焦?fàn)t煙道氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)路線探討

環(huán)保網(wǎng)訊:介紹了焦?fàn)t煙道氣中SO2和NOx的形成機(jī)理，以及同時(shí)脫除的技術(shù)難點(diǎn)。對(duì)照國(guó)家最新的行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)要求，鑒于世界上尚無(wú)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的工程案例，對(duì)比了兩種已在境外燒結(jié)行業(yè)大型工業(yè)化工程中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的煙氣脫硫脫硝技術(shù)，提出了可在大型焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝中采用的工藝技術(shù)路線———半干法煙氣脫硫(SDA/CFB)+選擇性催化還原(SCR)組合式脫硫脫硝技術(shù)。分類(lèi)闡述了不同溫度的焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝工藝技術(shù)路線，展望了焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝項(xiàng)目的發(fā)展前景。

1概述

冶金焦炭生產(chǎn)及冶煉焦化行業(yè)中焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣或混合煤氣燃燒后可產(chǎn)生大量大氣污染物，包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及煙塵等。含污染物的煙道氣經(jīng)焦?fàn)t煙囪呈有組織高架點(diǎn)源連續(xù)性排放至大氣中，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。2012年6月，國(guó)家頒布了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171—2012)，明確規(guī)定現(xiàn)有焦化企業(yè)2015年1月1日后焦?fàn)t煙道氣中污染物的排放限值、特別限值，地區(qū)更是提出了更為嚴(yán)格的要求，見(jiàn)表1。

能否滿(mǎn)足最新排放要求事關(guān)企業(yè)的正常生產(chǎn)，本文就如何做到達(dá)標(biāo)排放進(jìn)行了分類(lèi)分析探討，對(duì)于達(dá)到特別排放地區(qū)的限值要求提出了具有針對(duì)性的工藝技術(shù)路線。

2廢氣中污染物的產(chǎn)生機(jī)理

2.1廢氣中SO2的產(chǎn)生機(jī)理

焦?fàn)t煙道氣中SO2源自入爐配合煤中的全硫，配合煤中的全硫在現(xiàn)代常規(guī)焦?fàn)t中有30%～35%進(jìn)入產(chǎn)生的荒煤氣中。進(jìn)入荒煤氣中的硫主要以硫化氫(無(wú)機(jī)硫)的形態(tài)存在，而有機(jī)硫含量大約是無(wú)機(jī)硫的5%～10%。產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)過(guò)脫硫裝置除去硫化氫和有機(jī)硫，凈化后的焦?fàn)t煤氣(COG)通常被用作加熱焦?fàn)t的燃料之一。以?xún)艋蟮腃OG作燃料為例，在焦?fàn)t燃燒室燃燒，其中的硫化氫和有機(jī)硫燃燒后生成SO2和其他廢氣一起進(jìn)入焦?fàn)t煙道廢氣經(jīng)煙囪排放。對(duì)于燃用貧煤氣(如高爐煤氣和混合煤氣)的焦?fàn)t而言，由此產(chǎn)生的SO2量要少。但這并不是焦?fàn)t煙道氣中SO2的全部來(lái)源，焦?fàn)t爐體竄漏導(dǎo)致荒煤氣進(jìn)入燃燒室，荒煤氣中的硫化物燃燒生成的SO2是又一主要來(lái)源。荒煤氣從炭化室經(jīng)爐墻縫隙竄漏至燃燒室，即使僅有少量荒煤氣竄漏，也會(huì)對(duì)焦?fàn)t煙道氣SO2濃度構(gòu)成嚴(yán)重影響。根據(jù)測(cè)算，來(lái)自荒煤氣中的硫化物竄漏至燃燒系統(tǒng)的SO2約占55%～65%，煤氣凈化程度越高，這一比例越高，這也是為何根據(jù)凈煤氣的硫平衡來(lái)計(jì)算廢氣中SO2含量時(shí)總是遠(yuǎn)低于實(shí)測(cè)值的原因。

2.2廢氣中NOx的產(chǎn)生機(jī)理

研究表明，焦?fàn)t在燃燒過(guò)程中形成的NOx中，NO占95%，NO2為5%左右。NO會(huì)在大氣中緩慢轉(zhuǎn)化成NO2，形成酸雨，對(duì)大氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。采用焦?fàn)t煤氣(COG屬碳?xì)淙剂?對(duì)焦?fàn)t加熱時(shí)，燃燒過(guò)程產(chǎn)生NOx的形成機(jī)理有三種類(lèi)型:①溫度熱力型NO;②碳?xì)淙剂峡焖傩蚇O;③含N組分燃料型NO。焦?fàn)t立火道燃燒溫度一般在1300～1800℃，高溫下形成的NOx主要是溫度熱力型NO，燃燒溫度越高，則NO生成濃度越高。含N組分燃料型NO所占比例不超過(guò)5%。

