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　　針對當(dāng)前焦?fàn)t煙氣達(dá)標(biāo)排放形勢,分析了高爐煤氣加熱焦?fàn)t煙氣達(dá)標(biāo)排放的難點和問題,并針對高爐煤氣加熱焦?fàn)t的煙氣特點,分析了碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝、逆流活性焦脫硫脫硝(CSCR)、新型催化法活性炭脫硫脫硝3種一體化凈化技術(shù)的工藝流程、特點和優(yōu)勢、存在問題和建議,介紹了他們在副產(chǎn)物資源化利用、能耗、裝備、操控等方面的差別,指出兩種炭基催化劑工藝具有可實現(xiàn)低溫脫硝、副產(chǎn)物潔凈易資源化利用、污染物去除效果較好等特點。

　　《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171-2012)對焦?fàn)t煙氣排放提出了明確的限值要求，隨著國家《大氣污染防治法》的實施，各省份和相關(guān)部門又制定了更嚴(yán)格的區(qū)域性超低排放標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的達(dá)標(biāo)時段要求(見表1)。焦?fàn)t煙氣實施脫硫、脫硝、除塵改造，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的形勢緊迫，其中高爐煤氣加熱焦?fàn)t的煙氣因溫度低、氣量大等特點，凈化處理難度很大，對此業(yè)內(nèi)開展了多種達(dá)標(biāo)技術(shù)的研發(fā)，其中近兩年新投用的3種凈化技術(shù):碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝、逆流活性焦脫硫脫硝一體化(CSCR)工藝、新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝,達(dá)標(biāo)效果較好，現(xiàn)予以對比分析，以期給采用高爐煤氣加熱焦?fàn)t的企業(yè)在選用煙氣凈化技術(shù)時提供參考。

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　　1高爐煤氣加熱焦?fàn)t煙氣凈化達(dá)標(biāo)需解決的問題

　　1.1高爐煤氣加熱焦?fàn)t煙氣凈化的難點和要求

　　(1)溫度偏低。煙氣進煙囪前溫度正常基本在170°C-210°C,與行業(yè)中常用的SCR(選擇性催化還原)脫硝工藝的最低溫度要求(230°C-280°C)偏離較多;如果在冬季或限產(chǎn)情況下，引出的煙氣溫度會更低。

　　(2) 污染物含量波動較大。煙氣受焦?fàn)t串漏和摻混煤氣等影響,SO2、顆粒物的含量波動較大。而煙氣中S02對脫硝運行影響較大,SO2與脫硝的還原劑NH3易反應(yīng)形成錢鹽，錢鹽會造成脫硝催化劑通道的堵塞，導(dǎo)致其活性降低或失活。煙氣顆粒物也會造成脫硝、脫硫催化劑填料的堵塞，對工序的副產(chǎn)品品質(zhì)也會有所影響。

　　(3) 煙氣量大。煙氣量約為焦?fàn)t煤氣加熱的1.5倍,一般要達(dá)到每小時十幾萬至幾十萬立方米。

　　(4) 空間受限。為已建成焦?fàn)t增設(shè)脫硫脫硝裝備，重點要考慮占地和空間能力，同時要兼顧焦?fàn)t除塵、上升管余熱利用等后改造項目的預(yù)留空間，所以工藝系統(tǒng)裝備要盡可能簡潔緊湊。

　　(5) 系統(tǒng)安全應(yīng)急要求高。煙氣處理系統(tǒng)一旦有問題，必須快速切換到煙囪直排，防止因吸力不足，造成焦?fàn)t燃燒系統(tǒng)的爆鳴、爆炸事故，所以要求焦?fàn)t煙囪要時刻處于熱備狀態(tài)，并保持足夠吸力，一般要求處理后的煙氣溫度高于露點溫度，不低于130°C,同時所需的聯(lián)鎖響應(yīng)、快切裝置要快捷可靠。

