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焦炉烟气脱硫脱硝技术的选择与应用

发表时间：2021/4/13 来源：《基层建设》2020年第32期作者：唐利利

[导读] 摘要：目前我国的工业生产能力逐渐增强，对能源的消耗进一步增加，使环境的污染程度加剧，很多生产企业采取了一系列环保措施来应对这一窘状。

        武汉华德环保工程技术有限公司湖北武汉 430000
        摘要：目前我国的工业生产能力逐渐增强，对能源的消耗进一步增加，使环境的污染程度加剧，很多生产企业采取了一系列环保措施来应对这一窘状。对焦炉烟气的成分特点及污染性质，研发出了烟气脱硫脱硝技术，有效处理了烟气中的污染成分，避免烟气的排放对空气质量造成影响，进而缓解了生态环境的压力，使焦化生产过程符合环保要求，有利于我国的工业生产向着更加积极健康的方向发展。
        关键词：焦炉烟气；脱硫脱硝技术；应用分析
        引言
        焦炉烟气是炼焦过程中排放的废气，是国家重点治理的废气之一。炼焦过程燃烧的气源一般是高炉煤气和焦炉煤气，燃烧后产生的废气中氮氧化物质量浓度500～800 mg/m3、二氧化硫质量浓度100～400 mg/m3、颗粒物10～30 mg/m3、含氧量14%～16%、烟气温度180～240℃，具有低温低硫高氮等特点，针对不同的烟气必须采用不同的脱硫脱硝技术。
        1焦化厂焦炉烟气处理难点
        1.1烟气温度高
        在焦化厂运行过程中，焦炉烟气的主要产生流程是将所配置洗精煤运入煤塔中，再运入炭化室区域中，于高温环境下进行高温干馏处理而生成焦炭。所生成的焦炭由焦炉加热处理，即将回炉煤气经由弯管运输至制定燃烧室内，与热处理后的空气混合燃烧，随后将燃烧后所生成废气经由立火道、蓄热室等区域进行换热处理，再经由总烟道及烟囱加以排出。从这一工序流程足以看出，所产生、排放焦炉烟气的初始温度较高，虽然经由各类装置处理时会持续降温，但在经由烟囱排出后，多数焦炉烟气仍保持较高温度，且烟气温度波动系数相对较大，受外界环境的强烈影响。此外，在焦化厂生产过程中，需要焦炉烟囱长时间保持在热备工作状态中。
        1.2烟气成分复杂，设备运行不稳
        在焦炉烟气产生、排出过程中，烟气中含有多种粉尘气体及混合物质，如氮氧化物（如二氧化氮）、二氧化硫等，成分较为复杂。此外，烟气中所分布二氧化硫在与氨接触过程中还将发生化学反应，生成具有较强腐蚀系数的硫铵酸。过于复杂的烟气成分加大了焦炉烟气脱硫脱硝处理工作的难度系数，相关设备设施在与含硫氨酸的焦炉烟气长时间接触过程中，将出现程度不一的设备腐蚀问题，焦化厂很难采取单一的处理工艺全面净化焦炉烟气中所分布的各类污染物质。
        2焦炉烟气脱硫技术
        2.1干法脱硫技术
        干法脱硫技术主要采用的是固态的碱性吸收物质来搭建气体脱硫系统，在实际的应用中，根据烟道气的干燥程度主要分为干燥烟道气脱硫和半干燥烟道气脱硫。其中干燥烟道气脱硫系统的处理方式全程处于干燥的烟道气环境中，使烟气穿过充满混合固态的碱性吸收物质和烟道气的管道，通过全面的接触来实现SO2的反应[1]。半干燥烟道气脱硫系统与干燥烟道气脱硫系统相同，都是在干燥的环境中进行脱硫，但是在反应通道内有一定的差别，主要表现在烟道气加水这一操作上，主要是为了在固态的碱性吸收物质外表形成一层液态薄膜，来加快反应物之间的反应速率。由于两种脱硫方法均处于干燥环境中，因此不必担心会对设备造成腐蚀，且反应生成物中不会出现二次污染。