而采用以CO為可燃成分的貧煤氣(如高爐煤氣BFG)對(duì)焦?fàn)t加熱時(shí)，廢氣中的NOx基本是溫度熱力型NO?？梢?jiàn)焦?fàn)t廢氣NOx中的主要成分是難以脫除的NO[2]。

3一般地區(qū)兩種污染物達(dá)標(biāo)排放的途徑

3.1SO2達(dá)標(biāo)排放的途徑

根據(jù)SO2的形成機(jī)理，要降低焦?fàn)t煙道氣中SO2的措施主要是:①采取更加高效的COG煤氣脫硫工藝，使其硫化氫質(zhì)量濃度降至20mg/m3以下、有機(jī)硫質(zhì)量濃度降低至100mg/m3以下，也可使用貧煤氣為燃料;②通過(guò)護(hù)爐鐵件給焦?fàn)t砌體施加連續(xù)、合理的保護(hù)性壓力，提高焦?fàn)t砌體的嚴(yán)密性，爭(zhēng)取將焦?fàn)t漏氣率控制在2%以下;③降低入爐配合煤的含硫率，一般將入爐煤硫分降至0.7%以下時(shí)，廢氣中SO2濃度可低于50mg/m3，滿(mǎn)足一般地區(qū)的排放要求。

對(duì)于已經(jīng)生產(chǎn)的焦?fàn)t，若是因?yàn)榻範(fàn)t漏氣率難以控制在2%以下，可嘗試適當(dāng)再降低入爐配合煤的含硫率，看是否能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但若因此導(dǎo)致煤的采購(gòu)成本上升而影響經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，則應(yīng)考慮增設(shè)末端脫硫裝置。

3.2NOx達(dá)標(biāo)排放的途徑

對(duì)于一般地區(qū)，新標(biāo)準(zhǔn)要求NOx排放濃度低于500mg/m3，這一標(biāo)準(zhǔn)基本與30年前日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。采用在燃燒過(guò)程中抑制NOx生成的焦?fàn)t設(shè)計(jì)技術(shù)，如合理確定立火道溫度、控制實(shí)際燃燒溫度、往燃燒空氣內(nèi)摻入廢氣、廢氣循環(huán)、分段供空氣(控制空氣過(guò)剩系數(shù))燃燒以及將它們相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)都能有效降低廢氣中NOx含量。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)溫度控制或改變?nèi)紵绞奖M量減少溫度熱力型NOx的生成，但此類(lèi)技術(shù)對(duì)于降低NOx含量效果有限，即使先進(jìn)焦?fàn)t煙囪的NOx排放濃度也在300mg/m3左右。

因此，一般地區(qū)通過(guò)實(shí)施低氮燃燒技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但是對(duì)于特別限值地區(qū)要求NOx排放濃度低于150mg/m3則須采用廢氣末端治理技術(shù)來(lái)控制NOx。“選擇性非催化還原”(SelectiveNonCatalyticReduction，簡(jiǎn)稱(chēng)“SNCR”)技術(shù)適用的溫度條件為900～1100℃其溫度條件偏低而不適用于焦?fàn)t，因此“選擇性催化還原”(SelectiveCatalyticReduction，簡(jiǎn)稱(chēng)“SCR”)技術(shù)可能是適用于焦?fàn)t的高效脫硝技術(shù)。

4特別限值地區(qū)兩種污染物脫除的技術(shù)難點(diǎn)

從上述焦?fàn)t煙道氣中SO2和NOx的成因看，這兩種污染物同時(shí)存在的可能性很大，而且通過(guò)源頭和過(guò)程控制難以達(dá)到特別限值地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)。表2列舉了某特別限值地區(qū)焦?fàn)t的廢氣參數(shù)。而焦?fàn)t“終生無(wú)休”和焦?fàn)t煙囪依靠“熱煙囪效應(yīng)”無(wú)動(dòng)力排放的特點(diǎn)，要求焦?fàn)t煙囪始終處于熱備狀態(tài)，換言之必須持續(xù)有溫度130℃以上的熱煙氣通過(guò)焦?fàn)t煙囪排放。

(1)電力行業(yè)傳統(tǒng)的先脫硝后脫硫技術(shù)難以應(yīng)用，首先脫硝要求350℃左右的溫度無(wú)法滿(mǎn)足，即使采用換熱器升溫仍需消耗大量能源，且升溫后煙氣量大增，使脫硝裝置規(guī)模和投資變大。此外，因煙氣溫度過(guò)高，無(wú)法進(jìn)入后續(xù)脫硫裝置。

延伸閱讀：

焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)

國(guó)內(nèi)焦化企業(yè)煙氣脫硫脫硝技術(shù)現(xiàn)狀分析

低溫焦化煙氣脫硝催化劑制備與中試驗(yàn)證研究

臭氧催化氧化深度處理焦化廢水的試驗(yàn)研究