焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)

環(huán)保網(wǎng)訊:焦?fàn)t煙道氣主要污染成分有SO2、NOx等。SO2和NOx不僅危害人類身體健康，而且還嚴(yán)重地污染環(huán)境。國家出臺了更為嚴(yán)格的煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)人員研究開發(fā)了新型的脫硝催化劑、鎂法煙氣脫硫工藝和徑向熱管式余熱鍋爐等專有的核心技術(shù)，并且集成創(chuàng)新地提出了焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用的解決方案。該方案能從根本上解決目前國內(nèi)焦?fàn)t煙道氣排放污染環(huán)境和余熱未回收利用的問題，不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，還有巨大的社會效益。

1焦?fàn)t煙道氣的污染特性

焦化廠是專門從事冶金焦炭生產(chǎn)及冶煉焦化產(chǎn)品加工、回收的專業(yè)工廠。焦?fàn)t煙氣以焦?fàn)t煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣為主，主要成分有SO2、NOx等。在我國二氧化硫和氮氧化物是大氣中主要污染物，是衡量大氣是否遭到污染的重要標(biāo)志。我國的一些城鎮(zhèn)，大氣中SO2和NOx的危害較為普遍，而且非常嚴(yán)重。

2012年6月環(huán)境保護(hù)部及國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局聯(lián)合發(fā)布了GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，明確規(guī)定了焦化工業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)要求焦?fàn)t煙囪燃燒尾氣中SO2濃度小于50mg/m3，氮氧化物濃度小于500mg/m3，粉塵濃度小于30mg/m3。特別地區(qū)要求SO2濃度小于30mg/m3，氮氧化物濃度小于150mg/m3，粉塵濃度小于15mg/m3。更為嚴(yán)格的焦化工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和日益緊張的能源供給，急需技術(shù)更為先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、合理的焦?fàn)t煙氣處理方法。

中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司聯(lián)合中科院技術(shù)人員集成低溫SCR煙氣脫硝技術(shù)、鎂法煙氣脫硫工藝和徑向熱管式余熱鍋爐等專有的核心技術(shù)，提出了焦?fàn)t煙道氣脫硫、脫硝及余熱回收利用的綜合解決方案。

2一體化解決技術(shù)

針對客戶的要求和焦?fàn)t現(xiàn)有煤氣處理工序，中鋼熱能研究人員研究開發(fā)并且集成了焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用的一體化技術(shù)。

2.1方案描述焦?fàn)t煙氣處理流程(如圖1所示):焦?fàn)t→焦?fàn)t煙道氣→脫硝反應(yīng)器→熱管式煙氣換熱器→增壓風(fēng)機(jī)→脫硫塔→塔頂煙囪排放。

首先將焦?fàn)t地下煙道氣在進(jìn)入原有閘板閥前引出地面，管路上設(shè)電動調(diào)節(jié)閥，煙氣經(jīng)管道引出后進(jìn)入脫硝反應(yīng)器。煙氣脫硝后進(jìn)入煙氣余熱回收裝置，其主要功能是將煙道氣顯熱進(jìn)行回收產(chǎn)生0.6MPa飽和蒸汽。熱煙氣經(jīng)余熱回收裝置降溫后經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓進(jìn)入濕式脫硫塔單元。脫硫后煙氣經(jīng)塔頂煙囪排放。脫硝裝置前設(shè)旁通管路，通過小的備用風(fēng)機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)將煙氣送入地下煙道，其作用是在脫硫、脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停電時，短時緊急啟動將高溫?zé)煔馑腿氲叵聼煹?，提升煙道及煙囪溫度，待煙囪抽力足夠時關(guān)閉備用風(fēng)機(jī)并打開地下煙道閘板。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1脫硝反應(yīng)器目前常用的脫硝方法主要有選擇性非催化還原法(SNCR)、氧化吸收法、選擇性催化還原法(SCR)等。選擇性催化還原法(SCR)是目前尾氣脫硝最為成熟，且脫硝效率最高的一種方法。

選擇性催化還原法(SCR)脫除NOx的原理為:在尾氣中加入一定量的氨氣，以氨為還原劑，在催化劑表面上將NOx還原為N2，其反應(yīng)方程式:NOx+NH3+O2→N2+H2O。

脫硝反應(yīng)中氨源采用液氨或蒸氨工段產(chǎn)生濃度為20%的濃氨水，用管道引入至脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制流量后進(jìn)入混合器中與煙氣均勻混合。在脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口分別設(shè)置NOx傳感器用以實(shí)時在線監(jiān)測進(jìn)出口的NOx濃度，并根據(jù)反饋信號控制氨的加入量。

在脫硝工藝中最為關(guān)鍵的是脫硝催化劑，中科院科研人員開發(fā)出了新型的脫硝催化劑。該催化劑選用以陶瓷蜂窩為基體的整體涂層式結(jié)構(gòu)，由陶瓷蜂窩、金屬氧化物涂層、活性組分組成。氧化物涂層均勻牢固地附著于蜂窩陶瓷外表面，活性組分分散在氧化物涂層上。該催化劑具有脫硝率高，可高空速操作、阻力低、選擇性好、氨逃逸率低、溫度范圍廣、熱膨脹系數(shù)小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種非常適合煙氣NOx治理的整體催化劑。

使用該類型催化劑即使在入口NOx濃度很高時(2000～3000mg/m3)，也可達(dá)到很高的NOx脫除精度，反應(yīng)后尾氣中氮氧化物濃度可低于150mg/m3。如排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步升級，不需對催化劑和反應(yīng)裝置做任何改動，只需稍微增加氨投入量，提供反應(yīng)所需的氨量，即可使尾氣中NOx濃度小于所規(guī)定的排放限值。

科研人員在某焦化廠做了煙氣脫硝工業(yè)試驗(yàn)。連續(xù)監(jiān)測蝶閥出口處煙氣中各物質(zhì)濃度，其中NOx、NO、SO2、O2和NO2分別為1100、720、450、190和10mg/m3左右。每隔15min焦?fàn)t煙氣組成發(fā)生周期性波動，該周期性波動是由焦?fàn)t操作制度產(chǎn)生的。

圖2是脫硝實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間反應(yīng)器出入口氮氧化物濃度及脫硝效率，可以看出，在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間，煙氣中氮氧化物濃度在800～1200mg/m3之間波動，經(jīng)脫硝處理后，氮氧化物濃度可降低至20mg/m3以下，脫硝效率高達(dá)98%以上。

截至目前，實(shí)驗(yàn)還在正常運(yùn)行當(dāng)中，已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行了近1200h，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，焦?fàn)t煙氣脫硝中試得到了以下結(jié)論:

(1)脫硝效率始終穩(wěn)定在98%以上(能測到的NO含量在幾個10-6，可以理解為系統(tǒng)誤差)，接近100%，體現(xiàn)了催化劑超高的脫硝效率;

(2)實(shí)驗(yàn)的操作空速最高為16000h-1左右，為傳統(tǒng)脫硝催化劑的4倍左右;

(3)催化劑床層阻力降在300Pa左右，極低，能夠顯著降低風(fēng)機(jī)能耗;

(4)催化劑采用模塊化設(shè)計(jì)，最大限度地規(guī)避了未來工程化放大問題，利于實(shí)現(xiàn)工程放大。

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