天津华能北方热力设备有限公司 天津市 301900
摘要：本文对焦炉烟气的特点展开分析。选用“除尘除焦油器+GGH+活性焦脱硫+GGH+低温SCR脱硝+引风机+原烟囱排放”的工艺系统，总结运行效果及运行中存在的问题。取得了较好的效果，期望此次研究能够带来一定的借鉴。
关键词：炉烟气治理；脱硫脱硝；方案研究
1项目概述
某公司焦化厂5#焦炉炉型平均年产焦炭52万t，燃烧燃料为焦炉煤气。由于焦炉运行时间较长导致碳化室向燃烧室串漏荒煤气较多，故烟气中含炭黑和焦油量较高，焦炉设计烟气量为150000m3/h，烟气温度220℃～240℃，颗粒物含量15mg/m3～30mg/m3，SO2含量为400mg/m3，NOx含量为1000mg/m3。出口污染物浓度排放标准执行《炼焦化学工业污染物排放标准》限值要求，即颗粒物、SO2及NOx分别达到10mg/m3、30mg/m3和100mg/m3（干基、基准氧浓度为8%）。
2工艺系统
2.1前置除尘除焦油系统
该焦炉串漏严重，焦炉烟道气含尘含焦油较高，烟气直接进入脱硫脱硝系统会对催化剂造成堵塞，影响脱硫脱硝效率[1]，故在脱硫脱硝系统前置除尘除焦油系统，除尘除焦油器采用了长袋低压脉冲除尘器，利用滤袋对微细颗粒的拦截作用，把烟气中焦油、焦尘中的颗粒物过滤下来。相比常规的布袋除尘器，该系统引入预喷涂和灰循环两个新技术[2]。
2.2活性焦脱硫系统
本工艺采用水洗涤再生，“脱硫-再生-脱硫”循环按设计程序自动进行。水洗过程中，脱硫剂中贮存的硫酸被带出并形成稀硫酸。通过再生程序的控制，采用梯级浓度洗涤的方式，即可使得脱硫剂获得彻底再生，同时也可获得5%左右的成品稀硫酸。产生的稀酸输送到焦化厂硫铵工段作为生产硫铵的原料，对副产物进行资源化利用。本项目，设计建造两座脱硫塔，采用6个φ6.6m×3.8m的脱硫单元并联使用，5用1备运行，以保证脱硫系统的连续性。
2.3低温SCR脱硝系统
与电厂320℃～400℃烟气温度相比，焦炉烟气温度相对较低，平均温度约230℃，此温度无法匹配传统电厂的SCR脱硝温度条件，不能照搬电厂高温SCR脱硝工艺。若选择高温SCR脱硝，则烟气需要加热提温的温差太大，能耗太高，不经济。本项目选择中低温SCR脱硝工艺，降低脱硝前烟气加热温差，减少能耗。脱硝还原剂采用20%的氨水，氨水罐区来的氨水经氨水蒸发器后，再被引风机出口的净烟气（温度约230℃）稀释后通过喷氨格栅送至SCR脱硝反应器前入口烟道，在SCR脱硝反应器内经催化还原后，NOx生成N2、H2O后随烟气排放。SCR反应器入口的上升烟道设置一套煤气燃烧器，通过燃烧焦炉煤气产生的热烟气与焦炉烟气混合，提高进入SCR脱硝反应器的烟气温度，满足催化剂对温度的要求。根据脱硝反应器出口的烟气温度来调节加热的焦炉煤气量。正常运行时，煤气燃烧器的加热温差为30℃。催化剂采用在线加热再生模式，当运行一个阶段，提高燃烧器燃烧煤气量，将烟气温度提高到320℃～350℃，并保持8h～12h，使富集在催化剂上的硫酸氢铵分解，再生期间，减少喷氨量。
2.4先脱硫后脱硝
脱硫工艺的温度低于脱硝工艺，而焦炉烟气温度高于脱硫工艺温度，从顺应烟气温度的角度来看，选择先脱硝后脱硫可减少脱硝烟气加热所需热量，节约能源。但是根据实际运行经验发现，低温SCR催化剂抗硫性能较差，在脱硝的同时SCR催化剂会将部分SO2氧化成SO3。