　　(6) 環(huán)保長效達(dá)標(biāo)要求?，F(xiàn)煙囪指標(biāo)在線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控,環(huán)保部門按小時數(shù)值記罰，系統(tǒng)必須全天候的運行達(dá)標(biāo)，而各個系統(tǒng)的檢修更換又是必不可少的，如鍋爐的安全閥、風(fēng)機的轉(zhuǎn)子等裝置，都需要定期的特檢和專檢,所以煙氣處理系統(tǒng)的裝置要充分考慮在線檢修和備用切換的能力。

　　1.2焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)選擇方向

　　(1) 脫硫由濕法轉(zhuǎn)向干法。早期焦?fàn)t煙氣脫硫大部分采用的是濕法脫硫，利用堿吸收，主要問題是排放煙氣溫度低、濕度高，有白色羽煙現(xiàn)象，且煙囪不能熱備，存在廢水、廢渣的處理難題。目前河北等地在環(huán)保規(guī)劃中已要求對煙囪白色羽煙進行治理，并明確新建的煙氣脫硫不許采用濕法工藝。現(xiàn)煙氣脫硫工藝已由濕法逐步轉(zhuǎn)向干法、半干法的脫硫方式。常規(guī)干法脫硫主要采用鈣基和鈉基的脫硫劑。

　　(2) 脫硝由SCR法(NHs選擇性催化還原法)主導(dǎo)，低溫耐硫是其研發(fā)方向。經(jīng)過幾年的應(yīng)用驗證比較，中低溫SCR脫硝工藝以其效率高、穩(wěn)定性好等特點，逐步被行業(yè)認(rèn)同，應(yīng)用的也越來越多，問題是相對于焦?fàn)t煙氣，中低溫SCR脫硝工藝要求的溫度仍然較高,尤其對于高爐煤氣加熱煙氣，差距較大，需要大量能源補熱升溫。

　　(3) 脫硫脫硝一體化工藝多選擇先脫硫后脫硝。煙氣先脫硫凈化,對保護脫硝催化劑免受錢鹽和粉塵的損害是有利的，問題在于脫硫工序要求的煙氣溫度較低，而常規(guī)SCR脫硝工序要求的煙氣的溫度較高，這就需要煙氣流程先降溫再升溫，為解決該矛盾，業(yè)內(nèi)采用了高低溫氣流換熱GGH裝置(主要是回轉(zhuǎn)式的)和燃?xì)馍郎氐募夹g(shù)，使能源消耗有所降低,新問題是裝備龐大，管線復(fù)雜，占地較多。

　　2三種適合高爐煤氣加熱焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝—體化工藝分析

　　2.1碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝

　　碳酸氫鈉脫硫?qū)儆诔Ｒ?guī)堿法干法工藝，近兩年行業(yè)應(yīng)用案例較多;中低溫SCR氨法脫硝工藝采用銳基中低溫蜂窩狀催化劑。

　　2.1.1工藝流程

　　碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝流程示意圖見圖1。煙氣自焦?fàn)t引出，碳酸氫鈉經(jīng)磨機研磨達(dá)標(biāo)后注入煙氣中，經(jīng)高效混合接觸,發(fā)生脫硫反應(yīng),生成硫酸鈉、亞硫酸鈉的混合物粉末，經(jīng)布袋除塵器過濾排出;過濾后的煙氣先通過升溫補熱,達(dá)到中低溫脫硝需要的溫度,然后把氨水經(jīng)蒸發(fā)器和噴氨格柵噴入，煙氣在SCR反應(yīng)器催化劑表面發(fā)生還原脫硝反應(yīng)，達(dá)標(biāo)的煙氣經(jīng)余熱回收后，返回?zé)焽枧欧拧?/p>

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　　2.1.2工藝特點和優(yōu)勢

　　脫硫和脫硝的工藝相對成熟、可靠、高效。近幾年中低溫SCR脫硝技術(shù)發(fā)展迅速,在業(yè)內(nèi)已有較多的應(yīng)用，已運行的案例效果較好;脫硫脫硝的效率較高,處理煙氣污染物的濃度波動幅度和容量較大，對煙氣工況耐受度較好。

