焦爐煙道氣凈化技術(shù)與工藝探討

1、基金項目：Fuel & Chemical Processes綜述與專論焦爐煙道氣凈化技術(shù)與工藝探討尹 華 呂文彬 孫剛森 孫廣明 洪 賓( 中冶焦耐工程技術(shù)有限公司, 大連 116085)摘 要： 介紹了現(xiàn)有的工業(yè)化應用煙氣脫硫脫硝技術(shù),結(jié)合對焦爐煙道氣參數(shù)及組分的研究,提出了焦爐煙道氣脫硫及中低溫脫硝的技術(shù)路線,并介紹了焦爐煙道氣脫硫脫硝中試試驗內(nèi)容及結(jié)果,提出了焦爐煙道氣凈化解決方案。關鍵詞： 焦爐煙道氣； 干法脫硫； 半干法脫硫； 中溫脫硝； 低溫脫硝中圖分類號： TQ522 . 54文獻標識碼： A文章編號： 1001- 3709 (2015) 02- 0001 - 04Technol

2、ogy of coke oven flue gas purification anddiscussion on its processYin Hua L Wenbin Sun Gangsen Sun Guangming Hong Bin( ACRE Coking & Refractory Engineering Consulting Corporation,MCC,Dalian 116085,China)Abstract： The paper introduces the existing technology of flue gas desulfurization and denitrifi

3、cationfor industrial application. Combined with the research on parameters and components of the flue in thecoke oven,the paper offers the technology routes of coke oven flue gas desulfurization and medium- low temperature denitrification,and presents the contents and results of pilot scale test on

4、the flue gas desulfurization and denitrification,furthermore,the solution to the flue gas purification of coke oven isfinally put forward.Key words： Coke oven flue gas； Dry desulfurization； Semi-dry desulfurization；Medium temperature denitrification； Low temperature denitrification控制 SO2 的技術(shù)可分為燃燒前、燃

5、燒中和燃燒后控制技術(shù)。 煙氣脫硫技術(shù)屬于燃燒后控制技術(shù)。現(xiàn)有煙氣脫硫技術(shù)大致包括濕法脫硫、半干法脫硫 和干法脫硫。 濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前煙氣脫硫的 主要技術(shù),國內(nèi) 80% 的電廠 煙氣脫硫采用 石灰石 石灰-石膏法技術(shù)。 半干法脫硫技術(shù)中旋轉(zhuǎn)噴霧干 燥法應用最為廣泛,世界脫硫市場的占有率已超過10% 1 。 近 2 年活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)在燒結(jié)煙氣處理及電廠煙氣處理裝置上得到較多應用?，F(xiàn)有 NOx 控制技術(shù)分為燃燒前、燃燒中和燃燒 后控制技術(shù)。 燃燒后控制技術(shù)可分為選擇性催化還 原法( SCR)、選擇性非催化還原法、吸收法和固體吸 附法等。 SCR 法采用氨作為還原劑,在催化劑的作 用下

6、,選擇性地將 NOx 還原成 N2 和 H2 O,是煙氣脫硝技術(shù)中脫硝效率最高、最為成熟的技術(shù),全世界電廠約有 80% 的煙氣脫硝采用 SCR 技術(shù)。1研發(fā)的思路中冶焦耐本著“ 源頭治理” 為主、“ 后續(xù)處理” 為輔的原則,進行焦爐煙道氣凈化技術(shù)的研發(fā)工作。首先通過源頭治理,將焦爐煙道氣中的 SO2 及NO 含量降至最低。 焦化廠煤氣凈化流程均設有脫x硫工藝,通過脫硫工藝 對 焦爐煤氣 進 行脫硫, 降低 H2 S 含量,可以減少焦爐煤氣為燃料的焦爐煙道氣 中的 SO2 含量。 同時 通過分析焦爐廢氣中 NOx 的 生成機理,研究 降低焦爐煙 道氣 NOx 含量 的方法, 對焦爐采用廢氣 循環(huán)

7、和焦爐分 段 加 熱 相 結(jié) 合 的技 術(shù),采用優(yōu)化焦爐爐 體 結(jié)構(gòu)、 優(yōu) 化焦爐 加 熱制 度等 收稿日期： 2014 - 12 - 10作者簡介： 尹 華 (1967 - ), 女, 教授級高級工程師燃 料 與 化 工Mar. 2015 2 Fuel & Chemical Processes Vol. 46 No.2 NOx 燃燒中控制技術(shù),可將焦爐煙道氣中的 NOx 含量控制在 450mg m3 以下。對于采用 SO2 燃燒前控制技術(shù)及 NOx 燃燒 中 控制技術(shù)后仍無 法滿足國家 排放標準 的焦爐煙道 氣,采用“ 后續(xù)處理” 方式,即焦爐 煙道氣脫硫脫硝 凈化技術(shù)。準要求。4) 脫硝催

