焦爐煙氣脫硫脫硝脫白及煙囪熱備改造技術應用探討

1 現有脫硫脫硝與余熱回收工藝介紹
焦爐原有煙氣脫硫脫硝裝置于2016年5月建成投用，采用LCO法煙氣脫硫脫硝一體化技術。即氨法脫硫+雙氧水/臭氧脫硝工藝。

當前系統運行過程中存在諸多問題：

(1）焦爐生產過程中污染物質濃度變化較大，滿負荷時會出現SO2和顆粒物間歇超標現象，對焦爐的正常生產造成較大影響；

(2）氨逃逸現象嚴重，煙氣中的CO、NH3等成分對現有CEMS監測系統存在干擾現象；

(3）現有氨法脫硫塔出口伴有硫酸銨鹽液，結晶后會產生顆粒物，導致出口顆粒物超標

(4）現有系統為濕法脫硫工藝，脫硫鹽液沒有很完善的處置工藝系統；

(5）現有脫硝系統采用雙氧水+臭氧脫硝工藝，運行成本高，效率低，達到超低排放限值比較困難，投加量高會有冒黃煙現象；

(6）現有熱備系統采用事故風機在焦爐事故時進行強制抽取焦爐煙氣進入大煙囪，該系統在事故狀態下不能夠快速啟用；保養維護復雜；煙囪啟動時是冷態，沒有抽力, 造成焦爐煤氣加熱系統存在安全隱患等缺點。

根據《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）中關于焦爐煙氣污染物排放最新標準，結合當前濕法脫硫煙雨治理及焦爐煙氣高排放等一系列要求，提出焦爐煙氣脫白及煙囪熱備改造。

2 改造方案
項目改造總體工藝路線選用：“中溫SCR煙氣脫硝系統+余熱回收+SDS干法煙氣脫硫工藝+布袋除塵+引風機+原煙囪排放”的煙氣治理技術。治理工藝原理為：來自焦爐約200000/300000Nm3/h，溫度220-260℃的煙氣通過熱風爐加熱至300～330℃，進入脫硝反應器內，反應器進口煙道上設置噴氨格柵，利用氨氣與稀釋風混合成體積氨含量為3-5%混合氣體，經噴氨格柵混合入煙氣中送入SCR反應器內。煙氣中NOX在反應器中與氨在催化劑作用下發生還原反應轉化為氮氣和水，實現脫除NOX的目的；然后通過原有余熱鍋爐進行熱量回收，從余熱鍋爐后引出煙氣，進入脫硫反應煙道，利用噴槍噴入研磨后的小蘇打粉末與煙氣中的SO2反應，隨后煙氣進入布袋除塵器進行反應產物和原有粉塵的捕捉收集；最后通過引風機增壓后進入原煙囪排放，進入原煙囪的煙氣溫度在150℃以上，可實現原煙囪的熱備，且煙氣中不增加水分，不存在煙氣冒白煙現象，避免了煙囪和設備的腐蝕問題。

本次改造污染物排放濃度設計限值要求：SO2<30㎎/Nm3, NOx<100㎎/Nm3，煙塵<15㎎/Nm3，氨逃逸<10ppm。

2.1 中溫SCR煙氣脫硝系統
本次改造選擇中溫SCR脫硝，脫硝系統考慮當前和今后環保政策走向，系統可調節，投資成本低，運行可靠性高，催化劑較為成熟，使用壽命長。

2.1.1 工藝原理
(1）工藝流程：將焦爐煙氣分別從地下主煙道引出后匯總，通過熱風爐加熱煙氣到300℃～320℃，進入脫硝反應器，反應器進口煙道上設置噴氨格柵，利用氨氣與稀釋風混合成體積氨含量為3-5%混合氣體，經噴氨格柵混合入煙氣中送入SCR反應器內。煙氣中NOX在反應器中與氨在催化劑作用下發生還原反應轉化為氮氣和水，進行脫除NOX，然后進入余熱鍋爐。煙氣SCR脫硝系統設計NOX指標按出口煙氣濃度不高于100mg/Nm3的排放標準設計。

(2）噴氨控制：根據SCR反應器進、出口NOx、O2濃度、煙氣溫度及煙氣流量等計算氨的注入量，通過噴氨流量閥調節，并通過相應計算實時監測混合器內的氨濃度。此外，還需根據反應器出口NOx濃度作為反饋參數，對噴氨量進行調整，實現噴氨量閉環控制。