　　在脫硝之前先高效脫硫，可對脫硝催化劑形成較好的保護作用，減少硫酸鞍或硫酸氫錢在催化劑表面吸附量，從而延長催化劑壽命,也有利于減少脫硝催化劑填裝量。

　　采用干法脫硫，溫降小，遠(yuǎn)低于半干法脫硫和濕法脫硫，可減少脫硝前燃?xì)馍郎氐哪茉聪摹?/p>

　　排煙溫度可有效控制在130°C以上，以保證焦?fàn)t煙囪始終處于熱備狀態(tài)。

　　生產(chǎn)運行較穩(wěn)定和簡便，維護和運行投入適中。

　　2.1.3存在問題和建議

　　(1 )能耗較高。高爐煤氣加熱煙氣溫度較低,脫硫后需要用煤氣燃燒器升溫,達(dá)到脫硝溫度要求，常規(guī)中低溫脫硝催化劑要求達(dá)到230°C-280°C ,脫硝后要用余熱鍋爐回收部分熱量，由于煙氣總量較大，能耗仍較高。使用GGH換熱器時,補熱前煙氣先與脫硝后煙氣換熱,可適當(dāng)降低煤氣耗量，換熱后煙氣溫度低于170°C ,一般不再上余熱鍋爐。升溫能耗主要取決于脫硝催化劑溫度要求，建議盡可能選擇可靠的低溫型催化劑(價格相對要稍高);當(dāng)選用下限180°C的脫硝催化劑時，僅需少量煤氣用于補熱和溫度穩(wěn)定，工藝將很簡潔。

　　(2) 部分裝備比較龐大，空間和占地較多。主要是除塵和GGH換熱器等裝備、管道比較大且多。

　　(3) 脫硫副產(chǎn)物為硫酸鈉、亞硫酸鈉粉末，受焦?fàn)t串漏等影響,產(chǎn)品雜質(zhì)較多，需提前考慮消納出路。

　　(4) 銳基低溫脫硝催化劑失效后屬于危廢，處理費用高，需提前考慮回收。

　　(5) 需充分考慮好安保、備用和在線檢修。脫硝催化劑要分室運行，具備定期升溫到350 °C再生的能力;脫硫、除塵要具備不停車切換檢修的能力。

　　(6) 氨法脫硝過程中，容易產(chǎn)生氨逃逸，需要定期檢測，及時調(diào)整蒸發(fā)器、噴氨格柵和催化劑填料。

　　2.2逆流活性焦脫硫脫硝一體化(CSCR)工藝

　　2.2.1工藝流程

　　逆流活性焦脫硫脫硝一體化工藝流程示意圖見圖2。自焦?fàn)t煙道接出煙氣，經(jīng)余熱鍋爐回收余熱后，由增壓風(fēng)機增壓、空冷器間接冷卻至140°C后，進入CSCR吸附塔，煙氣經(jīng)脫硫段脫硫凈化后，與來自氨站的氨煙氣混合后，進入脫硝段，出脫硝段的凈煙氣返回原煙囪排放。從脫硫脫硝反應(yīng)器排出的活性焦進入再生塔，被煙氣爐產(chǎn)生的熱煙氣間接加熱再生，進入冷卻段后，被空氣風(fēng)機抽吸的空氣間接冷卻，自再生塔底排出，再送入CSCR吸附塔頂循環(huán)?；钚越菇馕蟮乃釟獠捎冒彼?，制取硫酸鞍漿液，送入焦化硫鍍工段母液槽,經(jīng)飽和器制取硫鞍產(chǎn)品。

　　3.