SO3与氨气反应生成硫酸氢铵，硫酸氢铵具有黏性，会对催化剂造成影响，降低其脱硝效率。先脱硝后脱硫工艺脱硝运行温度不低于280℃，脱硝前烟气加热温差至少为50℃，加热温差较大，煤气消耗高。烟气脱硝后进入脱硫系统前需要降温温差大于130℃，需要设置余热锅炉。余热锅炉操作复杂，故障点多，同时余热锅炉的温度区间包含硫酸氢铵露点温度，使前面生成的硫酸氢铵在余热锅炉的换热管上黏附，影响换热效率，增加系统阻力，检修周期变短。基于先脱硝后脱硫带来的各种缺陷，本项目采用先脱硫后脱硝的工艺，先脱硫后脱硝工艺可避免硫酸氢铵对SCR催化剂的影响，提高脱硝效率，还可以使脱硝运行温度降低，节约能耗。
2.5GGH系统
为了满足先脱硫后脱硝工艺带来的先降温后升温的矛盾，本项目采用回转式气气换热器（GGH）。GGH设置吹灰系统，GGH本体上下各设置1个吹灰器，主要利用压缩空气进行吹扫，同时设置蒸汽备用吹扫，停机低压水冲洗。GGH还设置低泄漏密封系统，利用低泄漏风机抽取部分净烟气送回原烟气侧，形成一定的压力，减小原烟气向净烟气的泄漏和烟气向转子、外壳等部件的泄漏[3]。
3运行中存在的问题及解决措施
项目建设运行后，烟气出口污染物浓度为颗粒物浓度＜0.3mg/m3，SO2浓度＜12mg/m3，NOx浓度＜50mg/m3（干基，8%O2），污染物脱除效果良好，达到了超净排放的标准。该工艺存在的主要问题是脱硫副产物稀硫酸中含铁离子浓度偏高，会导致硫酸工段结晶颗粒变小，结晶物有颜色，严重时导致硫铵结晶困难。分析稀硫酸中的铁离子来源主要有两个：一是催化剂中含有的铁；二是设备和管道腐蚀带来的铁离子[4]。目前已经建成的项目中，大多采用2205双相不锈钢材质作为防腐蚀材料，根据相关研究资料，2205双相不锈钢只有在温度60℃以下且稀硫酸浓度不超过20%的情况下才不会完全耐蚀，超过这个范围就会存在腐蚀，而实际应用中大都超过了2205防腐的范围。后续工艺的推广中要重视稀硫酸中铁离子超标的问题：一是活性焦催化剂负载的活性组分避免采用铁的氧化物；二是脱硫塔设备可采用混凝土塔内部陶瓷防腐或者玻璃钢等材质代替2205双相不锈钢，从根源上杜绝铁离子。对于已建项目，由于已经建成的项目副产硫酸中金属离子问题目前尚无办法杜绝，建议建设一套稀硫酸去除铁离子的装置。利用焦化厂煤气净化工段蒸氨塔出来的氨气与稀硫酸进行中和至pH值为9～10，此时生成硫酸铵溶液及氢氧化铁和氢氧化亚铁沉淀，将溶液与沉淀进行分离，上清液可直接输送至焦化厂硫铵工段进行硫铵生产，沉淀氢氧化铁和氢氧化亚铁可与少量稀酸反应后送至污水处理系统作为絮凝剂使用[5]。
结束语
本文以某焦化厂5#焦炉烟气治理为例，对焦炉烟气的特点进行介绍。根据研究，选用“除尘除焦油器+GGH+活性焦脱硫+GGH+低温SCR脱硝+引风机+原烟囱排放”的工艺系统，总结运行效果及运行中存在的问题。运行实践表明采用该工艺后焦炉污染物脱除效果良好，排放指标达到了超净排放的标准。
参考文献：
[1]彭涛嘉，张千霞.白银公司第三冶炼厂锌精馏烟气治理对环境的影响[J].甘肃冶金，2020，42（01）：102-105.
[2]吴学东.隧道窑湿法脱硫改造及细微颗粒物治理方案[J].砖瓦世界，2019（02）：24-29.
[3]宋学妍.关于中小型锅炉房烟气治理措施的探讨——某中型锅炉房烟气处理方案实例[J].林业科技情报，2016，48（03）：64-65.
[4]许红英，陈鹏，颜芳.焦炉烟气脱硫脱硝一体化技术的研究进展[J].燃料与化工，2019，50（4）：1-3，8.
[5]徐昶辉，程乐意.宝钢焦炉烟气脱硫脱硝运行实践[J].燃料与化工，2020，51（5）：49-52.