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        2.2喷雾旋转半干法（SDA）脱硫
        将脱硫剂碳酸钠首先与水配制成浓度约25%的浆液，进入脱硫塔雾化器中被雾化成约50μm的雾滴，雾滴被高速（10000 r/min）旋转的雾化轮“甩出”喷射，与烟气中的SO2充分接触并反应生成Na2SO3和Na2SO4，雾滴在吸收SO2的同时被塔内180～210℃的烟气迅速蒸发干燥，少量未反应完的粉末（碳酸钠粉末）则由烟气夹带进入后续除尘器进一步捕集并重新配入脱硫浆液制备系统，使脱硫剂得到充分利用[4]。SDA半干法脱硫是目前焦化行业脱硫脱硝组合工艺中应用最多的技术。由于碳酸钠浆液被雾化为极细小的雾滴，增大了与SO2接触的比表面积，脱硫效率在90%以上；脱硫副产物为干态，无废水产生；烟气温降低（可控制在10～20℃）。雾化器为该脱硫系统的核心设备，目前国内技术尚未成熟，基本全部依耐进口；此外，本工艺最大的缺点就是脱硫的废渣是硫酸钠和亚硫酸钠等，处理难度大，易形成二次污染。
        2.3湿法脱硫技术
        湿法脱硫技术的发展经历的时间比较久远，期间被多次进行改进优化，目前已经达到了非常成熟的阶段。湿法脱硫技术所采用的脱硫物质主要包括CaCO3和Na2CO3，脱硫过程主要是在反应塔中进行的。湿法脱硫技术的效果非常明显，目前的效率已经大大超过了95%，具有非常高的实际应用价值。同时，这种技术的成本较低，不会产生二次污染，被广泛应用于焦化厂的烟气脱硫项目中[3]。
        3焦炉烟气脱硝技术的应用分析
        焦炉烟气脱硝技术使用频率最高的是选择性催化还原法。此方法以氨作为还原反应的催化剂，有效提高反应的速率，并通过控制反应环境温度进一步缩短反应的过程时间。主要优势表现在无副产物产生，同时脱硝的效果比较明显。在基于焦炉烟气脱硝技术搭建处理系统时，需要明确催化反应的具体条件，主要包括催化剂的选择和环境温度的设置，并在反应过程中严格控制温度的波动，避免因温度超出催化范围而导致反应的效率降低[2]。这种脱硝方法不仅不易控制，同时不会产生可回收物质，从实际的应用价值来评估，这种方法的应用难以普及，并且催化剂的使用并不是永久性的，需要定期更换，产生大量的成本消耗。
        4焦炉烟气脱硫技术的应用分析
        烟气的主要成分中含有大量的SO2，如果不进行有效的处理将会严重影响空气的质量，造成不可挽回的后果。因此，针对SO2的化学性质，可以利用碱性物质与其发生化学反应来消除烟气中的SO2成分。
        5焦炉烟气特性
        （1）焦炉烟气温度较低。燃煤电厂锅炉烟气的温度一般在320～400℃，相比之下，焦炉烟道气温度一般为180～300℃，多数集中在200～230℃温度区间；如果采用高炉煤气或混合煤气加热焦炉，则烟道气温度一般低于200℃。这是目前燃煤电厂成熟的选择性催化还原（SCR）脱硝技术不能简单移植到焦化行业最主要的原因。
        （2）焦炉烟气具有“硫低氮高”的特点。燃煤电厂锅炉烟气中SO2、NOx的含量具有“硫高氮低”的特点，而焦炉烟气因焦炉煤气燃烧前经过脱硫工序已脱除荒煤气中大部分的H2S和有机硫，因而具有“硫低氮高”的特点：SO2质量浓度一般为60～300 mg/m3；NOx质量浓度一般为350～1200 mg/m3。
        结束语
        综上所述，针对当前应用的各项焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术，采取各项技术优化措施，不断改进工艺流程，为烟气脱硫脱硝工作的有序开展提供前提基础与技术支持。
        参考文献
        ［1］刘传鹏，杨东伟，惠建明，等.烧结余热梯级利用及脱硫脱硝一站式解决方案［J］.钢铁研究学报，2016，（10）：50-54.
        ［2］熊银伍.活性焦联合脱硫脱硝工艺试验研究［J］.洁净煤技术，2015，（2）：14-19.
        [3]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.
        [4]曹剑栋.组合式脱硫脱硝工艺在焦炉烟气治理中的应用[J].中外能源,2018,23(12):83-89.