焦炉烟道废气脱硫脱硝技术在邢钢焦化厂的应用

闫书山，赵海燕

（邢台钢铁有限责任公司焦化厂，河北 邢台 054000）

2014年环保部发布的《炼焦化学工业污染物排放标准》规定，自2017年10月1日起，特殊地区企业焦炉烟气排放质量浓度限值为：废气颗粒物≤15 mg/m3，二氧化硫排放≤30 mg/m3，氮氧化物排放≤150 mg/m3。2019年1月1日实施的河北省《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》规定，焦炉烟囱烟气超低排放限值为：在基准含氧体积分数8%条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分别为10 mg/m3、30 mg/m3、130 mg/m3，达到了国内外现行标准的最严水平。

为实现焦炉烟气的超低排放，提升企业节能减排力度，邢台钢铁有限责任公司焦化厂（简称邢钢焦化厂）采用烟气净化一体技术，开展了焦炉烟气深度治理环境提升项目，在1#、2#焦炉建设了烟气脱硫、脱硝和余热回收及附属配套设施各1套，经过治理，焦炉烟气二氧化硫和氮氧化物的排放浓度满足排放要求，现介绍如下，为相关装置技改提供借鉴。

1 焦炉烟气净化工艺

邢钢焦化厂现有JN43-804型焦炉2座，共2×65孔，其中1#焦炉投产于2004年3月，2#焦炉投产于2000年12月。焦炉烟气深度治理环境提升项目于2017年1月开始实施。

1.1 改造背景

改造前，邢钢焦化厂焦炉加热产生的二氧化硫和氮氧化物不经处理通过烟囱直排，不仅对生态环境造成了严重的影响，而且无法满足严苛的排放标准限值要求。针对此情况，结合生产实际，邢钢焦化厂最终选用了目前国内大型钢联企业焦炉烟道气大多选用的“SDS干法脱硫+中低温SCR脱硝+余热回收”脱硫脱硝工艺，进行烟道气净化，并于2017年10月份建成了1#、2#焦炉烟气脱硫、脱硝和余热回收及附属配套设施各1套。

1.2 工艺流程

SDS干法脱硫+中低温SCR脱硝+余热回收流程示意图见图1。

图1 SDS干法脱硫+中低温SCR脱硝+余热回收流程示意图

从焦炉总烟道排出的220℃～250℃的焦炉烟气，经SDS脱硫段，与喷入的碳酸氢钠超细粉充分混合。在高温烟气的作用下，碳酸氢钠超细粉分解出高活性碳酸钠（Na2CO3）和二氧化碳，Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触发生化学反应，脱除SO2及其他酸性气体。

经反应后的烟气进入袋式除尘系统中，收集脱硫副产物。

进入SCR反应器的烟气、氨与混合气，温度在215℃～245℃，自上而下均匀的通过SCR反应器中的催化层。氨与氮氧化物在催化剂作用下进行还原反应，烟气中氮氧化物氧化分解成氮气和水，随烟气排出SCR反应器。SCR反应器中发生的主要化学反应见式（4）～（6）：

经SCR反应器脱硝处理后的烟气温度降至210℃～240℃，进入余热回收系统，经余热回收后的烟气温度降至160℃，并产生155℃、0.6 MPa、2.7 t/h的饱和蒸汽，产生的蒸汽进入厂区蒸汽管网送蒸汽用户。经余热回收后的焦炉烟气由增压风机送入原焦炉烟囱排放。整个烟气治理过程中，要保证每一个反应单元所需的温度条件，以确保焦炉烟囱始终处于热态运行。当遇到突然停电或设备故障时，焦炉烟囱底部能够保证一定的吸力，确保安全生产。此外由于焦炉原有总烟道翻板处于关闭状态，为保证故障状态下焦炉烟气能够顺利经过烟囱排出，将烟气旁路蝶阀与总烟道吸力设定值进行联锁，当引风机停止运行、供电中断、系统压差过大等因素导致焦炉吸力低于安全生产所需设定值时，迅速联锁打开旁路蝶阀，实现焦炉安全生产。

1.3 主要技术参数

SDS干法脱硫+中低温SCR脱硝+余热回收系统的主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数

2 运行效果及特点

2.1 运行效果

该系统自2017年10月份运行以来，各项指标稳定，装置操作弹性强。2018年2#焦炉烟气排放连续监测值见表2。从表2可以看出，采用烟气脱硫脱硝技术后，烟气排放的各项指标满足了《炼焦化学工业污染物排放标准》和《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》排放限值指标。

