟气中ＮＯ。最大值的要 求，并留有余量。为保证安全和分布均匀，稀释风机 流量按１００％负荷氨量的１．１５倍设计。
氨的注入量控制是由ＳＣＲ进出口ＮＯｘ，０：监 视分析仪测量值、烟道废气温度测量值、稀释风机 流量、烟道废气流量来控制的。为保证氨不外泄．稀 释风机出口阀设有故障连锁关闭，并发出故障信号。
反应生成氮气和水，反应方程式如下： ４Ｎ０＋４ＮＨ３＋０２＿＋６Ｈ２０“Ｎ２
ＮＯ＋Ｎ０２＋２ＮＨ３—÷３Ｈ２０＋２Ｎ２
反应生成水和氮气残留在焦炉烟道废气中。 ４．２干法脱硫工艺原理
焦炉烟道废气脱硫工艺以碳酸氢钠（ＮａＨＣＯ，） 作为吸收剂，过量的碳酸氢钠粉在高温烟气中受热 分解生成碳酸钠，碳酸钠吸收焦炉烟道废气中的
组分，该催化剂活性温度范围宽，在１６０～４００ ｏＣ范 围都具有很好的催化活性。
脱硝采用１６～２６％的氨水作为还原剂。为炼焦 自产的焦化浓氨水并通过精制达到脱硝的要求。
脱硝后的焦炉烟道废气通过热管余热锅炉回 收焦炉烟道废气中热量生产蒸汽，蒸汽回收量可以 达到～１００ ｋｓ／ｔ焦炭（蒸汽发生量与人１３焦炉烟道废 气密切相关）。
表１ ＧＢｌ６１７１－２０１２焦炉烟囱大气污染物排放 标准浓度限值
大气污染物排放限值 颗粒物
“表５”规定
３０
“表６”规定
１５
Ｓ０２ ｍｇ，ｍ３ ５０
３０
ＮＯｘ ｍｇ／ｍ３
５００ １５０
２焦炉烟道废气脱硝特点
１）焦炉烟道气温度较低。受焦炉炉型、燃料类 型、操作制度、现场管理水平等因素的影响，不同焦 化厂焦炉烟道气温度差别很大，一般在２２０～２９０ ｏＣ 之间，而电厂烟道废气温度为３００。４００ ｏＣ的，焦炉 烟道气温度相对较低，如果直接采用电厂烟道废气 脱硝所用的催化剂进行脱硝，脱硝效率低，很难满 足国家排放标准要求。
表２相关参数
蒸发段
烟道废气进口温度
２９０℃
烟道废气出口温度
１９５℃
Biblioteka Baidu省煤器出口水温
１５４℃
省煤段
烟道废气入口温度
１９５℃
烟道废气出口温度
１６０℃
工质入口温度
２０℃
工质出口温度
１５４℃
采用热管余热锅炉。该结构最大优点是在设备 出现问题时，不影响炼焦生产的正常运行，对于炼 焦系统而言．安全性高。
热管是一根管子，里面存有工质（水），当烟道 废气加热热管时，水即蒸发并向上流动，与热管上 部的冷水接触，热管传热给冷水。热管中蒸汽凝结 并依靠重力流到热段。这个过程就形成了烟道废气 给冷水的热量传递。热管换热器热段与冷段用隔板 隔开。当烟道废气侧热管破裂时．水不能跑到烟道 废气侧，所以不影响炼焦烟道废气系统。只能引起 热管失效，即影响排烟温度。
焦炉烟道废气通过热回收温度降低到～１６０℃． 喷入超细的ＮａＨＣ０３粉末，ＮａＨＣ０３粉末在焦炉烟道 废气中发生分解，吸附焦炉烟道废气中的ＳＯ：，最后通 过袋式过滤器除去焦炉烟道废气的颗粒物．烟气中
ＳＯ：达到＜５０／３０ ｍ咖３，烟气通过烟囱排人到大气。 ４工艺原理和工艺流程
４．１ 低温ＳＣＲ脱硝工艺原理 在ＳＣＲ反应器内氨与焦炉烟道废气中的ＮＯｘ
２０１５焦化行业节能减排及干熄焦技术交流会
焦炉烟道废气脱硫脱硝除尘及余热回收—体化技术
任毅
（成都华西化工研究所股份有限公司）