2.1.2 整體設備布置方案
脫硝系統主要包括氨水存儲（利舊）及供應系統、氨噴射系統、SCR反應器區域系統、聲波吹灰及壓縮空氣系統、電氣及控制系統。

(1）氨水存儲及供應系統
氨水儲存及供應系統利用原氨法脫硫氨水存儲系統，本期新增氨水輸送及分配系統。

(2）氨噴射系統
氨氣噴射系統是將10%-20%的氨水溶液通過噴槍布點的方式噴入到煙道內進行霧化，霧化后的氨氣通過煙道內靜態混合器混合后進入反應器。

(3）催化劑
本工程催化劑采用蜂窩式中溫催化劑，使用溫度280～330℃，使用壽命24000h。催化劑采用模塊化設計，各層模塊規格統一、具有互換性，減少更換催化劑的時間。

(4) SCR反應器區域系統
在SCR反應器內，煙氣與NH3的混合物在通過催化劑層時，煙氣中的NOX在催化劑的作用下與NH3反應生成N2與H2O，從而達到要求的除去煙氣中NOX的目的。

SCR反應器本體具有以下特點：

(1) 反應器內的煙氣豎直向下流動。

(2) 反應器布置在爐后新起的金屬構架平臺上。

(3) 采用蜂窩式催化劑，按“2+1”模式布置，脫硝反應器內的催化劑支撐鋼梁設置為3層（層間距離不小于2.8m），備用層在最上層。

(4) 采用10%-20%的氨水作為脫硝還原劑。

(5) 反應器入口設置氣流均布裝置。

(6) 反應器設置超聲波吹灰器（備用層催化劑預留吹灰器接口）。吹灰器的設計能全面、有效的清除催化劑積灰，避免催化劑堵塞；同時避免催化劑吹損。

(7) 反應器采取保溫，使經過反應器的煙氣溫度變化小于10℃；

(8) 在每層催化劑上方，設置可遠傳的煙氣溫度和壓力監測裝置。

(9) 脫硝系統能適應焦爐的啟動、停機及負荷變動，且應處于穩定的運行狀態；脫硝裝置的調試、啟/停和運行應不影響主機的正常工作。

2.2 SDS干法煙氣脫硫工藝
2.2.1 工藝原理
焦爐煙氣從余熱鍋爐后引出（160-230℃），進入SDS干法脫硫系統。通過高效噴射及均布裝置，將研磨好的高效脫硫劑（20-30μm的小蘇打粉末）均勻噴射在反應器和煙道內，小蘇打粉末在煙道內被熱激活，比表面積迅速增大，與焦爐酸性煙氣充分接觸，發生物理、化學反應，煙氣中的SO2等酸性物質被吸收凈化。凈化后煙氣中SO2含量小于30mg/Nm³。

2.2.2 整體設備結構原理
脫硫系統主要包括磨機系統、反應煙道等。磨機系統包括磨機，風選風機、螺旋輸送斗、供料風機。

本改造項目中小蘇打研磨系統集給料系統（含料斗，混料和定量給料裝置）、分級研磨機、輸送風機、自動清洗系統一起撬裝成整機設備，各系統之間相互隔離又相互協作。磨機系統采用負壓輸送設計，原料經給料系統裝置進行攪拌破碎（部分已結塊的小蘇打）由定量給料螺旋將物料輸送至研磨腔，經臥式研磨盤機械粉碎，達到符合粒度要求（20-30μm）的將被分選裝置分選出，經風機輸送到噴射點，未達到粒度要求的將繼續返回研磨腔進行粉碎研磨。

設備工藝流程為：原料倉裝料→原料倉下料→研磨機料斗拌料、定量給料→研磨→分級→風機輸送→管道噴入。

2.3 除塵工藝系統
2.3.1 工藝路線
經干法脫硫后的煙氣進入布袋除塵器進行氣固分離和煙氣過濾凈化，脫硫除塵后的凈煙氣經引風機進入原煙囪排放，實現脫硫灰收集及出口粉塵濃度達標排放。

