丁思遠(yuǎn)

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210000）

摘 要：冶金企業(yè)不斷發(fā)展，逐漸提高了煉焦制氣節(jié)能減排技術(shù)水平。但是在焦化產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中也逐漸加劇了環(huán)境污染問(wèn)題，因此，冶金企業(yè)在開(kāi)展環(huán)保工作時(shí)，越來(lái)越關(guān)注硫化物污染和 NOx 的污染排放問(wèn)題。近些年環(huán)保部門嚴(yán)格要求工業(yè)生產(chǎn)排放指標(biāo)，重點(diǎn)治理排放超標(biāo)企業(yè)。因此，文章針對(duì)冶金焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)進(jìn)行分析研究，提出相關(guān)的改進(jìn)措施，以期有效控制污染源，合理改善生態(tài)環(huán)境，滿足環(huán)保節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，提高冶金生產(chǎn)的環(huán)保性，為冶金企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

關(guān)鍵詞：冶金企業(yè)；焦?fàn)t煙氣；脫硫脫硝；工藝技術(shù)

1  焦?fàn)t煙氣概述

貯存燃料區(qū)開(kāi)展生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，燃料箱經(jīng)由通道向固定位置分送，隨后送入碳化室并經(jīng)高溫加工而生成焦炭，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的煙氣。同時(shí)在持續(xù)的高溫環(huán)境中，將生成的煤氣用特定的設(shè)備送入燃燒室，再經(jīng)過(guò)二次燃燒和加工處理，將煤氣排放出去。而焦?fàn)t所排放的煙氣中，不僅包含多種混合物，還包含各類氣體，如氮化物和氧化物，因此，在排放前必須進(jìn)行脫硫脫硝處理^［1］。在對(duì)焦?fàn)t煙氣展開(kāi)高溫燃燒處理時(shí)，由于煙氣中含有一定的二氧化碳，所以在燃燒的過(guò)程中，必定生成更多的氫氣，氫氣會(huì)加快燃燒速度，使氧氣和氮?dú)庠诟邷叵掳l(fā)生一定的氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生二氧化氮。

焦?fàn)t內(nèi)部的煙氣主要特征：①煙氣的溫度較高，通常需要控制在 250℃左右。②焦?fàn)t煙氣中包含復(fù)雜的混合物和氣體，其中二氧化硫的濃度是最大的，當(dāng)它與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，將會(huì)對(duì)管道質(zhì)量造成負(fù)面的影響。③因焦?fàn)t煙氣的溫度較高，只有當(dāng)交流管路的溫度和煙氣溫度保持在一定范圍內(nèi)，才可以確保整體裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外需要分析煙氣脫硫脫硝的過(guò)程，以防止其它不利因素的產(chǎn)生而對(duì)整個(gè)工作狀況產(chǎn)生影響。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 焦化行業(yè) SO₂ 和 NO_x 排放現(xiàn)狀

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，礦石燃料會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，而污染最重要的部分是其所產(chǎn)生的焦化物質(zhì)。在全部污染物中，約 60%的二氧化硫都是由焦?fàn)t煙產(chǎn)生的，而這種煙道中 NO_x 的含量也達(dá)到了 90%。交流煙氣中二氧化硫濃度的影響因素較多，其中除燃燒類型和燃料氧濃度以外，還有就是焦?fàn)t竄漏狀態(tài)也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。而 NO_x 的濃度可能受到空氣過(guò)量因子和燃燒溫度等因素的影響。若在進(jìn)行燃燒時(shí)選擇了焦?fàn)t煙氣作為主要技術(shù)來(lái)進(jìn)行實(shí)際工作，則所排出的煙氣 SO₂ 排放濃度和 NO_x 排放濃度就會(huì)比較高。當(dāng)選擇低熱值的廢氣進(jìn)行燃燒工作時(shí)，SO₂ 的排放和 NO_x 的排放與以焦?fàn)t廢氣為核心的燃燒所形成的各個(gè)組份的含量都會(huì)大幅度地減少^［2］。然而，上述兩種燃料在工作的過(guò)程中所產(chǎn)生的 SO₂ 排放濃度和 NO_x 排放濃度與國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)還有一定的距離，只有采用適當(dāng)?shù)拿摿蛎摰夹g(shù)，可確保 SO₂ 排放濃度和 NO_x 排放濃度符合要求。

