90万吨焦炉烟气脱硫脱硝工程技术方案
杨文明+张小军
摘要：本文以90万吨焦炉烟气脱硫脱硝工程技术方案为例，同时主要从工艺原理、工艺流程、设计焦炉燃烧废气排放指标、主要设备参数及工艺特点等五个方面进行了详细的论述，从而进一步提高脱硫脱硝工程的技术实施。
关键词：脱硫脱硝；工艺原理；工艺流程；工艺特点
中图分类号：X821 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0089-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.052
900，000 tons coke oven flue gas desulfurization and denitration project technical solutions
Yang Wenming1，Zhang Xiaojun2
（1. Shanxi Chemical Industry Design Institute， Taiyuan Shanxi 030024， China； 2. Shanxi Lu&apos；an Coking Co.， Ltd.， Lucheng Shanxi 047500，China）
Abstract： In this paper， the project of 900，000 tons coke oven flue gas desulfurization and denitrification project is taken as an example. At the same time， the paper mainly elaborates on the principle of the process， the technological process， the design of the coke oven combustion exhaust emission index， the main equipment parameters and the process characteristics Discussion， so as to further improve the technical implementation of desulfurization and denitrification project.
Key words： Desulfurization and denitrification； Process principle； Process flow； Process characteristicscs
焦爐废气中的低温NOX处理技术还属于本世界技术难题，严峻的环保压力迫使焦化企业又不得不面对NOX的排放控制。寻求一种合理的解决方案很有必要。旋转喷雾半干法（钠法）脱硫+除尘脱硝一体化已成功运用于宝钢湛江钢铁焦化项目（2015年11月）。本次工艺采用“旋转喷雾半干法（钙法）脱硫+除尘脱硝一体化”整体技术工艺，以期对其技术进行优化，为国内煤焦化行业焦炉气治理提供参考。
1 工艺原理
1.1 SDA塔半干法脱硫原理
原烟气通过烟气分布器进入SDA塔，烟气中的二氧化硫在脱硫塔中与细小的石灰浆液（平均液滴直径50μm）发生化学反应，烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。氢氧化钙粉颗粒同H2O 、SO2、H2SO3反应生成干粉产物，整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应，反应步骤及方程式如下：
1.2 脱硝原理
脱硝系统以氨（NH3）为还原剂，在低温 SCR 催化剂作用下与烟气中的 NOX反应，生成 N2和 H2O，实现 NOX脱除，并控制NH3的逃逸率。
烟气中 90%以上 NOx 是以 NO 形式存在。NH3选择性地和 NOX反应生成无二次污染的 N2和 H2O 随烟气排放。
2 工艺流程
原烟气通过烟气分布器进入SDA塔，烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。同时，其中的水分也被蒸发，一部分干燥产物，包括飞灰和吸收反应产物，落入吸收塔底部，进入粉尘输送系统。塔内反应完成的烟气进入布袋除尘器，固体颗粒被收集下来。
完成脱硫和除尘后的烟气温度控制在180-200℃。进入除尘脱硝一体化装置，烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的还原剂（氨气）充分混合。混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在催化剂作用下发生脱硝反应，脱除 NOX；净化后的洁净烟气经过烟囱排放。在除尘脱硝一体化装置旁设置煤气热风炉，定期对催化剂进行在线加热，可实现催化剂的活性再生。
3 设计焦炉燃烧废气排放指标
废气处理后符合《炼焦化学工业污染物排放标准》中表6“大气污染物特别排放限值要求”。颗粒物15 mg/m3、SO230 mg/m3、NOX150 mg/m3。
4 主要设备参数
4.1 风机系统
主风机采用变频离心风机，既能满足焦炉加热吸力调整要求，又可以达到节能目的。
4.2 脱硫脱硝系统
脱硫脱硝系统包括：脱硫塔单元、制浆单元、循环浆液单元、脱硝除尘一体化单元、氮气单元组成。
