摘要：介绍了年产100万t焦炉烟气超低排放改造的一种处理工艺系统，即焦炉烟气余热回收除尘脱硫脱硝系统，该系统确立了处理颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的多污染物协同治理方案，讨论了该系统的工艺流程和主要设备，以满足超低排放的政策要求。在治理方案确立时还考虑了在满足现阶段排放要求的同时通过设置系统余量和烟气热量回收利用，实现节能降碳，以便适应未来国家对焦炉烟气更严格的排放要求。
关键词：余热回收,脱硫,除尘,脱硝,超低排放
0引言
2022年，国家颁布了《“十四五”节能减排综合工作方案》，明确指出：要求焦化企业完成废气污染物超低排放的改造。2024年1月，生态环境部要求推进实施焦化行业超低排放的意见，在8%基准氧的条件下，尾气中粉尘、SO2、NOx、氨逃逸排放质量浓度分别不大于10、30、150、8 mg/m3。超低排放意见是硬性指导方案，也是改善生态环境质量的必经之路[1]。现在以内蒙古某煤焦化企业焦炉烟气超低排放改造为例，该企业位于鄂托克旗，焦炉排放的烟气量为270 000 m3/h，烟气温度300℃,烟气中的SO2质量浓度≤550 mg/m3，NOx质量浓度≤1 000 mg/m3，颗粒物质量浓度≤100 mg/m3。按照超低排放的要求：粉尘质量浓度≤10 mg/m3，SO2质量浓度≤30 mg/m3，NOx质量浓度≤150 mg/m3，氨逃逸质量浓度≤8 mg/m3。
1处理工艺路线
根据焦炉烟气的各项性质、排放、投资成本和使用维护成本等因素，选择“余热锅炉换热+SDS脱硫+脉冲布袋除尘+SCR脱硝”多污染协调处理工艺，处理路线是焦炉烟气经过余热锅炉进行换热降温，经SDS脱硫后进入脉冲布袋除尘器除去粉尘，再送入SCR脱硝系统，最终在负压风机的作用下，送入烟囱超低排放[2]。
2工艺选择
焦炉烟气温度300℃,采用低温脱硝技术（温度要求不低于180℃),对温度要求不高，此温度也能满足SDS脱硫的需要，预先利用高温烟气换热自产蒸汽，以实现烟气热量回收和利用，达到节约能源的目的，实现绿色低碳，降低碳排放。以下对各工艺系统进行详细设计。
2.1余热回收系统
采用余热锅炉将烟气由300℃降到180℃,烟气旁通管道与余热锅炉出口烟气温度混合后达到200℃,换热得到的蒸汽接入厂区蒸汽管网[3]。
余热锅炉主要参数包括：锅筒产汽压力为1 MPa；蒸汽温度为184℃;最大产气量为13.5 t/h。
余热锅炉水平布置，烟气从地下烟道引出，经过余热锅炉降温与旁通管道烟气汇合达到200℃再至除尘脱硫脱硝系统。在余热回收系统正常运行时，关闭地下烟道的闸板阀，打开余热锅炉烟气进口阀，调节余热锅炉旁通阀门，利用变频控制引风机实现机械抽风，烟道压力变频调节，保证系统对焦炉生产无影响。当负压风机发生故障或停电时，自动打开地下烟道闸板阀，使烟气经过烟道进入烟囱，确保焦炉系统正常运行，避免焦炉生产设备发生危险[4]。
余热锅炉主要有以下系统组成：汽水系统、排污系统、放空系统、放散系统、放净系统、清灰系统等，其中，汽水系统：软水经除氧后送入锅筒。锅筒产生压力1.0 MPa的饱和蒸汽接入厂区蒸汽管网，锅炉自产蒸汽用于厂区其他生产设备，达到余热回收利用。排污系统：锅炉的锅筒设有定期排污口和连续排污口，可定期排除锅筒内部残留污物和水垢，由排污管排至定期扩容器。
2.2脱硫系统
此脱硫选择SDS脱硫工艺，专用脱硫研磨机将脱硫剂由200目研磨至800目，经脱硫风机送至脱硫塔，输送量根据烟气中的SO2含量自动调整[5]。主要有以下几点：
1）烟气的SO2质量浓度小于1 000 mg/m3，用SDS脱硫工艺可以达到排放要求；
2）几乎不会造成烟气温降，不影响后续烟气净化系统；
3）相对湿法、半干法脱硫造价较低，占比不到项目的1/10；
4）脱硫剂为碳酸氢钠粉末，脱硫灰为硫酸钠粉末，没有废水等二次污染物；5）操作方便，一个工人即可操作，工人将碳酸氢钠粉末倒入磨机系统的料仓即可，通过自控系统自动控制脱硫剂送入量，磨机多级研磨和分级，超细粉末被送入脱硫塔，粉末和烟气在脱硫塔内流化，均匀混合且充分接触，提高烟气的脱硫效率。
2.3除尘系统
SDS干法脱硫后的烟气被送入脉冲布袋除尘系统，为达到粉尘的排放指标，除尘器的选型至关重要。脉冲布袋除尘器选择低压长袋脉冲式除尘系统，除尘效率可达99.9%，对颗粒物的适应性强。
脱硫后，烟气送至除尘器内部导流均布板，均匀分布到中箱体精确过滤，控制过滤风速低于0.8 m/min。在系统的负压作用下粉尘被过滤在滤袋表面并形成尘饼，无尘烟气经除尘器的上箱体排出，进入后续脱硝系统工段。随着过滤袋表面粉尘厚度的增加，过滤袋内外两侧的压差也随之逐渐增加，当压差达到清灰压差时（设定1 200 Pa），清灰控制器发出信号，脉冲阀打开，压缩空气通过非线性喷吹管以极短的时间（20～30 ms）均匀喷入过滤袋内部，以完成对过滤袋
