某焦化厂焦炉烟气净化及余热回收一体化技术

通过某焦化厂实际应用的焦炉烟气脱硫脱硝及余热回收一体化装置，治理废气污染物的同时，将余热回收并利用。不仅具有显著的经济效益，还有巨大的环境及社会效益。

1前言

目前我国SO2和NOX排放量高居世界前列，而SO2和NOx是造成大气污染并且形成酸雨的主要污染物，不仅破坏生态环境系统，同时也危及人体健康[1]。已成为制约我国经济发展的重要环境因素。

焦化厂从事的工作将煤炼成焦炭，同时回收煤气等副产品，这些都是炼铁厂炼铁工艺不可缺少的燃料。焦炉烟气以焦炉加热煤气燃烧后产生的废气为主，焦炉运行时的热效率一般不高于70%，但排放的废气却占焦炉总能耗的20%以上，节能潜力十分可观[2]。

而烟气中主要污染物成分为SO2、NOX等，2012年6月国家相关部门颁布了GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》中明确规定了焦化行业的大气污染物排放标准，同时规定自2015年1月1日起，现有焦化企业需执行标准中的大气污染物排放限值，其中关于SO2和NOX排放限值如下表1所示。

2烟气脱硫脱硝及余热回收技术

SO2和NOX的减排技术可从燃烧前、燃烧中和燃烧后三个方面入手，烟气脱硫脱硝技术属于燃烧后减排技术。由于烟气脱硫与脱硝的技术原理不同，目前仍没有一种成熟有效的技术手段能同时实现烟气脱硫与脱硝。因此，企业通常会分别建立脱硫与脱硝装置[3]。

焦炉烟气余热回收技术目前大多采用热管式锅炉，利用焦炉加热燃烧后的烟道废气进行换热，回收烟气中40%以上的余热，并用于焦炉生产过程中的加热工段等。不但可以降低焦炉工艺的能源消耗，而且还可以明显减少CO2、SO2、NOX的排放量。

2.1脱硫技术概述

现有烟气脱硫技术可分为湿法、干法、半干法三种形式。湿法烟气脱硫技术是指脱硫剂在液态或浆态下脱硫并处理脱硫产物，是目前烟气脱硫的主流工艺，约占脱硫市场80%的份额，大多采用石灰石--石膏法或石灰--石膏法。干法脱硫是脱硫剂与脱硫产物均为干态的一种脱硫技术，按脱硫吸着剂不同可分为钙基工艺和钠基工艺。半干法脱硫技术兼有湿法与干法的一些特点，其中应用较多的是旋转喷雾干燥法，在脱硫市场中占有率已超10%[4]。

2.2脱硝技术概述

烟气脱硝技术主要有固体吸附法、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、催化分解法等。其中，选择性催化还原法(SCR)是以尿素类物质或氨为还原剂，在特定催化剂的作用下，选择性地将NOX还原为N2和H2O，是目前最成熟且应用最广泛的烟气脱硝技术，占全世界脱硝市场的80%以上[5]。

2.3烟气净化及余热回收一体化技术概述

焦炉烟气→脱硝装置→气汽换热器→增压风机→湿法脱硫塔→塔顶烟囱排放。是目前较为流行的一种焦炉烟气净化及余热回收一体化技术，由于烟气湿法脱硫工段要求脱硫塔入口烟气温度须保证在160℃以下。故该技术会将脱硝后270℃左右的烟气通入气汽换热器，使烟气温度降至脱硫塔入口允许的温度范围内，经后续脱硫工段处理，再向大气排放。同时，换热过程会生产0.6～0.8MPa蒸汽供相关用户使用。

3本工程实际技术应用

3.1应用背景

某焦化厂现有焦炉两座，年产96万t捣固焦，2座焦炉烟气共用一座排烟烟囱。焦炉生产时，焦炉煤气通过立火道进入焦炉燃烧室，在焦炉燃烧室内燃烧后，燃烧烟气通过分烟道汇集到总烟道，再由总烟道排出。整个烟道采用自然排烟方式，完全靠烟囱的抽力所产生的负压使炉膛维持微负压燃烧状态。

未改造前，烟囱排烟温度为250~290℃，烟道上未采取任何脱硫脱硝及余热回收设施，因此烟气余热损失很大，约占焦炉总能耗的23%左右。同时，烟气中SO2排放浓度最大值为300mg/m3，NOX排放浓度最大值为1000mg/m3。已不能满足GB16171-2012所要求的排放限值。故急需建设一套烟气净化及余热回收装置来有效治理现状。