8、化劑技術(shù)來源可靠,技術(shù)相對成熟,催化劑產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。5) 脫硫脫硝工藝適用范圍廣,核心設備操作彈性大、可操作性強,完全適應周期性變化的焦爐煙道 氣參數(shù)工況。6) 一次投資省,運行費用低；占地面積小,維護 管理方便。2.3焦爐煙道氣凈化技術(shù)路線2. 3.1 焦爐煙道氣脫硫技術(shù)路線在制定焦爐煙道氣脫硫技術(shù)時主要考慮以下幾 個因素。1) 不同焦化廠焦爐煙道氣中 SO2 濃度差別很大,研發(fā)不同的脫硫技術(shù),以最經(jīng)濟的方式解決不同濃度煙道氣的脫硫問題。2) 研究脫硫劑特性對煙氣脫硫效率的影響,對于不同的煙道氣 SO2 濃度,采用不同的脫硫劑。3) 脫硫技術(shù)工藝有很強的操作彈性,適應焦爐煙道氣 SO2

9、濃度周期性波動的特點,脫硫效率時刻滿足 SO2 排放標準要求。4) 煙道氣脫硫為煙道氣脫硝創(chuàng)造條件,需要較高的脫硫效率及較低的脫硫反應溫降。5) 經(jīng)過脫硫后煙氣溫度可使焦爐煙囪始終處于熱備狀態(tài),同時防止煙囪內(nèi)壁腐蝕。在研究現(xiàn)有工業(yè)化應用脫硫技術(shù)的基礎上,結(jié) 合焦爐煙道氣脫硫需考慮的因素,決定采用干法及 半干法脫硫技術(shù)。 制定的 3 種技術(shù)路線包括：干法 脫硫 布袋除塵、噴霧干燥半干法脫硫 布袋除塵、 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥半干法脫硫 布袋除塵。干法脫硫反應機理：2焦爐煙道氣凈化技術(shù)路線的確定2.1 焦爐煙道氣特點目前工業(yè)化應用最廣泛的煙氣脫硫脫硝技術(shù)為電廠煙氣脫硫技術(shù)及電廠煙氣脫硝技術(shù)。 為了解決 焦爐

10、煙道氣凈化問題,對焦爐煙道氣特點進行了分 析。1) 焦化廠焦爐煙道氣參數(shù)千差萬別,影響焦爐煙道氣組分的因素包括：焦爐生產(chǎn)工藝、爐型、加熱燃料種類、焦爐操作制度、煉焦原料煤有機硫含量、焦爐竄漏等。2) 與電廠 320 400 煙氣溫度相比,焦爐煙道 氣 溫 度相 對 較 低, 為 180 300, 多 數(shù) 在 200 230。 3) 焦爐煙道 氣中 SO2 含 量 范圍 廣： 60 800mg m3 ；NO 含量差別大：400 1 200mg m3 ；含水量x大不相同：5% 17. 5%。 4) 焦爐煙道氣組分隨焦爐液壓交換機的操作 呈周期性波動,煙氣中 SO2 、NOx 、氧含量的波峰和波 谷

11、差值較大。5) 為保證焦爐始終處于正常操作狀態(tài),凈化后 的焦爐煙道氣必須送回焦爐煙囪根部,煙氣回送溫 度不應低于 130,防止煙氣結(jié)露 腐蝕煙囪內(nèi)部 結(jié) 構(gòu),同時保證煙囪始終處于熱備狀態(tài)。6) 焦爐煙道氣組分復雜多變,含有硫化氫、一氧化碳、甲烷、焦油等。2.2煙道氣凈化技術(shù)路線確定原則1) 同步解決焦爐煙道氣 SO2 、NOx 、粉塵濃度排放標準問題。2) 焦爐煙道氣脫硫工藝技術(shù)不僅解決 SO2 達 標排放的問題,同時為中低溫脫硝工藝的應用創(chuàng)造 條件,預留脫硝接口,為日益嚴格的環(huán)保要求預留操 作空間,保證焦爐煙囪始終處于熱備狀態(tài),防止焦爐 煙囪內(nèi)部腐蝕。3) 根據(jù)焦爐煙道氣溫度特點,在高效脫硫

