焦炉烟气脱硫脱硝工艺路线选择

钢铁工业是我国工业领域主要排污大户之一，焦化作为钢铁生产过程中污染最严重的工艺环节之一，焦炉烟气的治理已经成为钢铁企业环保达标的重中之重。最新修订的GB 16171《炼焦化学工业污染物排放标准》中限定焦炉烟囱出口处二氧化硫浓度应＜30mg/m³，氮氧化物浓度＜150 mg/m³。然而，对于国内焦炉烟气排放控制，如仅仅通过源头减排和过程控制两方面着手，仍不能满足国家特别排放限值的要求，必须额外加装末端治理设施。
1、脱硫脱硝工艺的选择
目前国内外主流的焦炉烟气的脱硫脱硝方案主要分为三种，即SDA脱硫+除尘+SCR 脱硝+烟气回原烟囱，SCR脱硝+SDA脱硫+除尘+烟气回原烟囱，SCR脱硝+氨法脱硫+烟气回原烟囱等。三种主流脱硫脱硝方案的优缺点见表。考虑到焦炉的安全稳定生产、脱硫脱硝工艺的稳定性，以及某钢厂的建设实际情况，最终采用工艺路线为SDA脱硫+除尘+ SCR脱硝+烟气回原烟囱。
主流脱硫脱硝方案优缺点对比
2、钠基 SDA 脱硫及低温 SCR工艺介绍
2. 1 工艺原理
旋转喷雾半干法( SDA)脱硫是利用机械或气流的力量将脱硫剂分散成～50 μm的雾状液滴，雾状液滴与烟气间的接触表面积较大，在气液两相间发生快速的传热传质和化学反应，从而实现脱硫的方法。为减小烟气脱硫过程的温降，本项目中采用Na2CO3溶液作为脱硫剂，而不是传统的Ca(OH)2溶液。焦炉烟气经脱硫塔上部的分配器进入脱硫塔体，烟气中的SO2与塔顶中心的旋转雾化器喷出的Na2CO3溶液发生反应如下
Na2CO3 + SO2 →  Na2SO3 + CO2 ( 1)
 Na2SO3 + H2O + SO2→2NaHSO3 ( 2)
同时烟气中含有的SO3等酸性气体也会同时被吸收剂吸收，发生如下反应:
Na2SO3 + SO3→  Na2SO4 + SO2 ( 3)
因此，脱硫塔的固体产物主要包括亚硫酸钠或亚硫酸氢钠中间品及少量硫酸钠等。
脱硫除尘后的烟气随后进入选择性催化还原 ( SCR) 脱硝系统。烟气中的 NOx与喷入的作为还原剂的氨在催化剂(低温型，成分以TiO2 /V2O5为主，WO3和MoO3为辅)的作用下，发生反应如下:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O ( 4)
4NO2 + 2NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O ( 5)
因脱硝过程的烟气已经过脱硫除尘处理，如下的副反应发生程度很小:
2SO2 + O2 → 2SO3 ( 6)
NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 ( 7)
脱硝后的净烟气再通过烟气换热器( GGH)换热，最终回到焦炉烟囱达标排放。
2. 2 系统工艺流程
某焦炉的脱硫脱硝系统工艺流程如图1 所示，主要可分为脱硫除尘系统、脱硝系统、公辅设施系统三大部分。
2. 2. 1 脱硫除尘系统
脱硫系统采用的旋转喷雾干燥脱硫技术从丹麦GEA引进，包括脱硫塔及布袋除尘器主体，脱硫剂浆液制备及输送子系统，循环灰制浆子系统，脱硫灰输送外排子系统等。
脱硫剂浆液制备及输送子系统中，苏打原料称重后在溶解罐中定量加水配制成15%～25%浓度的Na2CO3溶液作为脱硫剂，经供液罐后定量泵入置于脱硫塔顶部的浆液顶罐，顶罐内Na2CO3溶液自流入脱硫塔顶部雾化器，雾化喷入脱硫塔与烟气中的SOx发生反应。
脱硫过程的部分固体产物从脱硫塔底部卸出进入脱硫灰仓，部分细颗粒物随烟气携带进入布袋除尘器中滤袋过滤，此部分经压缩空气反吹后也收集至脱硫灰仓。如脱硫灰中 Na2CO3未反应完全的程度较大，可通过循环灰制浆系统循环利用，以提高脱硫剂的利用率。脱硫灰仓中收集的脱硫灰经称量螺旋输送机送入脱硫灰解罐和脱硫灰浆罐制浆后，由循环灰浆液泵定量送入置于脱硫塔顶部的浆液顶罐与Na2CO3溶液混合，顶罐内混合浆液根据烟气温度和SOx浓度自动调节送入脱硫塔雾化器的浆液量。如脱硫灰反应较完全，可通过输送外运子系统另行收集外运或综合利用处理。
2. 2. 2 脱硝系统
脱硝系统主要由烟气换热器、热风炉加热混合子系统、氨剂制备及喷射子系统、SCR 反应器等组成。为确保烟气温度能达到SCR反应的温度窗口，且获得适当高的烟温以提高脱硝效率，脱硫除尘后的150～160 ℃烟气先进入烟气换热器( GGH)升温至220～230 ℃，在烟道喷氨前配有额外的热风炉加热混合子系统，混合适量热风可将烟气进一步升温至 240～250 ℃。热风炉燃料为钢铁企业自有的焦炉煤气和高炉煤气等低热值气体燃料。
氨剂制备及喷射子系统、SCR反应器联立的烟道中采用了优化设计的导流板均布技术，可确保氨与烟气充分混合均匀。核心SCR催化剂为低温型催化剂，适宜的脱硝温度窗口为200～300 ℃。脱硝反应器配有声波吹灰器，定期吹扫催化剂，保证脱硝效率延长催化剂使用寿命。烟气经过多层催化剂净化后再次经过烟气换热器( GGH) ，从~230 ℃ 降低至 160 ℃，最终经引风机送至焦炉烟囱底部。
2. 2. 3 公辅设施系统
本项目的公辅设施包括:给排水系统、压缩空气、 供电系统、仪表及自动化控制系统等。
1) 给排水系统。主要用于脱硫制浆用水、脱硝 氨剂配制用水、冲洗水、冷却水等。 2) 压缩空气。压缩空气主要用于气动阀门用 气、布袋除尘器清灰、氨剂喷射用等。 3) 供配电系统。其中风机电机、雾化器电机等 需采用高压供电，此外的大多设备为380，220 V 的低 压供电即可。
4) 仪表及自动化控制系统。采用PLC 控制系统 实现焦炉烟气脱硫脱硝过程的监测和控制调节。
3、总结
某焦炉烟气采用的钠基SDA脱硫及低温SCR脱硝工艺及装置能有效保证SO2、NOx、颗粒物等污染物排放达到国家排放标准。整个脱硫脱硝系统适应能力强,自动化程度高，能在较大负荷差异、烟气浓度波动大的情境下稳定运行。