該工藝路線比較成熟，應用較多，能夠適應特別排放限值的更高要求，在設計條件下保證出口粉塵濃度<15mg/Nm3；且安全可靠，運行費用低。

2.3.2 整體設備結構
系統主要由除塵器本體（箱體、灰斗、進氣通道、濾袋、袋籠、清灰裝置、頂部蓋板、保護系統等）、壓縮空氣系統、電氣及控制系統等組成。

(1）除塵器采取負壓運行方式，出口顆粒物排放濃度<15mg/Nm3。

(2）每臺除塵器分為多個并列的除塵室，關閉其中1個室后，另外幾個室照常可以投入運行。

(3）布袋除塵器為離線清灰氣箱脈沖除塵器，清灰功能利用時序或手動功能控制離線閥關閉清灰倉室，啟動脈沖噴吹閥噴吹，使濾袋徑向變形膨脹，抖落灰塵。

(4）除塵器的脈沖清灰控制采用手動和自動兩種方式，可相互轉換。自動控制采用壓差 (定阻) 和定時控制方式 (時間優先) ，可相互轉換。當達到設定的壓差值時或時間周期時，除塵器各室依次進行脈沖噴吹清灰，清灰狀態的選擇由PLC實現。清灰程序的執行由主控柜（PLC）自動控制。

(5）除塵系統設置儲氣包、壓縮凈化處理等裝置，滿足清灰時對壓縮氣源的要求。

(6）整體結構的袋籠，袋籠長7米，整體結構，避免分節袋籠不同心、脫節等弊病。加工精度有保證。袋籠上都帶有碳鋼環，無需使用工具，就能很方便地將過濾布袋的綁扣鎖在孔上，維護人員在孔板板面上行走也不會造成對袋的損害，袋籠的下部分接入1.2mm厚的低碳鋼帽。

(7）濾袋材質采用符合工況要求的氟美斯材料，并進行表面覆膜處理，經化學處理后正常使用溫度≤230℃，瞬間溫度250℃以下，可滿足焦爐出口煙氣對濾袋適應溫度的需要。布袋采用包邊縫制，無毛邊裸露，無拼縫。重疊搭接寬度不小于10mm，進行加厚處理，以提高袋底的強度和抗沖刷能力。

(8）在下列特殊工況時為設備提供保護措施：

(1) 當煙溫出現超過所選用的布袋濾料允許使用溫度時，除塵器報警。

(2) 在停運時，充分噴吹布袋，并打開上箱蓋，避免積灰結露造成“糊袋”現象。

3 改造方案特點
(1）本工程采用SDS干法煙氣脫硫的工藝技術路線, 本工藝有效解決燃氣焦爐煙道氣脫硫中煙氣波動性大、粉塵顆粒物高的技術難點。

(2）本改造系統負荷范圍應能滿足焦爐負荷在40%～110%范圍內的負荷變化，在負荷調整時有良好的、適宜的調節特性，在焦爐運行條件下能可靠和穩定連續運行；

(3）考慮當前和今后環保政策走向，本次脫硝改造采用“2+1”模式布置蜂窩式催化劑，脫硝反應器內的催化劑支撐鋼梁設置為3層（二用一備），備用層在最上層。使脫硝系統可以調節，為環保更高的要求提供余量。

(4）確保污染物排放濃度均能滿足國家和地方最新環保排放標準要求，并具有一定的前瞻性；

4 達到的效果
本次脫硫脫硝、脫白、熱備系統改造在現有脫硫脫硝基礎上進行改造，最終達到《煉焦化學污染物排放標準》中規定的特別排放限值（本次改造污染物排放濃度設計限值要求：SO2<30㎎/Nm3, NOx<100㎎/Nm3，煙塵<15㎎/Nm3，氨逃逸<10ppm），白色煙雨消除，煙囪熱備，解決現有系統中脫硫、顆粒物排放不穩定的問題，同步解決現有濕法脫硫鹽液問題，實現凈煙氣排放口高度與原煙囪高度相同。

5 結論及建議
本項目屬環境治理項目，其實施可進一步降低焦爐煙氣的煙塵、SO2、NOx排放，滿足日益嚴格的環保要求，并能改善當地大氣質量。

本項目脫硝采用中溫SCR脫硝工藝，脫硫采用SDS干法脫硫+布袋除塵器工藝，工藝技術路線先進，造價經濟、合理，運行成本較低，便于運行維護。本項目改造完成后煙囪出口大氣污染物達到了特別排放限值要求，超過當前環保要求，具有一定的前瞻性。

本項目實施后，投資及運行成本經濟合理，環境效益明顯，本項目實施對當地環保、對焦化行業都是一件好事。