脱硫反应塔主要设计参数如下：
制浆单元及循环浆液单元由粉仓、振动装置、计量螺旋给料机、消化罐、浆液罐、浆液泵、输灰接口、压缩空气快速接口等组成。
脱硝系统由脱硝除尘一体化设备单元、热风炉单元、氨气单元组成。低温SCR催化剂使用寿命为24000时，设计脱硝效率不小于85%。烟气热风炉根据运行情况每年再生1次，每次再生时间约10h/仓。脱硝系统技术参数如下：
氨气单元由氨汽化器、稀释风机、氨气/烟气混合气组成，氨水槽内氨水泵送氨汽化器蒸发为氨汽，经外线管道送至氨气/烟气混合器；稀释风机将主风机后洁净烟气送氨气/烟气混合器将两者充分混合，导入脱硝反应器内。
5 工艺特点
工艺特点如下：
（1）粘有焦油等黏性物的颗粒物从焦炉烟气中清除，从而有效地保护脱硝催化剂，保证系统能够长期、稳定、安全地运行。（2）当焦炉进行加热换向时，烟气量及烟气中的二氧化硫、氮氧化合物、粉尘浓度均有波动，本方案采用的脱硫脱硝处理工艺具有很强的自适应能力，可以满足不同工况污染物浓度的焦炉烟气处理需求。（3） 脱硝前除尘，减少烟气中的粉尘在通过脱硝催化剂层时对催化剂表面的磨损，可以有效延长脱硝催化剂的使用寿命，减少脱硝催化剂的用量，同时可省略传统意义上的催化剂清灰系统。（4） 采用除尘脱硝喷氨热解一体化结构形式，利用除尘滤袋过滤层和均流结构体的均流作用，实现烟气在脱硝催化剂横截面上的均布，使烟气速度场、温度场分布更加均匀，进一步提高脱硝效率。（5）烟气经高效低温降脱硫器进入脱硝装置，可有效抑制在脱硝过程硫酸氢铵的生成量，防止硫酸氢铵在烟气温度降低到 230℃以下时凝结黏附在催化剂表面，降低脱硝催化剂脱硝效率。（6）“旋转喷雾半干法（钙法）脱硫+除尘脱硝一体化”工艺产生的固体废物主要成分为CaSO3、CaSO4等无毒物质，不会对环境造成危害。脱硫灰的碱性和硬结性对防止堆放场地下水污染有极大帮助。相比“旋转喷雾半干法（钠法）脱硫+除尘脱硝一体化”产生的钠盐，环境更友好。
6 结束语
焦炉燃烧废气采用“旋转喷雾半干法（钙法）脱硫+除尘脱硝一体化”工艺脱硫脱硝在攻克低温脱硝难题的基础上环境更友好，整套流程无废水产生，脱硫副产物有广泛的综合综合利用途径，烟气处理指标符合《炼焦化学工业污染物排放标准》中表6“大气污染物特别排放限值要求”。项目实施在全国焦化行业环保治理领域具有里程碑意义。
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] 吴小平， 王学雷， 宋云华. 一种焦炉烟气湿式脱硫脱硝工艺及其工业应用[J]. 燃料与化工， 2016， 47（5）：31-33.
[3]陈乐. 新型煤化工产业发展规划研究[D].北京：中国矿业大学，2015.
[4]欒和鑫. 阴非离子型Gemini表面活性剂合成及性能研究[D].沈阳：东北石油大学，2013.
收稿日期：2017-11-22
作者简介：杨文明（1971-），1991年太原工业大学大专毕业，注册环境影响评价工程师，注册环保工程师，研究方向为建设项目环境影响评价及环保工程。
摘要：本文以90万吨焦炉烟气脱硫脱硝工程技术方案为例，同时主要从工艺原理、工艺流程、设计焦炉燃烧废气排放指标、主要设备参数及工艺特点等五个方面进行了详细的论述，从而进一步提高脱硫脱硝工程的技术实施。
关键词：脱硫脱硝；工艺原理；工艺流程；工艺特点
中图分类号：X821 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0089-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.052
900，000 tons coke oven flue gas desulfurization and denitration project technical solutions
Yang Wenming1，Zhang Xiaojun2
（1. Shanxi Chemical Industry Design Institute， Taiyuan Shanxi 030024， China； 2. Shanxi Lu&apos；an Coking Co.， Ltd.， Lucheng Shanxi 047500，China）
Abstract： In this paper， the project of 900，000 tons coke oven flue gas desulfurization and denitrification project is taken as an example. At the same time， the paper mainly elaborates on the principle of the process， the technological process， the design of the coke oven combustion exhaust emission index， the main equipment parameters and the process characteristics Discussion， so as to further improve the technical implementation of desulfurization and denitrification project.