　　2.2.2工藝特點和優(yōu)勢

　　實現(xiàn)脫除SO2、NOx、粉塵等多種污染物一體化，共用一套裝置?；钚越勾矊酉喈?dāng)于高效顆粒層過濾器,在慣性碰撞和攔截效應(yīng)作用下,煙氣中的絕大部分粉塵顆粒被捕集，完成煙氣的除塵凈化;SO2經(jīng)物理、化學(xué)吸附后，存儲在活性焦微孔中;活性焦還能同時吸附二噁英、重金屬等多種有害物質(zhì)。催化脫硝時,按一定的比例加入NH3,NOx在活性焦催化作用下，發(fā)生還原反應(yīng)，生成N2和H2O。

　　該工藝溫度梯度適合。煙氣脫硫和脫硝反應(yīng)在140 °C下進行，脫硫后不需增加煙氣再熱系統(tǒng)，脫硝后煙氣溫度在130 °C左右，直接煙囪排放，保證焦?fàn)t煙囪始終處于熱備狀態(tài),無煙囪羽煙。

　　污染治理的同時,可有效地實現(xiàn)硫的資源化。再生的S02酸性氣體由氨水吸收，經(jīng)曝氣氧化，副產(chǎn)物為硫酸鞍濃漿液;二噁英在高溫再生時分解,部分粉塵、重金屬等隨篩分后的粉末排出，送煤場或燒結(jié)配料?；钚越咕哂辛己玫目椎澜Y(jié)構(gòu)和高比表面積，吸附能力、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較高,耐磨、抗壓較好,活性焦來源廣泛,催化劑可循環(huán)利用。

　　系統(tǒng)較穩(wěn)定可靠，脫除效果好，脫硫率可達(dá)95%以上，脫硝率可達(dá)70%以上。工況適應(yīng)性較強,通過脫硫脫硝分段、塔床層高度調(diào)整、模塊化疊加等設(shè)計，可實現(xiàn)更高的脫除效果。主流程較簡潔，占地省,工序基本不消耗水,運行成本適中。通過分室分層模塊設(shè)計,可實現(xiàn)在線的隔離維護檢修。

　　2.2.3存在問題和建議

　　(1) 炭基催化劑的特性對該工藝的影響?；钚蕴可羁孜⒐艿慕Y(jié)構(gòu)可保證吸附效率高,而催化反應(yīng)速率較低,為保證與煙氣足夠的接觸反應(yīng)時間，需要降低煙氣在反應(yīng)器的空速，致使凈化反應(yīng)器體積偏大，初次裝填活性焦量大，初投資較高。同樣原因，該工藝對污染物的濃度波動幅度要求較嚴(yán)格，而隨著爐齡老化，焦?fàn)t爐墻串漏問題加劇，會造成污染物濃度大幅提高，尤其煙氣中初始SO?濃度過高時，也會聯(lián)鎖影響到N0,的脫除效率，所以要充分考慮預(yù)留能力或模塊化疊加。

　　(2) 加熱再生會造成活性焦損耗和能耗高?；钚越惯B續(xù)部分采出再生，加熱到450 °C ,需要外接能源介質(zhì);再生、輸送、篩分、塔內(nèi)流動等會造成活性焦填料的磨損、破損，焦丁隨廢料排出后,需要不斷補充活性焦吸附劑，增高了運行成本。

　　(3 )對裝備和運行要求較高o流化床、輸送與篩分等工序運轉(zhuǎn)設(shè)備多，對裝備可靠性要求高;各過程檢測的壓差、溫度、含氧量等要求精密、充分、可靠，尤其高溫再生部分，雖然采取了氮氣保護措施，一旦局部熱量集聚或氣體成分異常,易出現(xiàn)燃燒著火安全事故。

　　(4) SO2副產(chǎn)物的處理。經(jīng)氨水洗滌、氧化后，母液經(jīng)過過濾,潔凈度較好,可直接送往焦化化產(chǎn)回收車間硫鞍工段，處理途徑較好。但部分焦化廠無硫鞍工序，需要獨立處理則比較復(fù)雜，辦法一是母液收集后集中提鹽，能耗和裝備需要較多;二是把再生后的酸性氣體凈化、濃縮制酸，此工藝需設(shè)置硫酸生成車間，造價高,能耗高,并且安評取證難度很大。