2.2 冶金企業(yè)煙氣中脫硫脫硝的要求和原則

一方面，與常規(guī)的冶金爐和燒結(jié)機(jī)相比，焦?fàn)t的煙氣排放量要小很多，但其排放的煙氣組成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，尤其是排放的 SO₂ 和 NO_x 對(duì)整體環(huán)境會(huì)造成很大的負(fù)面影響，因此冶金企業(yè)需根據(jù)生產(chǎn)情況的變化來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囋O(shè)計(jì)。另一方面，要確保所選擇的生產(chǎn)工藝具有一定的安全性，在煙氣排放時(shí)，控制好其產(chǎn)生的壓力，預(yù)防發(fā)生安全事故。因?yàn)槊摿蛎撓鯚煔馓幚砉ぷ鳝h(huán)境的溫度較高，所以在實(shí)際工作前，需要與熱處理煙筒管道進(jìn)行有效的銜接，以避免發(fā)生安全事故。此外，在完成煙氣脫硫脫氮工作后，還必須確保煙囪噴出的煙氣溫度超過(guò) 140℃，以保障整個(gè)處理過(guò)程的順利進(jìn)行^［3］。

3 冶金焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)

3.1 煙氣脫硫技術(shù)

3.1.1 干法脫硫

在煙道氣脫硫系統(tǒng)中，使用固體堿吸收劑不僅能夠有效去除 SO₂，還能在一定程度上提高煙氣的流動(dòng)性。然而，為了實(shí)現(xiàn)更高效的反應(yīng)，還需要對(duì)堿性顆粒進(jìn)行處理。一種常用的方法是加入疏松劑，這可以使堿性顆粒變得更加疏松，增大其表面積，從而加速與 SO₂的反應(yīng)速率。

除了疏松劑，另一種方法是使用細(xì)小的堿性顆粒。這種顆粒具有更高的比表面積，可更好地與煙道氣接觸，進(jìn)一步提高反應(yīng)速率。同時(shí)，由于顆粒細(xì)小，它們更容易地通過(guò)煙道氣中的湍流部分，使反應(yīng)更加均勻。

在半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，向煙道中添加水可以生成一層液體薄膜，這層薄膜可以促進(jìn) SO₂ 與堿性顆粒的反應(yīng)。當(dāng) SO₂ 接觸到水時(shí)，會(huì)形成亞硫酸，然后亞硫酸再與堿性顆粒反應(yīng)生成亞硫酸鹽。這樣，不僅可以提高反應(yīng)速率，還可以防止堿性顆粒過(guò)快地硬化，保持其持續(xù)反應(yīng)的能力。值得注意的是，這種方法并不會(huì)顯著腐蝕煙道氣脫硫裝置，也不會(huì)產(chǎn)生大量污水。這樣既保證了脫硫效率，又實(shí)現(xiàn)了環(huán)保和節(jié)能的要求。

3.1.2 濕法脫硫

隨著科技的發(fā)展，其脫硫率已經(jīng)達(dá)到了 95%以上。該工藝可以實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物可循環(huán)使用，而且操作費(fèi)用較低，利用的煤種具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，而且整體產(chǎn)能較大。由于石灰石濕法脫硫技術(shù)利用的吸收劑價(jià)格低廉，因此，被廣泛用于濕法脫硫。本工藝能夠充分滿足高濃度 SO₂ 的處理需求，并具有吸收劑利用率和脫硫率高的特點(diǎn)^［4］。但在該工藝中，仍然存在脫硫產(chǎn)生的廢水具有強(qiáng)酸性、整體造價(jià)高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生亞硫酸鈣，處理難度較大等問(wèn)題。一般情況下，冶金企業(yè)采用的是可以將管路中的氧高效除去的氨脫硫技術(shù)，并可以充分利用焦化廠的回收車間的處理系統(tǒng)，使二者聯(lián)合產(chǎn)生硫酸銨。目前，氨法脫硫普遍采用液相吸收劑洗脫煙氣中的氧氣，這種設(shè)備工藝簡(jiǎn)便，脫硫效果較好。濕法脫硫工藝原理圖如圖 1 所示。

3.2 煙氣脫硫脫硝工藝

3.2.1 工藝特點(diǎn)

