焦炉烟气脱硫脱硝脱白及烟囱热备改造技术应用探讨

1 现有脱硫脱硝与余热回收工艺介绍
焦炉原有烟气脱硫脱硝装置于2016年5月建成投用，采用LCO法烟气脱硫脱硝一体化技术。即氨法脱硫+双氧水/臭氧脱硝工艺。

当前系统运行过程中存在诸多问题：

(1）焦炉生产过程中污染物质浓度变化较大，满负荷时会出现SO2和颗粒物间歇超标现象，对焦炉的正常生产造成较大影响；

(2）氨逃逸现象严重，烟气中的CO、NH3等成分对现有CEMS监测系统存在干扰现象；

(3）现有氨法脱硫塔出口伴有硫酸铵盐液，结晶后会产生颗粒物，导致出口颗粒物超标

(4）现有系统为湿法脱硫工艺，脱硫盐液没有很完善的处置工艺系统；

(5）现有脱硝系统采用双氧水+臭氧脱硝工艺，运行成本高，效率低，达到超低排放限值比较困难，投加量高会有冒黄烟现象；

(6）现有热备系统采用事故风机在焦炉事故时进行强制抽取焦炉烟气进入大烟囱，该系统在事故状态下不能够快速启用；保养维护复杂；烟囱启动时是冷态，没有抽力, 造成焦炉煤气加热系统存在安全隐患等缺点。

根据《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）中关于焦炉烟气污染物排放最新标准，结合当前湿法脱硫烟雨治理及焦炉烟气高排放等一系列要求，提出焦炉烟气脱白及烟囱热备改造。

2 改造方案
项目改造总体工艺路线选用：“中温SCR烟气脱硝系统+余热回收+SDS干法烟气脱硫工艺+布袋除尘+引风机+原烟囱排放”的烟气治理技术。治理工艺原理为：来自焦炉约200000/300000Nm3/h，温度220-260℃的烟气通过热风炉加热至300～330℃，进入脱硝反应器内，反应器进口烟道上设置喷氨格栅，利用氨气与稀释风混合成体积氨含量为3-5%混合气体，经喷氨格栅混合入烟气中送入SCR反应器内。烟气中NOX在反应器中与氨在催化剂作用下发生还原反应转化为氮气和水，实现脱除NOX的目的；然后通过原有余热锅炉进行热量回收，从余热锅炉后引出烟气，进入脱硫反应烟道，利用喷枪喷入研磨后的小苏打粉末与烟气中的SO2反应，随后烟气进入布袋除尘器进行反应产物和原有粉尘的捕捉收集；最后通过引风机增压后进入原烟囱排放，进入原烟囱的烟气温度在150℃以上，可实现原烟囱的热备，且烟气中不增加水分，不存在烟气冒白烟现象，避免了烟囱和设备的腐蚀问题。

本次改造污染物排放浓度设计限值要求：SO2<30㎎/Nm3, NOx<100㎎/Nm3，烟尘<15㎎/Nm3，氨逃逸<10ppm。

2.1 中温SCR烟气脱硝系统
本次改造选择中温SCR脱硝，脱硝系统考虑当前和今后环保政策走向，系统可调节，投资成本低，运行可靠性高，催化剂较为成熟，使用寿命长。

2.1.1 工艺原理
(1）工艺流程：将焦炉烟气分别从地下主烟道引出后汇总，通过热风炉加热烟气到300℃～320℃，进入脱硝反应器，反应器进口烟道上设置喷氨格栅，利用氨气与稀释风混合成体积氨含量为3-5%混合气体，经喷氨格栅混合入烟气中送入SCR反应器内。烟气中NOX在反应器中与氨在催化剂作用下发生还原反应转化为氮气和水，进行脱除NOX，然后进入余热锅炉。烟气SCR脱硝系统设计NOX指标按出口烟气浓度不高于100mg/Nm3的排放标准设计。

(2）喷氨控制：根据SCR反应器进、出口NOx、O2浓度、烟气温度及烟气流量等计算氨的注入量，通过喷氨流量阀调节，并通过相应计算实时监测混合器内的氨浓度。此外，还需根据反应器出口NOx浓度作为反馈参数，对喷氨量进行调整，实现喷氨量闭环控制。

