焦爐煙氣脫硫脫硝工藝路線選擇

鋼鐵工業是我國工業領域主要排污大戶之一，焦化作為鋼鐵生產過程中污染最嚴重的工藝環節之一，焦爐煙氣的治理已經成為鋼鐵企業環保達標的重中之重。最新修訂的GB 16171《煉焦化學工業污染物排放標準》中限定焦爐煙囪出口處二氧化硫濃度應＜30mg/m³，氮氧化物濃度＜150 mg/m³。然而，對于國內焦爐煙氣排放控制，如僅僅通過源頭減排和過程控制兩方面著手，仍不能滿足國家特別排放限值的要求，必須額外加裝末端治理設施。
1、脫硫脫硝工藝的選擇
目前國內外主流的焦爐煙氣的脫硫脫硝方案主要分為三種，即SDA脫硫+除塵+SCR 脫硝+煙氣回原煙囪，SCR脫硝+SDA脫硫+除塵+煙氣回原煙囪，SCR脫硝+氨法脫硫+煙氣回原煙囪等。三種主流脫硫脫硝方案的優缺點見表?？紤]到焦爐的安全穩定生產、脫硫脫硝工藝的穩定性，以及某鋼廠的建設實際情況，最終采用工藝路線為SDA脫硫+除塵+ SCR脫硝+煙氣回原煙囪。
2、鈉基 SDA 脫硫及低溫 SCR工藝介紹
2. 1 工藝原理
旋轉噴霧半干法( SDA)脫硫是利用機械或氣流的力量將脫硫劑分散成～50 μm的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣間的接觸表面積較大，在氣液兩相間發生快速的傳熱傳質和化學反應，從而實現脫硫的方法。為減小煙氣脫硫過程的溫降，本項目中采用Na2CO3溶液作為脫硫劑，而不是傳統的Ca(OH)2溶液。焦爐煙氣經脫硫塔上部的分配器進入脫硫塔體，煙氣中的SO2與塔頂中心的旋轉霧化器噴出的Na2CO3溶液發生反應如下
Na2CO3 + SO2 → Na2SO3 + CO2 ( 1)
Na2SO3 + H2O + SO2→2NaHSO3 ( 2)
同時煙氣中含有的SO3等酸性氣體也會同時被吸收劑吸收，發生如下反應:
Na2SO3 + SO3→ Na2SO4 + SO2 ( 3)
因此，脫硫塔的固體產物主要包括亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉中間品及少量硫酸鈉等。
脫硫除塵后的煙氣隨后進入選擇性催化還原 ( SCR) 脫硝系統。煙氣中的 NOx與噴入的作為還原劑的氨在催化劑(低溫型，成分以TiO2 /V2O5為主，WO3和MoO3為輔)的作用下，發生反應如下:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O ( 4)
4NO2 + 2NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O ( 5)
因脫硝過程的煙氣已經過脫硫除塵處理，如下的副反應發生程度很小:
2SO2 + O2 → 2SO3 ( 6)
NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 ( 7)
脫硝后的凈煙氣再通過煙氣換熱器( GGH)換熱，最終回到焦爐煙囪達標排放。
2. 2 系統工藝流程
某焦爐的脫硫脫硝系統工藝流程如圖1 所示，主要可分為脫硫除塵系統、脫硝系統、公輔設施系統三大部分。
2. 2. 1 脫硫除塵系統
脫硫系統采用的旋轉噴霧干燥脫硫技術從丹麥GEA引進，包括脫硫塔及布袋除塵器主體，脫硫劑漿液制備及輸送子系統，循環灰制漿子系統，脫硫灰輸送外排子系統等。
脫硫劑漿液制備及輸送子系統中，蘇打原料稱重后在溶解罐中定量加水配制成15%～25%濃度的Na2CO3溶液作為脫硫劑，經供液罐后定量泵入置于脫硫塔頂部的漿液頂罐，頂罐內Na2CO3溶液自流入脫硫塔頂部霧化器，霧化噴入脫硫塔與煙氣中的SOx發生反應。
脫硫過程的部分固體產物從脫硫塔底部卸出進入脫硫灰倉，部分細顆粒物隨煙氣攜帶進入布袋除塵器中濾袋過濾，此部分經壓縮空氣反吹后也收集至脫硫灰倉。如脫硫灰中 Na2CO3未反應完全的程度較大，可通過循環灰制漿系統循環利用，以提高脫硫劑的利用率。脫硫灰倉中收集的脫硫灰經稱量螺旋輸送機送入脫硫灰解罐和脫硫灰漿罐制漿后，由循環灰漿液泵定量送入置于脫硫塔頂部的漿液頂罐與Na2CO3溶液混合，頂罐內混合漿液根據煙氣溫度和SOx濃度自動調節送入脫硫塔霧化器的漿液量。如脫硫灰反應較完全，可通過輸送外運子系統另行收集外運或綜合利用處理。
2. 2. 2 脫硝系統
脫硝系統主要由煙氣換熱器、熱風爐加熱混合子系統、氨劑制備及噴射子系統、SCR 反應器等組成。為確保煙氣溫度能達到SCR反應的溫度窗口，且獲得適當高的煙溫以提高脫硝效率，脫硫除塵后的150～160 ℃煙氣先進入煙氣換熱器( GGH)升溫至220～230 ℃，在煙道噴氨前配有額外的熱風爐加熱混合子系統，混合適量熱風可將煙氣進一步升溫至 240～250 ℃。熱風爐燃料為鋼鐵企業自有的焦爐煤氣和高爐煤氣等低熱值氣體燃料。
氨劑制備及噴射子系統、SCR反應器聯立的煙道中采用了優化設計的導流板均布技術，可確保氨與煙氣充分混合均勻。核心SCR催化劑為低溫型催化劑，適宜的脫硝溫度窗口為200～300 ℃。脫硝反應器配有聲波吹灰器，定期吹掃催化劑，保證脫硝效率延長催化劑使用壽命。煙氣經過多層催化劑凈化后再次經過煙氣換熱器( GGH) ，從~230 ℃ 降低至 160 ℃，最終經引風機送至焦爐煙囪底部。
2. 2. 3 公輔設施系統
本項目的公輔設施包括:給排水系統、壓縮空氣、供電系統、儀表及自動化控制系統等。
1) 給排水系統。主要用于脫硫制漿用水、脫硝氨劑配制用水、沖洗水、冷卻水等。 2) 壓縮空氣。壓縮空氣主要用于氣動閥門用氣、布袋除塵器清灰、氨劑噴射用等。 3) 供配電系統。其中風機電機、霧化器電機等需采用高壓供電，此外的大多設備為380，220 V 的低壓供電即可。
4) 儀表及自動化控制系統。采用PLC 控制系統實現焦爐煙氣脫硫脫硝過程的監測和控制調節。
3、總結
某焦爐煙氣采用的鈉基SDA脫硫及低溫SCR脫硝工藝及裝置能有效保證SO2、NOx、顆粒物等污染物排放達到國家排放標準。整個脫硫脫硝系統適應能力強,自動化程度高，能在較大負荷差異、煙氣濃度波動大的情境下穩定運行。
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