焦炉烟气脱硫脱硝工艺研究

焦炉烟气脱硫脱硝工艺研究

随着全社会环保意识的增强，特别是2018 年初国务院提出要对钢铁行业进行超低排放改造以来，各级政府相继出台了最新的、更严格的大气污染物排放标准。以炼焦化学工业为例，国家出台的焦炉烟气超低排放标准为：基准含氧量8% 的條件下，颗粒物≤10 mg/ m 3 ，SO 2 ≤ 30 mg/ m 3 ，NO x ≤150 mg/ m 3.文章介绍了焦炉烟气脱硫脱硝技术在的焦化工艺中的运用。针对脱硫系统中的硫酸铵结晶和系统稳定性较差问题，通过延长喷洒管、增加喷头数量及增加烟气管道上沿雨棚，根除了脱硫塔系统积料。通过工艺优化、改进，焦炉烟气脱硫脱硝工艺指标达标，烟囱排放指标达标，生产运行稳定。

标签：焦炉烟气;脱硫脱硝;废气治理;环保

1.焦炉烟气特点与脱硫脱硝工艺选择难点

焦炉是一种特殊的工业窑炉，其燃烧过程和烟气排放与其他工业窑炉特别是电厂锅炉有着明显区别，主要表现在以下几个方面

1.1烟气温度低。焦炉烟气温度一般在180～280℃，个别甚至低于170℃，越是技术先进、能源利用效率高的大型焦炉，烟气温度越低，远低于电厂锅炉300℃以上的烟气温度，因此发电行业成熟的脱硫脱硝技术难以在焦炉烟气上很好适用，即使是中低温SCR催化剂，在烟气温度低于190～200℃时，脱硝效率也会明显下降。

1.2污染物成分与含量复杂多变[4]。焦炉烟气总体上呈现低硫高氮的特点，但不同焦化厂的不同焦炉，SO2和NOx含量差别较大。一般用混合煤气加热的焦炉，烟气中的NOx含量通常在300～500mg/m3;用焦炉煤气加热的焦炉，烟气中的NOx可达1000mg/m3以上。烟气中的SO2含量受加热煤气H2S和含硫有机物含量以及焦炉窜漏情况的影响相差100～300mg/m3。

1.3水蒸汽含量差异较大。用混合煤气加热的焦炉烟气含水量较低，而用焦炉煤气加热的焦炉烟气中的水蒸汽含量可达20%，两者相差10%以上，因此需要对脱硫脱硝工艺中使用的药剂、介质和催化剂等进行差异化权衡，以选择更恰当的工艺条件，并尽可能适应下一步烟气消白工艺的技术要求。

1.4由于焦炉连续生产的特性，焦炉烟囱需长期处于热备状态，且烟囱的排烟温度不能低于烟气的露点温度，需保持在130℃以上，在保障全炉吸力的同时，避免产生烟囱雨。此外，由于焦炉加热的换向特点，焦炉烟气中SO2和NOx含量具有周期性的波动特征，要求脱硫脱硝工艺能够适应。

1.5难以回避的氨逃逸和脱硫脱硝废弃物处理问题。对焦化企业采用SCR和SNCR脱硝工艺中的氨逃逸提出控制要求，明确规定SCR氨逃逸浓度≤

2.5mg/m3（干基标态），SNCR氨逃逸浓度≤8mg/m3（干基标态）。此外，针对不同的脱硫

工艺，脱硫产生的固体废弃物处理也是需要详细考虑的问题。

2.焦炉烟气一体化脱硫脱硝技术

针对焦炉烟气的上述排放特征和复杂特性，国内开发出几种一体化的脱硫脱硝技术。主要包括SDA-SCR法脱硫脱硝技术、SCR脱硝+氨法脱硫技术、活性焦一体化脱硫脱硝技术、低温有机催化脱硫脱硝除尘一体化技术、湿法钢渣联合脱硫脱硝技术、液态催化氧化法脱硫脱硝技术等，其中部分得到了工业化应用，取得了较为明显的环境和社会效益，同时也暴露出各自的缺点和问题，需要进一步优化工艺，改善过程控制，保障长周期的稳定运行。