2.1.2 整体设备布置方案
脱硝系统主要包括氨水存储（利旧）及供应系统、氨喷射系统、SCR反应器区域系统、声波吹灰及压缩空气系统、电气及控制系统。

(1）氨水存储及供应系统
氨水储存及供应系统利用原氨法脱硫氨水存储系统，本期新增氨水输送及分配系统。

(2）氨喷射系统
氨气喷射系统是将10%-20%的氨水溶液通过喷枪布点的方式喷入到烟道内进行雾化，雾化后的氨气通过烟道内静态混合器混合后进入反应器。

(3）催化剂
本工程催化剂采用蜂窝式中温催化剂，使用温度280～330℃，使用寿命24000h。催化剂采用模块化设计，各层模块规格统一、具有互换性，减少更换催化剂的时间。

(4) SCR反应器区域系统
在SCR反应器内，烟气与NH3的混合物在通过催化剂层时，烟气中的NOX在催化剂的作用下与NH3反应生成N2与H2O，从而达到要求的除去烟气中NOX的目的。

SCR反应器本体具有以下特点：

(1) 反应器内的烟气竖直向下流动。

(2) 反应器布置在炉后新起的金属构架平台上。

(3) 采用蜂窝式催化剂，按“2+1”模式布置，脱硝反应器内的催化剂支撑钢梁设置为3层（层间距离不小于2.8m），备用层在最上层。

(4) 采用10%-20%的氨水作为脱硝还原剂。

(5) 反应器入口设置气流均布装置。

(6) 反应器设置超声波吹灰器（备用层催化剂预留吹灰器接口）。吹灰器的设计能全面、有效的清除催化剂积灰，避免催化剂堵塞；同时避免催化剂吹损。

(7) 反应器采取保温，使经过反应器的烟气温度变化小于10℃；

(8) 在每层催化剂上方，设置可远传的烟气温度和压力监测装置。

(9) 脱硝系统能适应焦炉的启动、停机及负荷变动，且应处于稳定的运行状态；脱硝装置的调试、启/停和运行应不影响主机的正常工作。

2.2 SDS干法烟气脱硫工艺
2.2.1 工艺原理
焦炉烟气从余热锅炉后引出（160-230℃），进入SDS干法脱硫系统。通过高效喷射及均布装置，将研磨好的高效脱硫剂（20-30μm的小苏打粉末）均匀喷射在反应器和烟道内，小苏打粉末在烟道内被热激活，比表面积迅速增大，与焦炉酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应，烟气中的SO2等酸性物质被吸收净化。净化后烟气中SO2含量小于30mg/Nm³。

2.2.2 整体设备结构原理
脱硫系统主要包括磨机系统、反应烟道等。磨机系统包括磨机，风选风机、螺旋输送斗、供料风机。

本改造项目中小苏打研磨系统集给料系统（含料斗，混料和定量给料装置）、分级研磨机、输送风机、自动清洗系统一起撬装成整机设备，各系统之间相互隔离又相互协作。磨机系统采用负压输送设计，原料经给料系统装置进行搅拌破碎（部分已结块的小苏打）由定量给料螺旋将物料输送至研磨腔，经卧式研磨盘机械粉碎，达到符合粒度要求（20-30μm）的将被分选装置分选出，经风机输送到喷射点，未达到粒度要求的将继续返回研磨腔进行粉碎研磨。

设备工艺流程为：原料仓装料→原料仓下料→研磨机料斗拌料、定量给料→研磨→分级→风机输送→管道喷入。

2.3 除尘工艺系统
2.3.1 工艺路线
经干法脱硫后的烟气进入布袋除尘器进行气固分离和烟气过滤净化，脱硫除尘后的净烟气经引风机进入原烟囱排放，实现脱硫灰收集及出口粉尘浓度达标排放。