12、的前提下,采用中低溫脫硝工藝,滿足 NOx 國家排放標 2NaHCO3 Na2 CO3 H2 O CO2Na2 CO3 SO2 Na2 SO3 CO22NaHCO3 SO2 Na2 SO3 H2 O CO2半干法脫硫反應機理：Na2 CO3 SO2 Na2 SO3 CO2CaO H2 O Ca( OH) 2SO2 Ca( OH) 2 CaSO3 H2 OSO2 1 2O2 Ca( OH) 2 CaSO4 H2 O2. 3.2焦爐煙道氣脫硝技術(shù)路線SCR 脫硝技術(shù)是目前世界上在煙氣脫硝工程領 域應用最為廣泛的技術(shù),本研發(fā)結(jié)合焦爐煙道氣溫 度特點,提出在焦爐煙道氣上采用成熟的 SCR 脫硝燃 料

13、與 化 工2015 年 3 月 第 46 卷第 2 期 Fuel & Chemical Processes 3 技術(shù),脫硝催化劑采用中溫及低溫 2 種形式。1) 中溫脫硝除氨一體化技術(shù) 中溫脫硝除氨一體化技術(shù)所采用的中溫脫硝催化劑技術(shù)來源于韓國納米科技股份有限公司,適用 煙氣溫度范圍為 230。 2) 低溫脫硝技術(shù)低溫脫硝技術(shù)所采用的低溫脫硝催化劑技術(shù)來源于北京方信立華科技有限公司,適用煙氣溫度范 圍為 180。 脫硝反應機理：脫硝催化劑4NO 4NH3 O2 4N2 6H2 O脫硝催化劑2NO2 4NH3 O2 3N2 6H2 O除氨除氮反應機理：方法。5) 測試不同溫度、不同空速下的脫硝效

14、率,研 究焦爐煙道氣組分對脫硝催化劑、脫硫效率的影響 及解決方法。6) 建立核心設備仿真模擬平臺,為大規(guī)模工業(yè)化工程應用提供技術(shù)支持。3.3 仿真模擬技術(shù)的應用用 CFB 軟件包中的 FLUENT 軟件,對核心專有設備進行仿真模擬,利用仿真模擬結(jié)果調(diào)整設備內(nèi) 部結(jié)構(gòu)形式,進行中試試驗,并通過中試試驗結(jié)果修 正仿真模擬邊界條件,為脫硫脫硝設備工程化應用 建立核心設備仿真模擬平臺。3.4 中試結(jié)果3. 4.1 第 1 階段試驗1) 試驗內(nèi)容。 第 1 階段主要測試干法脫硫、半 干法脫硫工藝在不同溫度下的脫硫效率,研究脫硫 劑噴入量對脫硫效率的影響,測試不同溫度下的中 溫脫硝催化劑的脫硝效率,測試不

15、同溫度下脫硝及 除氨以后的脫硝效率。2) 試驗結(jié)果。 流態(tài)化干粉脫硫的脫硫效率達80% 85% ,煙氣 脫硫 反 應 溫 降 1, 噴 霧 干 燥 脫 硫的脫硫效率達 83% 92% ,煙氣脫硫反應溫降 3 20 。 2 種脫硫工藝操作彈性大,自適應能力很強, 在焦爐煙道氣入口二氧化硫濃度周期性波動的情況 下,二氧化硫排放濃度可以穩(wěn)定達標。T 210 230 溫度工況下,脫硝催化劑脫硝效率 65% ,脫硝 除氨催化劑脫硝效率 80%。 T 240 溫度工況下,脫硝催化劑脫硝效率 85% ,脫 硝 除氨催化劑脫硝效率 90%。 中溫脫硝系統(tǒng)有很強的自適應能力,操作彈性 比較大,在焦爐煙道氣入口氮

16、氧化物濃度周期性波 動的情況下,氮氧化物排放濃度可以穩(wěn)定達標。3. 4.2 第 2 階段試驗1) 試驗內(nèi)容。 第 2 階段試驗在繼續(xù)第 1 階段 制定的脫硫試驗目標的基礎上,主要比照寶鋼湛江 煙氣溫度工況,進行低溫焦爐煙道氣脫硝試驗。2) 試驗結(jié)果。 低溫脫硝催化劑脫硝效率：T 180 ,脫硝效率 90%。 運行 2 個多月,低溫脫硝效 率沒有下降趨勢。 通過北京工業(yè)大學實驗室強化試 驗發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有焦爐煙道氣中的硫化氫、一氧化碳、甲 烷、氰化氫等組分對低溫脫硝催化劑的脫硝效率沒 有影響。 低溫脫硝系統(tǒng)有很強的自適應能力,操作NO NO2 2NH3 4NO 4NH3 O2 2N2 3H2 O4N2