2.4脱硝系统
SCR脱硝去除效率较高（可达90%以上），脱硝催化剂有多种使用温度，根据温度高低将脱硝催化剂分为高温、中温和低温脱硝催化剂，低温、中温、高温脱硝催化剂使用温度区间分别为150~220℃、220~300℃、300~400℃,此项目烟气进入脱硝前的温度选择在200~210℃,脱硝催化剂选用低温催化剂。脱硝的原理图如图2所示。
脱硝系统组成：脱硝反应器系统、氨汽发生系统、净烟气和氨汽混合系统、喷射系统、氨水存储系统和电气控制系统。
20%浓度氨水储存系统将氨水送入氨汽发生器，在余热回收系统蒸汽的加热下，氨水汽化成0.2 MPa，130℃的氨汽，氨汽送入氨空混合器，稀释风机抽取系统排放的干净烟气在氨空混合器内与氨汽混合，混合后确保氨气在爆炸下限的25%，混合后的氨汽送至氨喷射格栅（AIG）喷射，与主烟气再次均匀混合，烟气中的NOx和氨在脱硝塔内催化剂的作用下完成化学反应，消除烟气中的NOx。图3为脱硝系统控制画面。
3系统优缺点
3.1系统优点
1）利用烟气热量产生蒸汽，蒸汽也可为脱硝系统使用，节约能源，降低项目使用成本，降低碳排放。低温烟气也易于选择滤袋材质，为除尘系统的设计打下了良好的基础，选择的滤袋既可以满足除尘需要，也可以降低投资成本和使用成本，选择玻璃纤维、PI纤维和芳纶纤维混纺覆膜，PTFE乳液浸渍，耐酸碱，克重850～900 g/m2，正常使用可耐温260℃,最高瞬间使用温度280℃。脱硫系统核心设备是研磨系统，工艺流程简单，设备结构紧凑，模块化组装，便于操作和维护保养，在集中控制室即可控制整个脱硫系统，脱硫剂用量可实现自动调整。
2）脱硫后的粉尘在除尘系统被拦截，少量未反应的碳酸氢钠脱硫剂在滤袋表面也可以与SO2反应，增加脱硫剂的利用率，增加脱硫效率，经过自动控制系统的控制逻辑和控制参数的设定，整体脱硫效率可达到85%~98%，此处的除尘器不仅仅是除尘作用，也是进行二次脱硫。
3）脱硝催化剂为蜂窝状，主要成分是钒钛等稀有元素，具有较高的比表面积，约780 m2/m3，孔隙较小，35×35孔，便于与烟气接触，压降较低，一般为300 Pa，具有较高的催化剂活性，抗硫、抗重金属中毒特性，三氧化硫转化率低，小于1%，温度适应性较好。经过前端的脱硫除尘后，烟气中含微量的二氧化硫和粉尘，不会对脱硝催化剂造成影响，可以采用较大的流速和空速，催化剂的消耗量较少，使用寿命也会增加。二氧化硫和脱硝用的氨发生化学反应生成硫酸铵或硫酸氢氨，微量的硫酸钠或硫酸氢钠和粉尘在经过蜂窝催化剂时被烟气带走，不会造成对催化剂的堵塞和堆积。脱硝设备多设置一层催化剂备用层，待环保要求更严格时再启用，以适应环保要求。
4）氨汽则是用余热系统蒸汽将20%氨水加热成气态，优点是能源再利用，节约能源，减少碳排放，节省使用成本。此除尘脱硫脱硝系统可以满足生态环境部对焦炉烟气超低排放的要求，展现了节能、节约投资、便于维护保养、减少碳排放、低使用成本等突出特点。
3.2系统缺点
以下问题仍需改进：
1）经过SCR脱硝后的干净烟气温度约180~200℃,如果除去焦炉烟囱热备所需热量，还有部分1 890万大卡热量没有回收利用，浪费能源，可以增加一套热水换热系统，将烟气热量换热成热水，热水供厂区或采暖。
2）焦炉烟气会带有未完全燃烧的煤焦油，煤焦油具有粘黏性，很容易堵死滤袋孔隙，造成滤袋失去过滤能力。所设计的工艺流程是先脱硫后脱硝，脱硫灰会附着在滤袋表面，即使脉冲清灰，也会有少量脱硫灰附着，脱硫灰可以起保护滤袋的作用，煤焦油则不会粘黏在滤袋上。如果焦炉烟气中的煤焦油含量较高，则需要增加预喷涂系统，定时定量喷入滑石粉或脱硫剂，以保护滤袋。
4结论
该处理系统最具性价比的投资成本和使用成本，在满足超低排放的同时也为未来更严格的环保排放要求做系统储备。各系统互相密切配合，前端处理为后续处理做“铺垫”，环环相扣，系统流畅性较强。在焦炉高负荷和低负荷的工况下，处理系统也能够满足焦炉生产，也考虑了在紧急情况下，通过地下烟道直排等措施，保证焦炉安全运行。
参考文献
[1]生态环境部.关于推进实施焦化行业超低排放的意见[A].环大气〔2024〕5号，2024.
[2]范剑峰，吴以凡，贾宝荣，等.火电厂选择性催化还原脱硝技术的可行性研究[J].化工时代，2005，7（19）：64-67.
[3]亢辰辰.山西焦化焦炉烟气脱硫脱硝超低排放改造方案选择及应用[J].煤化工，2022（2）：50.
[4]刘志军.焦炉烟气超低排放技术的研究与应用[J].商品与质量，2021（22）：181.
[5]渠沛然.焦化行业将实施超低排放改造[N].中国能源报，2024-01-29.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/81595.html
