隨着《炼焦化学污染物排放标准》(GB16171—2012)的实施和环保执法的日益严格,焦炉烟道废气脱硫脱硝成为各焦化企业环保治理的专项课题。SCR脱硝工艺是应用最广、技术最为成熟的烟气脱硝工艺,目前有两种应用路线,一种是直接脱硝工艺,另一种是先半干法脱硫后除尘脱硝工艺。本文结合焦炉烟道废气净化装置,对两种工艺路线进行对比分析。

1、直接脱硝工艺

直接SCR法脱硝指从焦炉地下烟道抽取废气,不经过脱硫等措施,直接应用SCR法进行NOx净化脱除。以某独立焦化厂130万t/a焦炉烟道气脱硝工程为例,分析直接SCR法脱硝工艺的优缺点。

此工程爲2×75孔5.5m捣固焦炉的烟道废气脱硝工程,处理烟气量30万Nm3/h,设计烟气温度310℃,入口NOx浓度1000~1500mg/Nm3,要求净化后NOx浓度小于150mg/Nm3。采用中低温SCR法脱硝工艺,还原剂气态NH3由厂内液氨站蒸发器提供。脱硝装置建成投产时,入口烟气温度为270~275℃,NOx浓度1100~1300mg/Nm3,SO2浓度约100mg/Nm3,系统阻力约900Pa。整套装置运行平稳,脱硝效率稳定在90%以上,各项运行指标均达到设计要求。

脫硝裝置運行至第4个月时,厂区甲醇车间发生故障,焦炉煤气需求量降低,焦炉生产进入非正常的减产状态。减产后焦炉烟道废气温度下降,脱硝装置入口烟气温度从280℃降至240℃,低温状态持续约20天。期间脱硝装置的系统阻力从900Pa逐渐增至1800Pa。在此期间脱硝出口NOx浓度保持在50mg/Nm3以下,脱硝效率保持在90%以上,脱硝性能未受影响。

針對阻力大幅增加的問題,对脱硝装置分段进行压差检测,停机检查后发现过滤层被黑灰色和黄绿色物质覆盖堵塞。过滤层水洗后恢复原貌,安装复位后重启脱硝系统,系统阻力恢复至850~900Pa。将堵塞物取样分析,主要成分为石墨炭、多种铵盐、焦油、煤粉及粉尘颗粒。分析堵塞物产生时的烟气条件和堵塞物成分可知,当烟道废气温度降至260℃以下时,气态形式存在的焦油蒸汽、铵盐类开始析出,夹裹游离炭、粉尘颗粒物等凝聚成固态、半固态胶性物质,逐渐在过滤层上结垢,最终导致装置过滤层堵塞,阻力增大。

焦爐煙道廢氣溫度低於260℃时的结垢问题是一个技术难题,这是由焦炉烟道废气自身固有属性决定的。若在SCR催化剂前不设置过滤装置,催化剂将被胶性物质堵塞覆盖甚至损坏。若在SCR催化剂前设置过滤装置,虽能保护催化剂,但如果形成结垢,也需定期停机处理。

焦爐煙道廢氣直接應用SCR法脱硝,可使催化剂在较高的温度条件下进行催化还原反应,保证催化剂较高的脱硝效率,降低喷氨量。但面临焦炉烟道废气温度下降时,废气组分对催化剂、过滤层以及其他后续管道设备有堵塞、覆盖危险。

2、先半干法脱硫后除尘脱硝工艺

先半乾法脫硫後除塵脫硝工藝先將焦爐煙道廢氣送入半乾法脫硫塔,后进行布袋除尘和SCR脱硝。此工艺路线的特点是脱硝之前先脱除SO2,降低硫酸铵盐产生量,脱硫后除尘使脱硫灰在除尘布袋表面起到预喷涂作用,能够将焦炉烟道废气中的焦油、游离炭等一并脱除,对脱硝催化剂及后续设备起到有效的保护作用。

以某鋼鐵聯合企業7m顶装焦炉340万t/a焦炉烟气净化装置为例,该净化装置采用“半干法脱硫+布袋除尘+低温SCR脱硝一体化”工艺,处理烟气量51.7万Nm3/h,设计烟气温度180℃,入口NOx浓度500mg/Nm3,SO2浓度80mg/Nm3,要求净化后NOx浓度小于150mg/Nm3,SO2浓度小于30mg/Nm3。脱硫剂采用Na2CO3溶液,使用旋转喷雾干燥法脱硫。除尘脱硝采用一体化装置,下段布袋除尘,上段低溫SCR脱硝。净化装置投产8个月以来,系统运行平稳,各项参数均达到设计要求,出口SO2浓度小于20mg/Nm3,NOx浓度小于100mg/Nm3,半干法脱硫过程温降<10℃,布袋除尘段采用压缩空气定期清灰,系统阻力稳定,在设计范围内周期变化。

先脫硫後除塵脫硝工藝既滿足SO2排放要求,又可合理利用脱硫除尘段除去废气中的杂质,有效保护催化剂,保证装置长期平稳运行。不足之处在于对温度较高的独立焦化厂而言,在高温段进行半干法脱硫会降低烟道废气温度,对后续余热回收有一定影响。

3、结论

直接SCR脱硝工艺使催化剂处于高温段,充分发挥催化剂的催化作用,脱硝效率高,但该工艺对焦炉烟道废气温度要求高,一般不能低于270℃。一旦焦炉处于非正常生产状态,整套脱硝装置处于被废气杂质堵塞覆盖的危险境况,存在极大的运行风险。

先脫硫後除塵脫硝工藝雖然增加了系統溫降(<10℃),但通过脱硫除尘措施,既能降低铵盐的产生,满足SO2排放要求,又可合理利用脱硫灰的预喷涂作用,除去废气中的各种杂质,有效保护催化剂,保证高效脱硝和系统运行平稳。

兩種工藝路線各有利弊,在工程应用时应根据实际焦炉烟道废气的条件谨慎分析,选择合适的工艺路线。