　　(5)煙氣冷卻可選擇簡單可靠的工藝裝備。高爐煤氣加熱煙氣溫度較低,部分余熱回收的低壓飽和蒸汽對焦化節(jié)能意義不大,尤其余熱鍋爐的年度特檢和維護，對系統(tǒng)持續(xù)運行不利。建議用冷風(fēng)機間接冷卻和直接噴水汽化冷卻結(jié)合,控制進塔煙氣溫度,裝備要盡可能少占用空間并可控性好，要注意噴水量，保障煙囪最終排放溫度在露點以上。

　　2.3新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝

　　2.3.1工藝流程

　　新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝流程示意圖見圖3。煙道引出的煙氣首先經(jīng)過余熱回收，將溫度降低到160 °C-170 °C后，通過增壓風(fēng)機、調(diào)質(zhì)管段,進入脫硫塔催化劑床層，在脫硫塔中，將煙氣中的S02質(zhì)量濃度降低至30 mg/m3以下，然后進入脫硝工序，進行催化脫硝凈化，經(jīng)過處理后的溫度不低于130 °C潔凈尾氣通過原煙囪排放;脫硫劑在工作一段時間后，脫硫容量飽和，切出該室催化劑，水噴淋再生，設(shè)隔油池過濾沉淀凈化再生液,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%~10%的稀硫酸,送往硫錢工段使用。

　　4.

　　2.3.2工藝特點和優(yōu)勢

　　新型催化法脫硫不同于傳統(tǒng)的炭法煙氣脫硫技術(shù)，前者活性炭載體上負(fù)載有活性催化成分山。傳統(tǒng)的炭法煙氣脫硫是利用活性炭孔隙的吸附作用，將煙氣中的S02吸附富集，飽和后加熱再生，解析出高濃度的S02氣體，再制酸或用氨堿洗滌。新型催化法技術(shù)既具有吸附功能,又具有催化劑的催化功能。煙氣中的SO2,H2O,O2被吸附在催化劑的孔隙中，在活性組分的催化作用下,變?yōu)榫哂谢钚缘姆肿樱瑫r反應(yīng)生成H2SO4。催化反應(yīng)生成的硫酸富集在載體中，孔隙內(nèi)硫酸達(dá)到飽和后，進行再生,釋放出催化劑的活性位，催化劑的脫硫能力得到恢復(fù)。新型催化法脫硫技術(shù)作為一種干法催化脫硫技術(shù),其固定床可很好地適應(yīng)低濃度so2的去除需求，達(dá)到近零排放,徹底解決后續(xù)脫硝面臨的硫干擾問題。

　　新型低溫脫硝催化劑不同于常規(guī)銳基催化劑，實現(xiàn)了低溫高效脫硝。該催化劑采用活性炭為載體，以專有技術(shù)制備，相比于鈦基催化劑，制備工藝高效簡便。該催化劑以較低的成本解決了常規(guī)銳基SCR催化劑起化溫度高的缺陷，能夠在120°C-160 °C達(dá)到85%以上的脫硝效率;配合在煙氣脫硫后使用，溫度梯度更匹配,大幅降低了高溫脫硝的補熱能耗。

　　該工藝效率高,裝備簡潔,運行便捷。為脫硫脫硝分別設(shè)置兩個相對獨立的專門催化反應(yīng)單元,效率較高,對工況、指標(biāo)適應(yīng)性較強、適應(yīng)范圍較廣,反應(yīng)塔空間和催化劑裝填量較小，流程短、設(shè)備少、占地面積較小;干法技術(shù)不存在濕法技術(shù)的結(jié)垢、堵塞等一系列問題;固定床結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)裝備和控制系統(tǒng)較簡單，不需要頻繁更換和增加催化劑，總體操作和維護工作量較少。

　　該工藝能耗等運行成本較低。固定床的結(jié)構(gòu)使催化劑壽命大幅提高，減少了催化劑填料的損耗和整體設(shè)備設(shè)施的維修、維護費用。催化劑再生采用水吸收置換和沖刷清洗，干燥利用系統(tǒng)凈化后熱煙氣進行，外接能源介質(zhì)簡單，消耗少。