表2 2018年2#焦炉烟气排放连续监测值

2.2 运行特点

2.2.1 装置投用后不影响焦炉的安全生产，净化后的烟气返回原焦炉烟囱，使其始终在热态运行，满足焦炉生产所需的吸力。

2.2.2 装置操作弹性强，大气污染物可以稳定达到排放限值标准。

2.2.3 采用干法脱硫，不需要创造化学反应的离子界面，但是要求脱硫剂必须有足够的比表面积，即要求脱硫剂的粒度≤30 μm，且比例不小于90%；特别是烟气在整个反应过程中不发生相变，没有湿法脱硫带来的“气溶胶”产生的次生大气污染问题。

2.2.4 脱硝反应是在脱硫+除尘之后进行，将烟气中对脱硝催化剂有影响的焦油、多铵盐、粉尘颗粒物等脱除，脱硝催化剂的催化活性得到充分的发挥，脱硝效率大大提高。同时，延长脱硝催化剂的使用寿命，减少频繁再生导致的开工率低下的问题。

2.2.5 整套工艺装置投用后，不产生次生污染等环保问题，操作简单方便。

2.2.6 能源消耗较低，脱硫、除尘、脱硝、余热回收工艺布局合理，完全满足焦炉原有生产工艺要求，且不需要二次升温，节约燃料消耗。

2.2.7 一次性投资省，运行费用较低，经过实践统计，吨焦运行费用在9元左右（不含投资费用）。

2.2.8 相比湿法、活性焦等工艺，占地面积少。脱硫、脱硝不影响焦炉烟道废气余热回收，不损失企业的经济效益。

3 运行存在问题和措施

3.1 脱硫生成的除尘灰，可以与水泥厂、玻璃厂、路政公司等有关单位合作处置。

3.2 脱硫后的烟气需要通过耐高温的覆膜布袋除尘，按原焦炉运行工况，进入除尘器的烟气温度需控制在250℃以下，现阶段因加热工艺条件变化，时常超限值。国产布袋耐高温性能低，使用寿命较短，目前邢钢焦化厂已采用高耐温性能布袋，但是成本增加较大，需与专业生产单位共同研究解决此问题。

3.3 脱硫剂NaHCO3在进系统前，经SDS工序研磨系统研磨，粒径在800目以上，由喷射系统喷入反应装置。投产初期，为降低运行成本，曾改用国产NaHCO3，但因纯度、形态、Cl离子等因素，导致脱硫剂吸潮流动性变差，使用过程中经常堵塞磨机和管道，需频繁停工清理。现采用进口磨机和进口NaHCO3，虽保证了脱硫效率和装置开工率，但是对外依赖性较强，运行成本高。

为降低运行成本，可使用性能改善的国产NaHCO3作为脱硫剂；研磨系统再建时如改国产设备，需解决国产设备研磨过程中发热导致的设备堵塞等问题。

3.4 投产至今，2#脱硝系统已停工检修4次，主要原因是氨水蒸发器故障、氨空混合器和稀释风管道堵塞。

分析原因：氨水蒸发器故障，主要是外壳裂缝和内部蒸汽管道出现露点，后经分析为设备质量原因。经查阅相关资料，发现浓氨水、氯离子的存在，也可能导致不锈钢焊缝应力不均，出现裂缝。氨空混合器和稀释风管道堵塞，经与1#系统对比分析，发现1#、2#焦炉分别使用焦炉煤气和高炉煤气加热，因高炉煤气采用干法除尘，含尘高，易在稀释风高温下结垢、板结。

针对上述在线问题，邢钢焦化厂已总结出一套脱硝系统停工4 h以内、不影响在线NOx指标的检修方案：在氨空混合器前管道两侧开孔，以雾化喷头形式嵌入，利用氮气、稀释风将氨水通过喷头输送到脱硝分配器，实现在线NOx可控不超标。

4 结 语

4.1 焦炉烟道废气脱硫脱硝的工艺顺序选择非常关键，合理的工艺组合是装置稳定运行的基础。邢钢焦化厂的生产实际证明，焦炉烟道废气脱硫脱硝比较适合采用“SDS脱硫+除尘+SCR脱硝+余热回收”工艺技术路线。

4.2 通过优化加热技术，可以从根源上降低氮氧化物排放浓度，同时降低炼焦耗热量2%～5%，从而降低吨焦成本，降低后续脱硝工艺运行成本。

4.3 建议通过优化净化车间脱硫运行工艺，降低加热焦炉煤气硫含量，以降低焦炉烟道废气二氧化硫含量，保证焦炉烟囱出口二氧化硫稳定，降低碳酸氢钠消耗量，降低运行成本。

4.4 如焦炉加热煤气为高炉煤气，必须保证除尘效果或进行二次除尘，满足脱硝设备运行工况。