低温SCR脱硝在焦炉烟道气处理中的应用
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低温SCR脱硝在焦炉烟道气处理中的应用
摘要:现如今,我国化工行业发展十分迅速,我国焦化行业面临着严峻的NOx
减排形势,基于焦炉烟气的特点,提出了一种应用于焦炉烟气的中低温SCR脱硝
工艺和中低温SCR脱硝。该工艺能高效解决焦炉烟气中NOx的治理。同时本文
阐述了焦炉烟气的特点和该工艺的系统组成,以及考察烟气温度、氨气流量和烟
气总量等工艺参数对催化剂性能的影响。通过对实际烟气的研究,力争为我国焦
炉SCR脱硝技术做出贡献。
关键词:焦炉烟气;中低温SCR脱硝;工艺系统;参数影响
引言
近年随着国家《炼焦化学工业污染物排放标准》的实施,国内焦化行业陆续
建设了焦炉烟气脱硫脱硝装置。脱硝工艺主要采用中低温SCR工艺,反应温度在200~250℃,需要对烟气进行小幅升温,存在能源成本高的问题,宁钢焦化厂结
合本单位实际情况采用低温SCR脱硝工艺,避免了烟气再升温,节约了运行成本。 1直接脱硝工艺
直接SCR法脱硝指从焦炉地下烟道抽取废气,不经过脱硫等措施,直接应用SCR法进行NOx净化脱除。以某独立焦化厂130万t/a焦炉烟道气脱硝工程为例,分析直接SCR法脱硝工艺的优缺点。此工程为2×75孔5.5m捣固焦炉的烟道废
气脱硝工程,处理烟气量30万Nm3/h,设计烟气温度310℃,入口NOx浓度1000~1500mg/Nm3,要求净化后NOx浓度小于150mg/Nm3。采用中低温SCR
法脱硝工艺,还原剂气态NH3由厂内液氨站蒸发器提供。脱硝装置建成投产时,
入口烟气温度为270~275℃,NOx浓度1100~1300mg/Nm3,SO2浓度约
100mg/Nm3,系统阻力约900Pa。整套装置运行平稳,脱硝效率稳定在90%以上,各项运行指标均达到设计要求。脱硝装置运行至第4个月时,厂区甲醇车间发生
故障,焦炉煤气需求量降低,焦炉生产进入非正常的减产状态。减产后焦炉烟道
废气温度下降,脱硝装置入口烟气温度从280℃降至240℃,低温状态持续约20天。期间脱硝装置的系统阻力从900Pa逐渐增至1800Pa。在此期间脱硝出口NOx
浓度保持在50mg/Nm3以下,脱硝效率保持在90%以上,脱硝性能未受影响。针
对阻力大幅增加的问题,对脱硝装置分段进行压差检测,停机检查后发现过滤层
被黑灰色和黄绿色物质覆盖堵塞。过滤层水洗后恢复原貌,安装复位后重启脱硝
系统,系统阻力恢复至850~900Pa。将堵塞物取样分析,主要成分为石墨炭、多
种铵盐、焦油、煤粉及粉尘颗粒。分析堵塞物产生时的烟气条件和堵塞物成分可知,当烟道废气温度降至260℃以下时,气态形式存在的焦油蒸汽、铵盐类开始
析出,夹裹游离炭、粉尘颗粒物等凝聚成固态、半固态胶性物质,逐渐在过滤层
上结垢,最终导致装置过滤层堵塞,阻力增大。焦炉烟道废气温度低于260℃时
的结垢问题是一个技术难题,这是由焦炉烟道废气自身固有属性决定的。若在SC
R催化剂前不设置过滤装置,催化剂将被胶性物质堵塞覆盖甚至损坏。若在SCR
催化剂前设置过滤装置,虽能保护催化剂,但如果形成结垢,也需定期停机处理。焦炉烟道废气直接应用SCR法脱硝,可使催化剂在较高的温度条件下进行催化还
原反应,保证催化剂较高的脱硝效率,降低喷氨量。但面临焦炉烟道废气温度下
降时,废气组分对催化剂、过滤层以及其他后续管道设备有堵塞、覆盖危险。
2低温SCR脱硝解决措施
(1)对烟气先进行脱硫,降低脱硝塔入口的二氧化硫含量。宁钢选用半干法脱硫,雾化器可将脱硫剂雾化为50μm的极细小雾滴,增加反应接触面积,使脱硫
