安鋼6 m 焦爐活性炭煙氣脫硫脫硝一體化技術實踐

張化強  高慶華  李學志  張俊  張海英

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要：以安鋼6 m 焦爐為例，針對焦爐加熱后產(chǎn)生的SO₂、NO_x，采取活性炭焦爐煙氣脫硫脫硝一體化工藝進行處理。該工藝裝置投產(chǎn)后運行穩(wěn)定，各項工藝指標均達到設計要求，既達到《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》( GB16171－2012) 規(guī)定最低限值排放的標準，又實現(xiàn)了脫硫后資源的回收。對該工藝存在的問題提出了改進建議。

關鍵詞：焦爐煙道氣；二氧化硫氮；氧化物；廢氣凈化；活性炭

0 前言

安鋼焦化分公司6 m 焦爐為鞍山焦耐院設計的2×55 孔JN60－6 型大容積焦爐，年產(chǎn)焦炭110 萬t。公司地處河南安陽市，屬于國家京津冀及周邊重點區(qū)域“2+26”城市，到2017 年10 月開始執(zhí)行《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》( GB16171－2012) 特別排放限值。安鋼六米焦爐于2017 年8 月底和9 月中旬分別投入兩套活性炭工藝一體化裝置對焦爐煙氣進行凈化，脫硫脫硝后的潔凈煙氣從煙囪排放到大氣中，同時降低煙氣中顆粒物排放。裝置投用后，運行穩(wěn)定，效果明顯，煙氣中SO₂、NO_x的含量遠低于標準要求，做到了超低排放。

1 原理與應用

該工藝采用活性炭同時脫除煙氣中SO₂、NO_X。焦爐燃燒后的廢氣，經(jīng)過空冷換熱進入活性炭凈化系統(tǒng)。在空冷換熱器前，噴入質(zhì)量分數(shù)為18%的氨水，提取氨氣作為脫硝還原劑隨煙氣進入活性炭系統(tǒng)。在凈化塔內(nèi)活性炭吸附床層上，SO₂被活性炭吸附脫除; 在活性炭的催化作用下，NOx被還原成N₂和H₂O 實現(xiàn)脫除; 同時，還能將粉塵滯留在炭層中。凈化后的煙氣經(jīng)增壓風機重新進入煙囪排放。

吸附了SO₂的活性炭，經(jīng)刮板機系統(tǒng)進入再生塔加熱到400 ℃，被吸附的SO₂釋放出來生成再生氣體，再生氣體被輸送至硫酸制備單元處理，最終生成10%的硫銨溶液。硫銨溶液送到化產(chǎn)系統(tǒng)硫銨母液槽，與焦化廠區(qū)硫銨溶液混合后進行結晶制備硫酸銨。活性炭經(jīng)冷卻后被刮板機回送到凈化塔繼續(xù)使用。系統(tǒng)流程示如圖1 所示。

煙氣SO₂吸附及解析的原理如下^［1］:

( 1) SO₂吸附過程( * 表示吸附狀態(tài))

①物理吸附( SO₂分子的向AC 細孔移動)

SO₂→SO₂*

②化學吸附( 在AC 細孔內(nèi)的化學反應)

SO₂* +O* →SO₃*

SO₃* +nH₂O* →H₂SO₄* +( n－1) H₂O*

③生成硫酸鹽

H₂SO₄* +NH₃→NH₄HSO₄*NH₄HSO₄* +NH₃→( NH₄)2SO₄*

( 2) SO₂解析再生過程

①硫酸的分解反應

H₂SO₄·H₂O→SO₃+2H₂O

SO₃+1 /2C→SO₂+1 /2CO₂

( 化學損耗)