17、 6H2 O4NH3 3O2 2N2 6H2 O2. 3.3焦爐煙道氣脫硫脫硝一體化技術(shù)路線當焦爐煙道氣中的 NOx 及 SO2 濃度均不能 滿 足國家排放標準要求時,可以采用脫硫脫硝一體化 技術(shù),即中冶焦耐研發(fā)的干 半干法脫硫 中溫脫硝 除氨除塵熱解析一體化、干 半干法脫硫 低溫脫硝 除塵熱解析一體化技術(shù)與工藝。3中試試驗3.1中試條件1) 試驗抽氣用焦爐為：2 55 孔 5. 5m 搗固焦 爐。2) 焦爐煙道氣設余熱回收鍋爐,余熱鍋爐前約300 ,余熱鍋爐后約 180。 3) 余熱鍋爐前后各設 1 個中試抽氣點,經(jīng)過摻混 2 種不同溫度的煙氣,可進行不同溫度煙氣的脫 硫脫硝試驗。4) 通過

18、風機變頻調(diào)速對中試風量進行調(diào)整,系統(tǒng)運 行 風 量 25 000 40 000m3 h； 煙氣 溫 度 180 280。 3.2中試目的1) 驗證焦爐煙道氣脫硫脫硝技術(shù)路線。2) 驗證脫硫脫硝專有核心設備結(jié)構(gòu)的合理性。3) 測試不同脫硫劑干法脫硫、半干法脫硫的效率。4) 尋找最低反應溫降下保證較高脫硫效率的燃 料 與 化 工Mar. 2015 4 Fuel & Chemical Processes Vol. 46 No.2 彈性比較大,在焦爐煙道氣入口氮氧化物濃度周期性波動的情況下,氮氧化物排放濃度可以穩(wěn)定達標。催化劑的催化作用下氧化生成 SO3 ,與 NH3 反應生成硫酸氫銨,其在煙氣溫度低

19、于 230 時凝結(jié),污染催化劑表面,降低脫硝效率。2) 采用除塵- 噴氨 - 脫硝 - 熱解 析再生一體 化 結(jié)構(gòu),氣流先通過布袋均壓層均布后進入脫硝催化 劑層,布袋不僅收集脫硫灰,同時利用布袋阻力層使氣流分布、溫度場分布、煙氣 氨混合更加均勻,設備 布置更加緊湊。3) 除塵脫硝一體化裝置由多個獨立倉室構(gòu)成,可在線檢修設備或更換催化劑。 同時,可對脫硝催化劑進行現(xiàn)場單倉室在線熱解析再生,降低系統(tǒng)運行成本,延長脫硝催化劑高效使用壽命,脫硝系統(tǒng)運行保證率為 100%。 4) 工業(yè)化應用時,將中試試驗所用的除塵- 脫 硝一體化裝置進行模塊組合。4脫硫脫硝技術(shù)工程化應用復雜的焦爐煙道氣組分會對焦爐煙氣

20、脫硫效率及脫硝催化劑脫硝效率產(chǎn)生不同程度的影響,需要根據(jù)實際煙氣特點,對煙氣參數(shù)及各種組分間的相互影響進行理論分析,并結(jié)合中試結(jié)果及焦爐煙囪 排放標準要求,有針對性地進行焦爐煙道氣凈化工 藝設計。 焦爐煙道氣組分及排放標準不同,所采用 的脫硫工藝、脫硝工藝也不相同,脫硫脫硝工藝一次 投資和運行成本也會有很大的不同。 本研發(fā)根據(jù)各 焦化廠煙道氣實際組分及參數(shù),進行焦爐煙道氣凈 化工藝設計,提供最經(jīng)濟、最合理的焦爐煙道氣凈化方案。脫硝反應 器 的 核心 技術(shù) 為 氣 流 均 布 技術(shù)與 氨 氣 煙氣混合技術(shù)。 與傳統(tǒng)的電廠用脫硝工藝及脫 硝反應器結(jié)構(gòu)形式相比,主要進行了以下創(chuàng)新性嘗 試。1) 采用中低溫脫硝催化劑進行 SCR 法脫硝,脫硝之前高效干法脫硫,防止煙氣中的 SO2 在脫硝參考文獻1