　　2.3.3存在問題和建議

　　(1) 安保和長效運行需要強化。催化劑再生后液體為稀酸,腐蝕性較強,需要用不銹鋼、復(fù)合板等防腐材料,投資會有所增高。固定床分室運行,具備在線隔離檢查、檢修的能力,需定期查看催化劑使用情況,及時對有問題之處進行篩分、補充和更換，確保運行阻力和效率正常。針對高爐煤氣加熱煙氣溫度較低情況，同樣建議取消余熱回收工序，僅用冷風(fēng)機間接冷卻和直接噴水汽化冷卻，即可實現(xiàn)較低煙氣溫度的穩(wěn)定。建議增設(shè)風(fēng)機在線備用，這樣可大幅提高系統(tǒng)的設(shè)備有效作業(yè)率。

　　(2) 硫酸等副產(chǎn)品的處理。由于再生池有隔油過濾功能,副產(chǎn)品稀酸品質(zhì)較好,可直接用于硫錢工段，正常煙氣含硫量下，稀酸產(chǎn)量與硫鞍的補水量能夠匹配，如果煙氣含硫過高,或硫鞍補水消納過低(硫錢煤氣進出溫差較低)，則稀酸消納不足。部分企業(yè)無硫錢工序時，可考慮硫酸的濃縮，或生產(chǎn)市場需求較好的硫酸鹽產(chǎn)品。催化劑吸收的雜質(zhì)經(jīng)沖洗，隨粉化的活性炭進入隔油池,再排渣排出，與脫硝定期篩分出的炭粉一道送煤場處理，這少部分廢棄物的輸送、處理要與廠焦油渣配煤系統(tǒng)結(jié)合好,實現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)消化。

　　(3 )脫硝工序催化劑的再生維保要進一步研究改進。炭基脫硝催化劑的高溫再生有一定難度和風(fēng)險，現(xiàn)主要采用加預(yù)防護層和定期循環(huán)切出清洗方式，作業(yè)效率、效果有限，需要在如何安全、高效、簡便再生上予以改進。

　　3結(jié) 語

　　3種脫硫脫硝工藝均有在運行的業(yè)績案例，能夠達(dá)到國家和地方的排放限值要求，有效解決了煙囪熱備和煙氣消白等問題，也符合干法脫硫、低溫脫硝的技術(shù)發(fā)展方向。

　　3種工藝在副產(chǎn)物資源化利用、降低能耗、裝備、操控等方面各有不同的側(cè)重和差異。以碳酸氫鈉為代表的干法脫硫和中低溫脫硝一體化工藝，工藝成熟，效率高，工況適應(yīng)性強;主要不足在于有固態(tài)硫酸鹽副產(chǎn)物,能耗較高,裝備占地較大，脫硝催化劑低溫化是其工藝改善的關(guān)鍵。兩種炭基催化劑工藝，更適應(yīng)高爐煤氣加熱煙氣的低溫工況，實現(xiàn)了低溫脫硝;催化劑脫硫再生時,均與煙氣分離，副產(chǎn)物相對潔凈,資源化利用較好,與硫鞍工段結(jié)合,工藝較簡便,綜合去除煙氣的多種污染物效果較好。CSCR工藝為國外技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用，新型催化法為國產(chǎn)技術(shù)，相比較,新型催化法的固定床分離運行結(jié)構(gòu)在裝備、控制、運維、成本方面有一定優(yōu)勢,近年在業(yè)內(nèi)推廣較快，其低溫脫硝技術(shù)給煙氣凈化開辟了一個新途徑，但在催化劑的再生和維護上需要研究改進。

　　3種工藝在技術(shù)應(yīng)用中需要同步解決的問題是：系統(tǒng)故障時煙囪快速聯(lián)鎖切換問題，以保障焦?fàn)t加熱系統(tǒng)安全;通過分室運行、備用系統(tǒng)等辦法,實現(xiàn)在線不停工檢查檢修,以保障煙囪在線的時刻達(dá)標(biāo);作為后脫硝工藝，還要重點關(guān)注并控制好排出煙氣的氨含量。