于守立，王莉

【摘要】受煉焦化學工業污染物排放標準的出臺影響，近年來學界圍繞焦爐煙道氣處理開展了大量研究，新型脫硝催化劑、徑向熱管式余熱鍋爐均屬于這類研究取得的成果，基于此，本文就焦爐煙道氣污染特性展開分析，并對脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術的方案、關鍵技術及優勢分析進行了詳細論述，希望論述內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

【關鍵詞】焦爐煙道氣；脫硫；脫硝；余熱回收

0 前言

SO₂、NO_x屬于焦爐煙道氣的主要污染成分，這類成分不僅會危害人類身體健康，我國資源節約型、環境友好型社會的創建也會受到一定負面影響，而為了將這類負面影響降到最低，正是本文就焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術展開具體研究的原因所在。

1 焦爐煙道氣污染特性分析

作為專門從事冶金焦炭生產及冶煉焦化產品加工、回收的專業工廠，焦化廠生產往往不可避免的會產生焦爐煤氣燃燒后的廢氣， 由于這類廢氣主要由二氧化硫和氮氧化物組成，這就使得焦爐煙道氣的排放與大氣污染之間存在一定聯系，這也是學界近年來對焦爐煙道氣處理開展大量研究的原因所在。

2012 年6 月，我國環境保護部及國家質量監督檢驗檢疫局聯合發布了《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171－2012），由此焦化廠焦爐煙道氣排放標準得以明確，表1 為新標準對焦爐煙道氣排放做出的具體規定^[1]。

受《煉焦化學工業污染物排放標準》影響，S 焦化有限公司在焦爐煙氣處理領域開展了大量研究， 本文涉及的焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術便屬于這一研究所取得的成果。

2 一體化技術方案

2.1 一體化技術組成

為滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》要求，S 焦化有限公司開展了焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術的研究， 這一研究首先確定了集成循環流化床半干法脫硫技術、低溫SCR 煙氣脫硝技術、徑向熱管式余熱鍋爐的研究方向， 三種優秀技術的集合即可較好滿足公司的長期可持續發展需要，焦爐煙道氣處理需求也將以此得到滿足。

2.2 方案構成

焦爐煙道氣一體化處理流程可以描述為“焦爐→焦爐煙道氣→脫硝反應器→熱管式煙氣換熱器→循環流化床反應塔→脫硫劑制備→循環流化床反應塔→脫硫劑再循環和布袋除塵器→增壓風機→塔頂煙囪排放”。在一體化技術應用中，該技術的具體應用如下所示：①引出地面。該技術能夠首先將公司生產排放的焦爐地下煙道氣引出地面， 這一環節需要得到管路上設置的電動調節閥支持。②脫硝處理。在電動調節閥支持下，焦爐地下煙道氣將進入脫硝反應器，該環節主要應用低溫SCR 煙氣脫硝技術實現脫硝處理。③回收余熱。完成脫硝處理后，煙道氣將進入煙氣余熱回收裝置，該回收裝置使用了徑向熱管式余熱鍋爐技術，由此煙道氣中存在的0.6MPa 飽和蒸汽在該環節被回收。④脫硫處理。增壓后的煙道氣進入循環流化床反應塔，該環節使用了循環流化床半干法脫硫技術，由此即可完成高質量的煙道氣脫硫。⑤增壓處理。為滿足排放需要并適應全負壓工藝流程， 需在煙道氣脫硫后通過增壓風機實現增壓。⑥排放。經過脫硫、增壓處理，焦爐地下煙道氣會通過脫硫塔頂的煙囪排放^[2]。

3 關鍵技術及優勢分析

3.1 關鍵技術介紹

循環流化床半干法脫硫、脫硝反應器、偏心型徑向熱管換熱器屬于本文研究的關鍵技術組成，具體技術內容如下所示。

3.1.1 循環流化床半干法脫硫

相較于常見的氨法脫硫技術， 循環流化床半干法脫硫技術能夠有效避免氨泄漏等問題的出現，同時具備的投資少、運行費用低、容易循環回收利用等優點也使得該技術具備著廣闊應用前景。在筆者的實際調查中發現，循環流化床半干法脫硫技術的應用還能夠實現利用鍋爐排出煙塵中含有的大量未完全反應CaO 作為吸收劑、降低布袋除塵器濾料化學侵害、煙囪與煙道不需要防腐、節約水資源等優勢。在循環流化床半干法脫硫技術的具體應用中，該技術需要得到脫硫劑制備、脫硫塔、脫硫劑再循環和布袋除塵器的支持，由此即可較好滿足焦爐煙道氣脫硫需要。

3.1.2 脫硝反應器

氧化吸收法、選擇性非催化還原法、選擇性催化還原法均屬于典型的焦爐煙道氣脫硝方法， 本文研究選擇了脫硫效率最高、最為完善成熟的選擇性催化還原法，該脫硫方法的原理為“使用氨氣作為還原劑，將NO_x還原為N₂”，選擇性催化還原法的反應方程式為：NO_x+NH₃+O₂→N₂+H₂O。考慮到成本和處理質量，選擇了蒸氨工段產生的20%濃度的濃氨水，通過管道引入和調節閥控制流量， 即可保證濃氨水與焦爐煙道氣實現均勻混合、充分反應，為最大程度上保障反映質量，脫硝反應器的進出口設置了NO_x傳感器，由此實現的實時監測NO_x濃度，即可合理控制濃氨水的加入量。