3.2主要工艺流程

本工程主要工艺流程如图1所示。

系统正常运行时，在焦化原有烟道上设置的闸板阀E1、E2关闭，烟气经过取烟管及阀门E3、E4依次进入干式脱硫塔、SCR脱硝装置、余热回收装置以及引风机，将处理后的烟气通过风机上方的新建烟囱及原有烟囱分别排放大气。在系统各设施及风机、烟囱处分别设置压力测点，并通过调节风机频率及阀门E5、E6的开度，使得原有烟囱与新建烟囱压力相匹配，从而保持焦炉燃烧室内正常生产状态。

在烟气净化及余热回收设备故障时，取烟阀门E3、E4关闭，同时，焦化原有烟道上的闸板阀E1、E2开启，烟气通过焦化原有烟道经原有烟囱排放大气。从而保障焦炉的正常安全生产。

3.3技术特点

(1)焦炉烟气经过脱硫脱硝及余热回收装置后可直接排放大气，但仍须有一部分烟气通过焦炉原有烟囱排放，目的是使原有烟囱始终处于热备用状态，一旦脱硫脱硝或余热回收设施故障停产，烟道废气能够通过原烟囱直接排放大气，既不影响焦炉正常安全生产，又可以迅速将烟气净化及余热回收装置与焦炉主工艺解列。因此经过脱硫脱硝及余热回收装置后的烟气温度必须高于烟气露点温度，即应高于130℃，防止因烟气结露引起的烟囱内部腐蚀，同时确保原有烟囱的热备用状态。

(2)本工程脱硝工艺选用传统选择性催化还原法(SCR)，催化剂主要活性成分为TiO2和V2O5，脱氮率可达80%以上，其主要反应机理如下：

相对于电厂烟道废气温度300~400℃而言，焦炉烟气温度相对较低，采用SCR脱硝工艺在V2O5催化剂的作用下，会有一部分SO2被转化为SO3。在180~230℃温度范围内，SO3与脱硝还原剂NH3会生成易潮解产物NH4HSO4[6]。该物质非常粘稠且很难清除，若附着在脱硝催化剂表面，会严重影响催化剂效率。故本工程在SCR脱硝工艺之前进行高效脱硫，防止烟气中SO2在脱硝催化剂的作用下氧化成SO3。

(3)由于焦化烟道废气含水量较大，约为20%左右。若采用常规湿法脱硫工艺，会产生大量废水形成二次污染。而采用半干法，会导致烟气温度下降40~60℃，对余热回收不利，故本工程采用钙基吸收剂+催化剂的干法脱硫技术。其主要反应机理如下：

Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O

CaSO3+O2→CaSO4

Ca(OH)2在催化剂的作用下形成固形脱硫剂与SO2、SO3反应生成CaSO3及CaSO4，烟气温降△T<10℃，而脱硫率可达90%。同时产物可用于制备石膏。

(4)经过脱硫脱硝装置后的烟气，通入余热锅炉产生蒸汽，并将排烟温度降低到175℃。本工程余热锅炉采用热管式换热器，由于热管式换热器属于双间壁传热，当管壁发生破裂的时候，汽水工质不会泄漏出来，因此使用时安全可靠。对正常焦化生产不会造成影响。同时，通过计算，蒸汽参数过高，会造成产量偏低，降低余热回收系统的经济效益;而蒸汽参数过低，蒸汽品质达不到使用要求，同样不能产生经济效益。因此，为了使蒸汽能够合理利用，整套余热系统生产0.8MPa、190℃的过热蒸汽，产汽量约为13t/h，并入厂区蒸汽管网，供厂区用户使用。

(5)本工程设置1台引风机，引风机布置于烟气净化及余热回收装置后，烟囱前。系统内烟气的流通动力均出于这台引风机。如此布置的好处在于使整个烟气净化及余热回收装置均处在负压状态运行，即便系统中存在个别泄漏点，烟气也不会外溢，即不会影响到装置周围工作环境空气质量。对系统操作人员的运行及维护工作提供了保障。

4结论

通过本文介绍的烟气净化及余热回收一体化工艺流程，使得某焦化厂将焦炉烟道气主要污染物SO2浓度降低到30mg/m3，脱硫率到达90%;NOX浓度降低到150mg/m3，脱氮率到达85%，装置出口的污染物浓度指标满足GB16171-2012要求。同时，将排烟温度降低到175℃，回收余热并产生蒸汽13t/h，蒸汽回收量达到～120kg/t焦炭。治理废气污染物的同时，回收利用了余热。

综上所述，本工程起到了节能减排的示范作用，不仅具有显著的经济效益，还会带来巨大的环境及社会效益。