该工艺路线比较成熟，应用较多，能够适应特别排放限值的更高要求，在设计条件下保证出口粉尘浓度<15mg/Nm3；且安全可靠，运行费用低。

2.3.2 整体设备结构
系统主要由除尘器本体（箱体、灰斗、进气通道、滤袋、袋笼、清灰装置、顶部盖板、保护系统等）、压缩空气系统、电气及控制系统等组成。

(1）除尘器采取负压运行方式，出口颗粒物排放浓度<15mg/Nm3。

(2）每台除尘器分为多个并列的除尘室，关闭其中1个室后，另外几个室照常可以投入运行。

(3）布袋除尘器为离线清灰气箱脉冲除尘器，清灰功能利用时序或手动功能控制离线阀关闭清灰仓室，启动脉冲喷吹阀喷吹，使滤袋径向变形膨胀，抖落灰尘。

(4）除尘器的脉冲清灰控制采用手动和自动两种方式，可相互转换。自动控制采用压差 (定阻) 和定时控制方式 (时间优先) ，可相互转换。当达到设定的压差值时或时间周期时，除尘器各室依次进行脉冲喷吹清灰，清灰状态的选择由PLC实现。清灰程序的执行由主控柜（PLC）自动控制。

(5）除尘系统设置储气包、压缩净化处理等装置，满足清灰时对压缩气源的要求。

(6）整体结构的袋笼，袋笼长7米，整体结构，避免分节袋笼不同心、脱节等弊病。加工精度有保证。袋笼上都带有碳钢环，无需使用工具，就能很方便地将过滤布袋的绑扣锁在孔上，维护人员在孔板板面上行走也不会造成对袋的损害，袋笼的下部分接入1.2mm厚的低碳钢帽。

(7）滤袋材质采用符合工况要求的氟美斯材料，并进行表面覆膜处理，经化学处理后正常使用温度≤230℃，瞬间温度250℃以下，可满足焦炉出口烟气对滤袋适应温度的需要。布袋采用包边缝制，无毛边裸露，无拼缝。重叠搭接宽度不小于10mm，进行加厚处理，以提高袋底的强度和抗冲刷能力。

(8）在下列特殊工况时为设备提供保护措施：

(1) 当烟温出现超过所选用的布袋滤料允许使用温度时，除尘器报警。

(2) 在停运时，充分喷吹布袋，并打开上箱盖，避免积灰结露造成“糊袋”现象。

3 改造方案特点
(1）本工程采用SDS干法烟气脱硫的工艺技术路线, 本工艺有效解决燃气焦炉烟道气脱硫中烟气波动性大、粉尘颗粒物高的技术难点。

(2）本改造系统负荷范围应能满足焦炉负荷在40%～110%范围内的负荷变化，在负荷调整时有良好的、适宜的调节特性，在焦炉运行条件下能可靠和稳定连续运行；

(3）考虑当前和今后环保政策走向，本次脱硝改造采用“2+1”模式布置蜂窝式催化剂，脱硝反应器内的催化剂支撑钢梁设置为3层（二用一备），备用层在最上层。使脱硝系统可以调节，为环保更高的要求提供余量。

(4）确保污染物排放浓度均能满足国家和地方最新环保排放标准要求，并具有一定的前瞻性；

4 达到的效果
本次脱硫脱硝、脱白、热备系统改造在现有脱硫脱硝基础上进行改造，最终达到《炼焦化学污染物排放标准》中规定的特别排放限值（本次改造污染物排放浓度设计限值要求：SO2<30㎎/Nm3, NOx<100㎎/Nm3，烟尘<15㎎/Nm3，氨逃逸<10ppm），白色烟雨消除，烟囱热备，解决现有系统中脱硫、颗粒物排放不稳定的问题，同步解决现有湿法脱硫盐液问题，实现净烟气排放口高度与原烟囱高度相同。

5 结论及建议
本项目属环境治理项目，其实施可进一步降低焦炉烟气的烟尘、SO2、NOx排放，满足日益严格的环保要求，并能改善当地大气质量。

本项目脱硝采用中温SCR脱硝工艺，脱硫采用SDS干法脱硫+布袋除尘器工艺，工艺技术路线先进，造价经济、合理，运行成本较低，便于运行维护。本项目改造完成后烟囱出口大气污染物达到了特别排放限值要求，超过当前环保要求，具有一定的前瞻性。

本项目实施后，投资及运行成本经济合理，环境效益明显，本项目实施对当地环保、对焦化行业都是一件好事。