對于焦爐煙道氣的脫硝處理來說， 脫硝催化劑的選擇屬于其中關鍵， 本文研究采用了近年來中科院科研人員開發的新型脫硝催化劑，該催化劑由金屬氧化物涂層、陶瓷蜂窩、活性組分組成，屬于整體涂層式結構，在蜂窩陶瓷、氧化物涂層、活性組分支持下，該脫硝催化劑具備阻力低、氨逃逸率低、熱膨脹系數小、選擇性優秀、可高空速操作、溫度范圍廣等優點，這就使得其能夠較好滿足本文開展的一體化技術研究需要。

在圍繞新型脫硝催化劑開展的試驗研究中， 工作人員通過連續試驗求得了蝶閥出口處煙氣各物質平均濃度， 其中NO_x為1100mg/m³、NO 為720mg/m³、SO₂為450mg/m³、O₂為190mg/m³、NO₂為10mg/m³，同時每15min 各物質的濃度數值均會發生周期性波動， 這種波動的出現與公司的焦爐操作制度存在直接關聯。圖1 為新型催化劑脫硝效率示意圖，結合該圖可以清楚發現處理前的焦爐煙道氣氮氧化合物濃度在800~1200mg/m³之間波動，而處理后的濃度則完全處于20mg/m³ 以下，由此可見該技術應用實現的98%脫硫效率^[3]。

3.1.3 偏心型徑向熱管換熱器

常規軸向重力熱管技術屬于最常見的焦爐煙道氣余熱回收技術，該技術具備換熱效率高、超導體性能優秀、環境適應性良好、避免露點腐蝕、具備單項熱傳遞特性等特點，但在筆者的實際調查中發現， 該技術在實際應用中較為容易引發爆管事故，同時較高的整體制造成本也影響了技術的推廣。考慮到常規軸向重力熱管技術存在的不足， 本文研究選擇了基于該技術的徑向熱管換熱器技術， 該技術科學設計了徑向熱管偏心度， 由此實現了熱管工質填充量增加、生產效率大幅提高、節能效率現狀提升，爐底煙道風壓控制良好也使得該技術在應用中不會出現常規軸向重力熱管技術常見的氣堵問題。

3.2 優勢分析

簡單了解焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術涉及的關鍵技術后，本文將圍繞三種技術的優勢開展分析，具體分析內容如下所示。

3.2.1 循環流化床半干法脫硫優勢

技術成熟、原料來源充足、脫硫效率高、投資費用少、節約水資源、運行費用低、運行可靠、綜合效益高、無二次污染屬于循環流化床半干法脫硫技術具備的優勢， 這里的脫硫效率高是由于該技術的脫硫效率能夠達到95%以上； 節約水資源是由于該技術在煙氣中含水量高時的節水效果較為明顯， 延長Ca（OH）₂吸收劑的表面液膜存續時間便證明了這一認知；投資費用少是由于循環流化床半干法脫硫技術能夠實現酸性氣體的完全脫除，由此煙囪防腐的投資即可大大節約，由此可見該技術所具備的優勢。

3.2.2 脫硝反應器優勢

脫硝效率始終穩定在98%以上、操作空速為傳統方法4倍、催化劑床層阻力較低、可較好服務于未來工程放大均屬于脫硝反應器具備的優勢。其中，98%以上的脫硝效率使得該技術能夠較好滿足生產需要；300Pa 的催化劑床層阻力使得風機能耗將大幅降低，脫硝環節的成本優勢將進一步提升；最高可達16000h-1 的操作空速將較好滿足公司生產需要。

3.2.3 偏心型徑向熱管換熱器優勢

相較于傳統軸向重力熱管技術存在的不足， 偏心型徑向熱管換熱器具備熱管工質填充量較高、熱管換熱器熱效率進一步提升、工程總體成本大幅下降、節能效率達到國際先進水平等優勢， 這些優勢自然使得其能夠較好服務于焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化的實現。在筆者的實際調查中發現， 偏心型徑向熱管換熱器的使用還解決了以往余熱回收熱管換熱器結構復雜的問題， 實際應用中該技術具備的運行穩定、蒸汽生產能力滿足實際需要、無氣堵現象也使得該技術的優勢進一步被放大， 這點需要得到相關業內人士的高度重視。

4 結論

綜上所述， 焦爐煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術的研究具備較高現實意義， 文章的第一節證明了這一認知。而在此基礎上，本文涉及的循環流化床半干法脫硫、脫硝反應器、偏心型徑向熱管換熱器等關鍵技術內容，則證明了研究的實踐價值。因此，在相關領域的理論研究和實踐探索中，本文內容能夠發揮一定程度的參考作用。

參考文獻

[1]  陳力攻.焦爐煙道氣蒸氨與氨法脫硫綜合技術研究[J].現代化工，2016，12（11）：37~40.

[2]  孫廣明，霍延中，肖英海，等.焦爐煙道氣脫硫脫硝工藝探討[J].燃料與化工，2017，48（06）：41~43.

[3]  倪建東.焦爐煙道氣同時脫硫脫硝技術路線探討[J].寶鋼技術，2016（01）：73~77.