從備煤車間運(yùn)輸?shù)木疵海凰腿虢够癄t，在 950~1000℃的高溫下進(jìn)行干餾，產(chǎn)生的焦炭煙氣中含有各種復(fù)雜的化合物。這些化合物在高溫環(huán)境中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成各種但氧化合物。這些高溫?zé)煔庠?180~300℃的環(huán)境中被引入脫硫塔，經(jīng)過(guò)脫硫處理后，進(jìn)入除塵器。在除塵器中，通過(guò)加熱器將煙氣升溫，然后送入 SCR 脫硝塔進(jìn)行脫硝處理。經(jīng)過(guò)這一系列的處理后，煙氣最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放。同時(shí)，需要確保風(fēng)機(jī)出口的煙溫保持在 125℃的范圍內(nèi)，以防止溫度過(guò)低導(dǎo)致煙筒內(nèi)部零件受損。可以通過(guò)變頻控制方式利用循環(huán)風(fēng)機(jī)來(lái)調(diào)整溫度^［5］，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.2 優(yōu)化除塵灰倉(cāng)淌水問(wèn)題的工藝設(shè)備

由于脫硫灰單元的運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，將會(huì)增加布袋阻力，從而使引風(fēng)機(jī)的抽引風(fēng)量，也就是處理煙氣量有所減少，從而對(duì)脫硫脫氮整個(gè)裝置的運(yùn)行效果產(chǎn)生了直接的影響。

（1）催化劑倉(cāng)、灰倉(cāng)保溫性能的優(yōu)化

①在各灰倉(cāng)中設(shè)置外壁，并加一條蒸汽伴熱管道，使用 0.2MPa 的低壓蒸氣作為伴熱管道熱載體；在倉(cāng)的四個(gè)側(cè)面設(shè)置 1 列的管道，并設(shè)有一個(gè)蒸氣入口和一個(gè)冷凝水出口，在倉(cāng)的上面設(shè)置一個(gè)蒸汽環(huán)管，在下部設(shè)置冷凝水環(huán)，并分別連接到蒸汽干管和凝結(jié)水干管。

②設(shè)置的蛇形伴熱管不會(huì)直接接觸倉(cāng)體外壁，直徑都是 DN25mm 的低壓液體焊管。蛇形管圓弧段與灰斗倉(cāng)墻的間距要保持在 150mm 范圍內(nèi)，在灰斗倉(cāng)墻的底部，逐漸縮小和伴熱蛇形管的間距，并直接連接蒸汽冷凝管^［6］。

③在觸媒倉(cāng)和灰倉(cāng)的伴熱管上，增加 6mm 的納米氣凝膠膠氈，再在其上覆蓋 100mm 的石棉和 0.8mm 的鋁薄片，以此作為保護(hù)殼。

④在投入生產(chǎn)之前，提前將除塵設(shè)備的加熱系統(tǒng)打開(kāi)，當(dāng)其溫度達(dá)到某一程度時(shí)，才可以在實(shí)際生產(chǎn)中投入使用。

對(duì)催化劑倉(cāng)和灰倉(cāng)的保溫作用進(jìn)行優(yōu)化，保證除塵器中煙氣溫度在 200℃以上，灰倉(cāng)中的煙道氣和水蒸氣的溫度均高于 180℃，避免煙氣水蒸氣發(fā)生凝結(jié)問(wèn)題。

（2）優(yōu)化氨氣氣源

對(duì)氨氣供給線進(jìn)行了全面的分析，將氨氣加熱器安裝在脫硫脫硝裝置之前，使氨氣溫度達(dá)到 130℃，這樣可以完全地氣化氨氣中的氨水，通過(guò)蒸氣伴熱保溫處理氨氣輸送管道。氨加熱爐的工作機(jī)理是水蒸氣換熱，通過(guò)低壓蒸氣和氨氣換熱，使氨溫度從 50℃上升到130℃以上。這種方法不僅提高了氨氣的利用率，還降低了氨氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程提供了更加安全和穩(wěn)定的保障。同時(shí)，氨氣加熱器的設(shè)計(jì)也考慮到了能源的節(jié)約和環(huán)保的因素，能夠有效地利用能源，減少對(duì)環(huán)境的影響。

（3）優(yōu)化壓縮空氣氣源

通過(guò)利用深冷型冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)，可將壓縮空氣中含有的油和凝結(jié)水消除干凈，避免總壓縮空氣中攜帶的水影響到除塵袋反吹工作和氣力輸灰過(guò)程。

（4）優(yōu)化氣力輸灰系統(tǒng)