2.1SDA-SCR法脱硫脱硝技术

SDA-SCR法是目前焦炉烟气脱硫脱硝技术中应用最广泛、工程案例最多的技术之一，其主要原理是：以碳酸钠溶液或石灰浆液为脱硫剂，采用SDA（旋转喷雾干燥）方式进行半干法脱硫，烟气中的SO2与雾化成小液滴的脱硫剂进行反应，在脱除SO2的同时液滴迅速蒸发为盐颗粒，经中低温SCR脱硝除尘一体化装置喷氨将烟气中的NOx还原为N2和H2O的同时，过滤除去烟气中的颗粒物，最终烟气达到超低排放，经烟囱排入大气。该工艺的主要优点是：采用先脱硫后脱硝的工艺，避免了烟气中少量SO3与NH3反应生成黏稠的NH4HSO4[13]堵塞SCR催化剂微孔;颗粒物、SO2、NOx等可达到国家超低排放标准，且NOx的脱除效率可通过增加催化剂层数的方式升级提高;采用SDA的方式脱硫烟气温度可控制在10～20℃，减少了SCR脱硝段烟气升温的加热煤气消耗;可保障焦炉烟囱排烟温度大于130℃，并长期处于热备状态。但同时，该工艺也存在着SDA核心设备需要进口，喷雾干燥形成的粉状盐颗粒在烟气中水分含量高，温度较低时容易潮解堵塞布袋和管道、催化剂蜂窝，日常清理维护工作量大，以及能量利用效率高，烟气排放温度较低的焦炉需要更多的燃气对烟气进行补热，成本偏高，脱硫灰需要单独无害化处理等缺点，需要进一步工艺优化。此外，也有公司采用密相干塔、循环流化床等半干法脱硫工艺替代SDA法脱硫脱硝一体化技术，部分克服了SDA法的一些缺点，取得了较好的工程应用效果。

2.2SCR脱硝+氨法脱硫技术

SCR脱硝+氨法脱硫工艺的基本原理是：先对烟气喷NH3进行SCR脱硝，然后烟气经除尘、净化、换热后进入脱硫塔，在氧化风机鼓入空气氧化的情况下，氨水与烟气并流反应，生成硫铵颗粒[14]，含硫铵颗粒的脱硫浆液去焦化硫铵系统结晶生产硫铵，而烟气经再次换热升温后经焦炉烟囱排入大气。该工艺的主要优点是：采用先脱硝后脱硫的工艺，可充分利用焦炉烟气的初始温度，脱硝效率较高;脱硫使用焦化厂自有的氨水资源。缺点是：易发生NH4HSO4堵塞SCR催化剂的现象;烟气中的氨逃逸指标难以控制，产生的部分（NH4）2SO4气溶胶难以脱除。

2.3活性焦一体化脱硫脱硝技术

活性焦一体化脱硫脱硝是利用活性焦具有的高比表面、高孔隙以及孔隙表面局部缺陷的催化特性对烟气中的颗粒物、SO2及NOx进行一体化脱除的工艺。其工艺流程为：先对焦炉烟气喷氨并充分混合，然后经废热锅炉将烟气温度降至150℃左右，逆流通过吸附塔，在塔内烟气中的SO2被活性焦吸附，NOx则在活性焦催化下与氨发生还原反应生成N2和H2O，颗粒物等则被活性焦床层捕获截留。反应后的乏活性焦从吸附塔底排出，进入解析塔，在400℃左右解析出SO2气体后得到再生，再生后的活性焦重新进入脱硫脱硝循环。该技术在安钢、沙钢等企业的焦炉得到工程应用，污染物排放指标可达国家超低排放标准，但也存在NH4HSO4堵塞的问题。

2.4低温有机催化脱硫脱硝除尘一体化技术

低温有机催化脱硫脱硝除尘一体化工艺的基本原理是[15]：烟气经余热回收系统降温至170℃后，在烟气中通入O3，将烟气中的NO氧化为NO2/N2O3，烟气进入洗涤塔内，与塔上段喷淋的混有氨水并含有亚砜官能团的有机催化剂逆流接触，同时在塔顶喷淋工艺水对烟气除尘洗涤。烟气中的SO2和NO2/N2O3先与水反应生成H2SO3和HNO2，这2种弱酸会与亚砜形成稳定的缔合物而被吸收进入油相，并逐步被烟气中的残余O2氧化为H2SO4和HNO3，进而在塔底与亚砜解缔重新进入水相，并与氨生成（NH4）2SO4和NH4NO3，经三相分离后浓缩进入焦化厂硫铵系统制肥，有机催化剂则循环使用。经水洗的烟气经过多级除尘除雾后，换热到130℃，经原焦炉烟囱排入大气。该技术在山西某焦化厂得到了工程化应用，烟气排放指标可达国家超低排放标准。与其他技术相比，该技术工艺较为复杂，且涉及到气、油、水三相间的反应，增加了焦化厂的污水处理量。此外，虽然有机催化剂的沸点高达300℃且黏度较高，但难以避免会有微小液滴形成气溶胶而被净烟气夹带进入大气。

结束语

通过对脱硫脱硝工艺在生产实际中出现的问题进行理论分析、工艺改进、效果检修，得出以下结论：针对脱硫系统阻力及稳定运行等问题，焦炉烟气脱硫脱硝应根据烟气温度和污染物排放特征选择适当的技术，同时还需考虑脱硫脱硝副产物的无害化处理，应优先选择无废水、废渣产生的工艺。

参考文献

[1]刘永民.焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺探讨[J].河南冶金，2016，24（4）：17-20.

[2]王悦.NO氧化结合湿法吸收对燃煤烟气脱硝的实验研究[D].山西：中北大学，2019.

[3]张亦弛，于洪涛，徐铁君.焦炉烟气二氧化硫和氮氧化物污染预防技术[J].燃料与化工，2019，50（1）：59-61.