焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)在鞍鋼的應(yīng)用
摘要： 介紹了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)在鞍鋼的應(yīng)用情況，SDS干法脫硫技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡單，維護(hù)方便，脫硫效率高。脫硫副產(chǎn)物是固體，可以綜合利用，不會產(chǎn)生脫硫廢液。將干熄焦煙氣與焦?fàn)t煙氣一起處理，可減少設(shè)備投資，達(dá)到節(jié)能增效目的。
隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，自2015 年1 月1 日起，現(xiàn)有焦化企業(yè)開始執(zhí)行GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，對一般地區(qū)焦?fàn)t煙囪煙氣顆粒物、SO2、NOx排放濃度分別要求達(dá)到30 mg /m3、50 mg /m3、500 mg /m3 ; 對重點地區(qū)焦?fàn)t煙囪煙氣顆粒物、SO2、NOx排放濃度分別要求達(dá)到15 mg /m3、30 mg /m3、150 mg /m3。焦?fàn)t煙氣必須進(jìn)行凈化才能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝凈化技術(shù)應(yīng)用背景
鞍鋼煉焦總廠現(xiàn)有8 座6 m 焦?fàn)t和4 座7 m 焦?fàn)t，焦炭設(shè)計產(chǎn)能730 萬t /a，采用混合煤氣加熱，焦?fàn)t燃燒煙氣中顆粒物濃度小于30 mg /m3、SO2濃度為20 ～ 160 mg /m3、NOx濃度為300 ～ 730 mg /m3，存在污染物超標(biāo)排放情況。
以煉焦總廠7#焦?fàn)t煙囪為例，為確保污染物在線監(jiān)測達(dá)標(biāo)排放，從2016 年11 月開始，采取將7#、8#焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時間由19 h 延長至22 h，配煤硫分降至0. 65%以下兩項措施。延長周轉(zhuǎn)時間使焦炭減產(chǎn)373. 6 t /d，此組焦?fàn)t產(chǎn)能下降13. 63%。由于鞍鋼焦炭本來就存在缺口，需要外購，而2017 年外購焦炭比自產(chǎn)焦炭成本約高500～800 元/t，控制配煤硫分導(dǎo)致噸焦成本又增加20～30 元/t，兩項合計2017 年7#、8#焦?fàn)t全年共增加成本1 億多元，經(jīng)濟(jì)損失巨大。
鑒于環(huán)保壓力和巨大經(jīng)濟(jì)損失，焦?fàn)t煙氣污染物治理迫在眉睫。如果不治理，將很快面臨停產(chǎn)限產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢。經(jīng)過考察論證，最終確定由鞍鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司進(jìn)行煙氣脫硫脫硝設(shè)計，保證污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。
2 焦?fàn)t脫硫脫硝技術(shù)簡介
2. 1 脫硫脫硝工藝選擇
焦?fàn)t煙氣主要污染物有SO2、NOx、顆粒物、硫化氫、一氧化碳等，煙氣中二氧化硫含量較低、氮氧化物含量較高。因此脫硝的選擇較為重要，焦?fàn)t煙氣溫度范圍在180 ～ 210 ℃，屬于中低溫脫硝。鑒于焦?fàn)t實際生產(chǎn)情況，煙囪必須時刻保持熱備狀態(tài)，溫度不得低于135 ℃，因此不宜選擇濕法脫硫技術(shù)。
結(jié)合焦?fàn)t煙氣特點，經(jīng)過多種方案的比選，決定采用“SDS 干法脫硫+ 中低溫SCR 脫硝除塵”工藝技術(shù)，對焦?fàn)t煙氣及干熄焦預(yù)存段放散廢氣中的多種污染物進(jìn)行凈化。
2. 2 SDS 干法脫硫工藝簡介
將脫硫劑( NaHCO3粉末) 均勻噴射在管道內(nèi)，脫硫劑在管道內(nèi)被加熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)被吸收凈化。主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
2NaHCO3 + SO2 + 1 /2O2→Na2SO4 + 2CO2 + H2O
2NaHCO3 + SO3→Na2SO4 + 2CO2 + H2O
2. 3 SDS 干法脫硫技術(shù)特點
( 1) 干法脫硫系統(tǒng)無需用水，不產(chǎn)生廢水。
( 2) 脫硫系統(tǒng)工藝簡單，操作維護(hù)方便，脫硫劑直接噴入管道。
( 3) 脫硫副產(chǎn)物可以回收利用。
( 4) 脫硫效率非常高，適合焦?fàn)t工況。
( 5) 靈活性高，可以通過調(diào)節(jié)脫硫劑噴入量來滿足不同排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2. 4 SCR 脫硝工藝簡介
在裝有催化劑的脫硝反應(yīng)器內(nèi)用氨作為還原劑來脫除煙氣中的氮氧化物，NOx