①減少管段，使灰倉(cāng)出灰口和風(fēng)力輸送裝置之間的連通距離更短；②改善連接管線的絕熱與封閉作用；③對(duì)氣力運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化操作過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，添加了空載警報(bào)裝置。在運(yùn)輸啟動(dòng)之后，根據(jù)運(yùn)輸?shù)淖枇π畔?lái)判定運(yùn)輸體系是否處在空載狀態(tài)，并在運(yùn)輸過(guò)程中提醒巡查人員對(duì)除塵器灰斗下料狀況進(jìn)行檢測(cè)。采用以上方法，有利于實(shí)現(xiàn)灰倉(cāng)連續(xù)性地排灰^［7］。

3.2.3 煙氣脫硝工藝

在各種脫氮技術(shù)中，選擇性催化還原脫氮的效率最高，且具有廣泛的適用性和相對(duì)成熟的特點(diǎn)。由于該工藝要求在 220℃左右的工況下完成，適宜的催化反應(yīng)溫度對(duì)整個(gè)工藝進(jìn)程有很大影響。要使煉焦?fàn)t煙溫達(dá)到一個(gè)較好的水平，就必須改進(jìn)爐煙的供熱系統(tǒng)。水和氮都是反應(yīng)產(chǎn)物，不能循環(huán)利用，只會(huì)消耗原料和能量，而且每隔三年更換一次催化劑，因此增加了整體成本。

利用 SCR 催化脫硝技術(shù)，冶金企業(yè)可對(duì)催化劑進(jìn)行改造，使其在較短時(shí)間內(nèi)得到較好的脫氮效果。但是，許多技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，并且沒(méi)有在工業(yè)裝置中實(shí)踐應(yīng)用，在低溫下，SO₂ 和氨會(huì)形成銨鹽，導(dǎo)致催化劑中毒，而且會(huì)影響催化劑的性能，因?yàn)榈蜏孛撓醮呋瘎┑牟少?gòu)渠道比較集中，成本也比較高。如圖 2 所示。

3.2.4 脫硫脫硝一體化技術(shù)

脫硫脫硝一體化技術(shù)不僅在整體提升脫硫脫氮效果方面起到了非常關(guān)鍵的作用，還可高效提升脫硫脫氮的水平，同時(shí)有利于控制煙氣的污染程度。一些冶金企業(yè)在實(shí)施煙氣脫硫時(shí)，會(huì)采用“前除氮后除硫”的方法。但若僅采用煤氣作為工作介質(zhì)，則 SO₂ 的含量將會(huì)增加，最高可達(dá)到 800mg/m³，這與規(guī)范 SO₂ 的含量有很大的差異，因此 SO₂ 的治理顯得尤為關(guān)鍵。在進(jìn)行處理時(shí)，可以采用低溫催化的方法，使脫硝劑的活性下降，從而達(dá)到最終的脫硫效果。另外，實(shí)際上就焦?fàn)t SO₂、煉焦粉塵顆粒物質(zhì)控制技術(shù)而言，主要分為濕法、半干法、干法三種。根據(jù)具體工況，選用適當(dāng)?shù)墓に嚕梢允篃煔獾拿摿蚵什粩嗌仙罡呖蛇_(dá) 96.25%。而采用濕式處理方法進(jìn)行相應(yīng)脫硫工作，所需的脫除溫度均在55℃以下。所以說(shuō)，這種方法可以對(duì)凈化后的煙霧進(jìn)行有效地控制^［8］。但由于煙氣溫度持續(xù)上升，導(dǎo)致整體系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用偏高，故不宜在焦化工業(yè)中采用濕法脫硫。另外，根據(jù)實(shí)際工作的需要，可以對(duì)半干法脫硫的工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，此時(shí)可采用旋轉(zhuǎn)噴射布袋除塵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)去除硫化物，這種工作模式更適合工程建設(shè)的需要。

最后利用焦?fàn)t NO_x 控制技術(shù)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)燃燒后煙氣進(jìn)行控制，可使整體脫硫脫硝水平因此提高，為了優(yōu)化脫硝效果，通常是利用吸收法和固體吸附法。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)焦?fàn)t煙氣的化學(xué)與物理特征，并將其與有關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，對(duì)焦?fàn)t煙氣中已有比較成熟的煙氣脫硫脫硝法進(jìn)行了分析和歸納，并對(duì)其完善，最后給出了一種切實(shí)可行的煙氣脫硫脫硝基本工藝方案設(shè)計(jì)及相應(yīng)問(wèn)題的改善措施，以期對(duì)今后的脫硫脫硝系統(tǒng)的高效、順利運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。

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