H₂SO₄·H₂O+1 /2C→SO₂+2H₂O+1 /2CO₂

②硫酸銨鹽的分解反應

NH₄HSO₄→SO₃+NH₃+H₂O

SO₃+2 /3NH₃→SO₂+H₂O+1 /3N₂

NH₄HSO₄→SO₂+H₂O+1 /3N₂+1 /3NH₃

2 運行效果

該裝置在我廠投用后，運行平穩(wěn)，效果良好，使用前后煙氣組分含量見表1。

從表1 可以看出，活性炭煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)投用后，焦爐煙氣中的各項組分均有顯著降低，達到了《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》( GB16171－2012)特別排放限值。經(jīng)過測算，每年可以減少污染物排放量分別是: 煙塵118 t /a、NO_x 2 079 t /a，SO₂178 t /a。特別是該系統(tǒng)充分利用了焦化系統(tǒng)的各項資源，沒有新的污染物產(chǎn)生，系統(tǒng)占地面積小，所用物資均可市場采購。

3 存在問題

系統(tǒng)在運行約3 個月后，出現(xiàn)了空冷換熱器堵塞的問題，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)阻力增加、需要的增壓風機工作頻率越來越高、空冷換熱器風機震動大、空冷換熱器下部有白色或黃白色固態(tài)結晶體凝結并堵塞觀察口。

4 原因分析與解決方法

空冷換熱器是煙氣進入系統(tǒng)的第一個大型設備，之后將進入凈化塔。在空冷換熱器前，設置了氨水噴灑系統(tǒng)。由于氨水可直接與煙氣中的SO₂反應生成硫酸鹽，部分硫酸鹽液滴隨煙氣附著在空冷換熱器的換熱管上并固化。隨著系統(tǒng)運行，固化的硫酸鹽越來越多，導致空冷換熱效果差，系統(tǒng)阻力增加。

要從根本上解決該問題，需要將氨水噴灑系統(tǒng)設置在空冷換熱器后、凈化塔之前，這樣即使生成硫酸鹽也會固化在活性炭上，并隨著活性炭的再生而解決。但由于我單位空間限制，不能滿足氨水噴灑系統(tǒng)與凈化塔的距離要求，故只能將氨水噴灑系統(tǒng)設置在空冷換熱器前。

由于氨水噴灑系統(tǒng)不能改進，所能考慮的只有如何控制氨水噴灑的量，使其既能滿足系統(tǒng)要求又不至于過多的固化在空冷換熱器上。氨水噴灑量與空冷換熱器堵塞狀況見表2。

從表2 可以看出，二套相同的活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)的氨水噴灑量與空冷換熱器的堵塞狀況，故可將氨水噴灑量控制在140 m³ /h ～ 160 m³ /h，在特殊狀況下可控制在170 m³ /h～200 m³ /h。

對于已經(jīng)堵塞的空冷換熱器，必須進行清理，保證換熱效果及系統(tǒng)阻力。經(jīng)試驗，凝結的固態(tài)硫酸鹽可溶于水，因此可用水來沖洗空冷換熱器。在系統(tǒng)停止運行的狀態(tài)下，將空冷換熱器上端打開( 可加裝檢修人孔) ，用消防帶或高壓水管對換熱管進行沖洗。沖洗后，系統(tǒng)運行正常，滿足生產(chǎn)要求。

5 結語

焦爐煙氣活性炭脫硫脫硝一體化凈化系統(tǒng)在安鋼六米焦爐投用以來，運行穩(wěn)定，凈化后的煙氣達到了《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》( GB16171 －2012) 特別排放限值，解決了焦爐煙氣排放的瓶頸制約。在系統(tǒng)優(yōu)化后，具有系統(tǒng)占地面積小，所用物資均可市場采購，特別是該系統(tǒng)充分利用了焦化系統(tǒng)的各項資源，沒有新的污染物產(chǎn)生的優(yōu)點，在焦化行業(yè)具有良好的推廣應用價值。

6 參考文獻

［1］ 張丹，魯力瑋． 煙氣活性炭脫硫富集SO₂制酸技術實踐［J］． 一重技術，2017 ( 2) : 30－34．