經(jīng)脫硝反應(yīng)轉(zhuǎn)化成
氮氣和水蒸汽。主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O
2. 5 SCR 脫硝技術(shù)特點
( 1) 中低溫SCR 反應(yīng)減少了對煙氣再加熱的能源消耗，可以降低運行費用。
( 2) 蜂窩式催化劑適用于焦?fàn)t的低塵煙氣，較大的比表面積降低了催化劑的用量。
( 3) 脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡單，并且脫除效率高，達(dá)90%以上，運行可靠。
3 脫硫脫硝技術(shù)在鞍鋼的應(yīng)用情況
3. 1 焦?fàn)t現(xiàn)狀及脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用
鞍鋼煉焦總廠7# 焦?fàn)t炭化室共50 孔，高度為6 m，焦炭產(chǎn)能50 萬t /a，配有1 座獨立煙囪，采用混合煤氣燃燒，設(shè)計煙氣量140 000 m3 /h，7#焦?fàn)t燃燒產(chǎn)生廢氣情況見表1。
7#焦?fàn)t脫硫脫硝工藝流程: 焦?fàn)t煙氣從機(jī)側(cè)、焦側(cè)地下煙道引出，煙氣合并后在管道內(nèi)與噴入的脫硫劑接觸反應(yīng)，進(jìn)入布袋除塵器，凈化后的煙氣與加熱爐產(chǎn)生的熱氣混合達(dá)到180 ℃以上，再進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，脫硝后的煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)送回?zé)焽枧欧，確保煙囪處于熱備狀態(tài)。
鞍鋼煉焦總廠7#焦?fàn)t脫硫脫硝裝置于2017年10月開工建設(shè)， 2018 年2 月熱負(fù)荷試車成功，目前已完成功能考核測試，各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。由于此環(huán)保項目建設(shè)工期短且一次性投產(chǎn)達(dá)標(biāo)，我廠其余9 套脫硫脫硝裝置也采用了相同的技術(shù)，目前均處于開工調(diào)試狀態(tài)。
3. 2 干熄焦煙氣凈化工藝
干熄焦煙氣凈化工藝流程: 最初設(shè)計用小風(fēng)機(jī)將干熄焦預(yù)存段放散煙氣引出，在引出管道上與噴入的脫硫劑接觸反應(yīng)后進(jìn)入布袋除塵器，凈化后的煙氣送回干熄焦除塵器煙囪進(jìn)行排放。在實際運行時，發(fā)現(xiàn)預(yù)存段煙氣引出后，實際煙溫由120 ℃下降至60 ℃左右，達(dá)不到脫硫反應(yīng)所需的溫度。經(jīng)過反復(fù)研究，修改設(shè)計方案，將預(yù)存段煙氣先經(jīng)除塵器凈化，再并入焦?fàn)t煙氣管道，與焦?fàn)t煙氣混合后經(jīng)脫硫脫硝凈化后從焦?fàn)t煙囪排出。
將干熄焦含SO2濃度較高的預(yù)存段放散煙氣處理后，干熄焦除塵器煙囪排放的煙氣各項指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放。我廠其余5 套干熄焦的預(yù)存段放散煙氣均采用了相同的工藝技術(shù)，目前與脫硫脫硝系統(tǒng)均處于開工調(diào)試狀態(tài)。煉焦總廠7# 焦?fàn)t配套干熄焦及放散廢氣情況見表2。
3. 3 處理后指標(biāo)控制情況
經(jīng)過脫硫脫硝凈化處理后煙氣要求達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)見表3。
為了充分檢驗脫硫脫硝裝置的實際效果，煉焦總廠自2018 年3 月開始，焦?fàn)t恢復(fù)正常結(jié)焦時間及配煤硫分，詳細(xì)標(biāo)定脫硫脫硝系統(tǒng)運行情況。自5 月開始將干熄焦煙氣并入焦?fàn)t煙氣中進(jìn)行處理，均未影響焦?fàn)t及干熄焦的正常生產(chǎn)，7# 焦?fàn)t煙囪排放基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
4 結(jié)語
( 1) 鞍鋼煉焦總廠7# 焦?fàn)t脫硫脫硝穩(wěn)定運行后，焦?fàn)t煙囪排放顆粒物、SO2、NOx指標(biāo)均達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。釋放了焦?fàn)t產(chǎn)能，避免了由于焦?fàn)t限產(chǎn)和調(diào)整配煤所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
( 2) 此套脫硫脫硝裝置將干熄焦預(yù)存段煙氣并入7#焦?fàn)t脫硫脫硝系統(tǒng)后，未造成干熄焦系統(tǒng)波動，解決了目前國內(nèi)類似裝置運行造成干熄焦預(yù)存段壓力波動，影響干熄焦生產(chǎn)運行的問題。
( 3) 此套脫硫脫硝裝置在焦?fàn)t煙道采用插板式隔斷裝置，風(fēng)機(jī)突然停止時能迅速開啟隔斷裝置，使焦?fàn)t加熱所需的吸力能及時轉(zhuǎn)換，避免因焦?fàn)t加熱系統(tǒng)吸力不足、蓄熱室煤氣泄漏導(dǎo)致中毒或爆炸等安全事故。
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