［摘要］针对炼焦烟道废气的特点及脱硫脱硝技术发展现状，成都华西化工研究所股份有限公 司成功开发了一种焦炉烟道废气脱硫、脱硝、除尘及余热回收一体化技术。本文介绍了工艺流程， 并就工艺特点、脱硫、脱硝、除尘机理等方面做了简单阐述，并与其他工艺进行了对比，提出了合理 的工艺路线。
焦炉煤气中的碳颗粒物在加热时形成碳黑。焦 炉煤气中的烃类热裂解也形成碳黑．焦炉炭化室逸 出的粗煤气（粗煤气中含焦油和细分散煤尘）进入 到燃烧室。形成的废气中的碳颗粒浓度可达到１００
ｍｇ／ｍ３以上。 自２０１５年１月１日１起，现有企业执行《炼焦
化学工业污染物排放标准｝ＧＢｌ６１７１－２０１２“表５”规 定大气污染物排放限值：在国土开发密度较高、环 境承载能力开始减弱．或大气环境容量较小、生态 环境脆弱．容易发生严重大气污染环境问题而需要 采取特别保护措施的地区，执行ＧＢｌ６１７１—２０１２“表 ６”规定大气污染物特别排放限值。，具体规定见下 表１。
２０１５焦化行业节能减排及干熄焦技术交流会
６７
５．３干法脱硫 焦炉烟道废气干法脱硫工艺以碳酸氢钠
（ＮａＨＣＯ，）作为吸收剂，碳酸氢钠经过粉碎机粉碎， 粉碎后过量的碳酸氢钠粉在高温烟气中受热分解 生成碳酸钠，碳酸钠吸收焦炉烟道废气中的Ｓ０２和 ＳＯ，，表面反应生成Ｎａ２Ｓ０４和Ｎａ ２。ＳＯ，，烟气携带未反 应的碳酸钠和反应生成的硫酸钠通过袋式除尘器 送到烟囱。
燃气在焦炉立火道燃烧时，会产生氮氧化物 （ＮＯｘ），氮氧化物通常多指ＮＯ和ＮＯ：的混合物，大 气中的氮氧化物破坏臭氧层，造成酸雨，污染环境。 研究表明，在燃烧生成的ＮＯｘ中，ＮＯ占９５％，ＮＯ： 为５％左右，在大气中ＮＯ缓慢转化为ＮＯ：。焦炉烟 囱废气排放的ＮＯｘ浓度一般在８００～１２００ｍｇ／ｍ３。
２）焦炉烟囱必须始终处于热备状态。焦炉烟道 气经过脱硫脱硝以后必须回到焦炉烟囱排放至大 气，使焦炉烟囱始终处于热备状态，一旦脱硫脱硝 装置故障停产，烟道废气能够通过原烟囱排放到大 气，不影响焦炉正常生产。因此经过脱硫脱硝后的
２０１５焦化行业节能减排及干熄焦技术交流会
烟道气温度必须高于烟道废气露点温度。且不得低 于１３０℃，不能直接采用电厂常用的湿法脱硫技术 进行烟道气脱硫。
５）ＮＨ，逃逸率的控制是个难点。如果采用电厂 常用的ＮＨ，一ＳＣＲ法对焦炉烟道气进行脱硝．由于 低温脱硝效率较低，所以经过脱硝后的ＮＨ，逃逸量 很难满足国家排放标准要求。
６）独立焦化厂采用焦炉煤气加热焦炉烟道废 气含水约为２０％。采用常规湿法脱硫工艺产生大量 废水形成二次污染，采用常规石灰干法脱硫．在１１０ ℃以上不能满足脱硫要求；采用半干法，导致烟气温 度下降４０～６０℃，不能进行热回收。
从焦炉烟道废气脱硝装置来的烟道废气先经
过热管换热器换热，烟道废气温度降至１９５ ｏＣ．然后 进入省煤器预热锅炉给水，烟道废气温度进一步降 低至１６０ ｏＣ，送到干法脱硫装置。
来自界外的软水（２０℃）进入除氧器，经热力除 氧后经锅炉给水泵升压进入省煤器预热至１５９ ｏＣ后 进入汽包。
汽包水通过下降管把炉水引到下降箱，夹层中 汽水混和物汇集到上联箱经汽水引出管进入汽包。 水进入下降管，由于下降管水重，夹层中有汽因而 产生推动力，使蒸发系统工质循环。汽包中一次分 离元件和二次分离元件把汽水分离．从汽包引出蒸 汽，进入焦化厂现有蒸汽管网，小部分引回除氧器 作为除氧热源。