Key words： Desulfurization and denitrification； Process principle； Process flow； Process characteristicscs
焦爐废气中的低温NOX处理技术还属于本世界技术难题，严峻的环保压力迫使焦化企业又不得不面对NOX的排放控制。寻求一种合理的解决方案很有必要。旋转喷雾半干法（钠法）脱硫+除尘脱硝一体化已成功运用于宝钢湛江钢铁焦化项目（2015年11月）。本次工艺采用“旋转喷雾半干法（钙法）脱硫+除尘脱硝一体化”整体技术工艺，以期对其技术进行优化，为国内煤焦化行业焦炉气治理提供参考。
1 工艺原理
1.1 SDA塔半干法脱硫原理
原烟气通过烟气分布器进入SDA塔，烟气中的二氧化硫在脱硫塔中与细小的石灰浆液（平均液滴直径50μm）发生化学反应，烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。氢氧化钙粉颗粒同H2O 、SO2、H2SO3反应生成干粉产物，整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应，反应步骤及方程式如下：
1.2 脱硝原理
脱硝系统以氨（NH3）为还原剂，在低温 SCR 催化剂作用下与烟气中的 NOX反应，生成 N2和 H2O，实现 NOX脱除，并控制NH3的逃逸率。
烟气中 90%以上 NOx 是以 NO 形式存在。NH3选择性地和 NOX反应生成无二次污染的 N2和 H2O 随烟气排放。
2 工艺流程
原烟气通过烟气分布器进入SDA塔，烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。同时，其中的水分也被蒸发，一部分干燥产物，包括飞灰和吸收反应产物，落入吸收塔底部，进入粉尘输送系统。塔内反应完成的烟气进入布袋除尘器，固体颗粒被收集下来。
完成脱硫和除尘后的烟气温度控制在180-200℃。进入除尘脱硝一体化装置，烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的还原剂（氨气）充分混合。混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在催化剂作用下发生脱硝反应，脱除 NOX；净化后的洁净烟气经过烟囱排放。在除尘脱硝一体化装置旁设置煤气热风炉，定期对催化剂进行在线加热，可实现催化剂的活性再生。
3 设计焦炉燃烧废气排放指标
废气处理后符合《炼焦化学工业污染物排放标准》中表6“大气污染物特别排放限值要求”。颗粒物15 mg/m3、SO230 mg/m3、NOX150 mg/m3。
4 主要设备参数
4.1 风机系统
主风机采用变频离心风机，既能满足焦炉加热吸力调整要求，又可以达到节能目的。
4.2 脱硫脱硝系统
脱硫脱硝系统包括：脱硫塔单元、制浆单元、循环浆液单元、脱硝除尘一体化单元、氮气单元组成。
脱硫反应塔主要设计参数如下：
制浆单元及循环浆液单元由粉仓、振动装置、计量螺旋给料机、消化罐、浆液罐、浆液泵、输灰接口、压缩空气快速接口等组成。
脱硝系统由脱硝除尘一体化设备单元、热风炉单元、氨气单元组成。低温SCR催化剂使用寿命为24000时，设计脱硝效率不小于85%。烟气热风炉根据运行情况每年再生1次，每次再生时间约10h/仓。脱硝系统技术参数如下：
氨气单元由氨汽化器、稀释风机、氨气/烟气混合气组成，氨水槽内氨水泵送氨汽化器蒸发为氨汽，经外线管道送至氨气/烟气混合器；稀释风机将主风机后洁净烟气送氨气/烟气混合器将两者充分混合，导入脱硝反应器内。
5 工艺特点
工艺特点如下：
（1）粘有焦油等黏性物的颗粒物从焦炉烟气中清除，从而有效地保护脱硝催化剂，保证系统能够长期、稳定、安全地运行。（2）当焦炉进行加热换向时，烟气量及烟气中的二氧化硫、氮氧化合物、粉尘浓度均有波动，本方案采用的脱硫脱硝处理工艺具有很强的自适应能力，可以满足不同工况污染物浓度的焦炉烟气处理需求。（3） 脱硝前除尘，减少烟气中的粉尘在通过脱硝催化剂层时对催化剂表面的磨损，可以有效延长脱硝催化剂的使用寿命，减少脱硝催化剂的用量，同时可省略传统意义上的催化剂清灰系统。（4） 采用除尘脱硝喷氨热解一体化结构形式，利用除尘滤袋过滤层和均流结构体的均流作用，实现烟气在脱硝催化剂横截面上的均布，使烟气速度场、温度场分布更加均匀，进一步提高脱硝效率。（5）烟气经高效低温降脱硫器进入脱硝装置，可有效抑制在脱硝过程硫酸氢铵的生成量，防止硫酸氢铵在烟气温度降低到 230℃以下时凝结黏附在催化剂表面，降低脱硝催化剂脱硝效率。（6）“旋转喷雾半干法（钙法）脱硫+除尘脱硝一体化”工艺产生的固体废物主要成分为CaSO3、CaSO4等无毒物质，不会对环境造成危害。脱硫灰的碱性和硬结性对防止堆放场地下水污染有极大帮助。相比“旋转喷雾半干法（钠法）脱硫+除尘脱硝一体化”产生的钠盐，环境更友好。
6 结束语
焦炉燃烧废气采用“旋转喷雾半干法（钙法）脱硫+除尘脱硝一体化”工艺脱硫脱硝在攻克低温脱硝难题的基础上环境更友好，整套流程无废水产生，脱硫副产物有广泛的综合综合利用途径，烟气处理指标符合《炼焦化学工业污染物排放标准》中表6“大气污染物特别排放限值要求”。项目实施在全国焦化行业环保治理领域具有里程碑意义。
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] 吴小平， 王学雷， 宋云华. 一种焦炉烟气湿式脱硫脱硝工艺及其工业应用[J]. 燃料与化工， 2016， 47（5）：31-33.
[3]陈乐. 新型煤化工产业发展规划研究[D].北京：中国矿业大学，2015.
[4]欒和鑫. 阴非离子型Gemini表面活性剂合成及性能研究[D].沈阳：东北石油大学，2013.
收稿日期：2017-11-22
作者简介：杨文明（1971-），1991年太原工业大学大专毕业，注册环境影响评价工程师，注册环保工程师，研究方向为建设项目环境影响评价及环保工程。