反应更充分,具有极高的脱除效率。经脱硫后入脱硝塔前二氧化硫控制在
10mg/m3以下。(2)采用钠基脱硫。在140℃以上钠基具备脱硫效率更高、温降更
小的优势,脱硫温降可以控制在15~20℃,保证脱硝烟气温度控制不低于170℃。
(3)脱硫后采用布袋除尘。布袋除尘具有除尘效率高,运行稳定的优点。未反应的
脱硫剂附集在滤袋外表面,可以使烟气在滤袋表面完成二次脱硫反应,提高脱硫
效果。经除尘后,入脱硝塔前颗粒物控制在10mg/m3以下。(4)设置再生装置。
长时间运行下,催化剂的反应效率下降是不可避免的,因此必须设置加热炉。当
催化剂效率下降时,开启加热炉进行在线再生,恢复催化剂活性,延长催化剂的
使用寿命。(5)设置吹灰器。为保持催化剂表面的清洁,防止催化剂堵塞,需经常
进行吹灰。吹扫的目的是防止灰沉积在催化剂表面,因此装置运行可每天吹灰1次,甚至每班1次。(6)选择优质催化剂。为实现最优催化剂设计方案,需要考虑
较多因素,包括:调整催化剂中氧化钒的成分比例来获得较高活性的催化剂;在达
到同一性能条件下,催化剂的比表面积越大,需要催化剂的体积量越少;为降低催
化剂的重量,催化剂要设计成优化的壁厚,使通过催化剂的烟气压降也减到最低。 3工艺流程简述
该化工厂焦炉烟气脱硫脱硝系统工艺流程图如图1所示,主要可分为除焦系统、脱硝系统、脱硫系统、公用工程及辅助工程。焦炉烟气在引风机的作用下,
从焦炉烟囱的底部被吸出,通过管道进行运输;脱硝前设置烟气除焦油、除尘装置,防止催化剂灰堵、油堵,焦炉烟气进入脱硝单元,在脱硝装置的入口管道上
设有喷氨格栅和静态混合器,焦化厂蒸氨工段产生的浓度为20%剩余氨水在喷淋
蒸发器中蒸发成氨气,氨气与焦炉烟气混合后,通过喷氨格栅均匀送入烟气输送
管道,在经过静态混合器时氨气与焦炉烟气进一步混合。和氨气混合后的烟气从
底部旁边进入脱硝单元,首先经过脱硝催化剂层,烟气中的粉尘都被过滤到催化
剂的外表面层,烟气在引风机的负压下强行穿过催化剂层并进入催化剂内表面,
在此过程中,焦炉烟道废气与催化剂充分接触,烟气中的氮氧化物在催化剂的作
用下,被氨气还原成氮气。脱硝后的烟气中含有一定量逃逸氨,在负压的作用下,穿过催化剂层,进入除氨催化剂层,在除氨催化剂的作用下,氨气优先与氮氧化
物反应,进一步将氮氧化物氧化成氮气。由于脱硝后的烟气温度约为267℃,远
高于湿法脱硫的温度,在此设置余热锅炉,可以最大程度地回收余热,用来生产0.8MPa的水蒸气以备工厂使用。经余热回收后的焦炉烟道废气达到脱硫温度后,进入脱硫塔,从脱硫塔的底部进入,烟气自下而上,与喷淋液逆流接触,充分反应,经脱硫后在脱硫塔顶部直接排放焦炉烟道废气。
图1焦炉烟气脱硫脱硝系统工艺流程图
结语
直接SCR脱硝工艺使催化剂处于高温段,充分发挥催化剂的催化作用,脱硝
效率高,但该工艺对焦炉烟道废气温度要求高,一般不能低于270℃。一旦焦炉
处于非正常生产状态,整套脱硝装置处于被废气杂质堵塞覆盖的危险境况,存在
极大的运行风险。先脱硫后除尘脱硝工艺虽然增加了系统温降(<10℃),但通过
脱硫除尘措施,既能降低铵盐的产生,满足SO2排放要求,又可合理利用脱硫灰
的预喷涂作用,除去废气中的各种杂质,有效保护催化剂,保证高效脱硝和系统
运行平稳。两种工艺路线各有利弊,在工程应用时应根据实际焦炉烟道废气的条
件谨慎分析,选择合适的工艺路线。
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+29.