新澤技術：焦爐煙氣脫硫脫硝工藝及控制技術分析

1 前言

 

國家在2012 年重新修訂了《煉焦化學工業污染物排放標準》，規定自2015 年1 月1 日起實施，要求機焦爐煙囪廢氣排放顆粒物排放不高于30mg/m3，二氧化硫不高于50mg/m3，氮氧化物為500mg/m3。對于特別地域范圍、時間執行特別排放限值要求，規定機焦爐煙囪廢氣排放顆粒物排放不高于15mg/m3，二氧化硫不高于30mg/m3，氮氧化物不高于150mg/m3。

 

根據焦爐煙道氣污染物產生的途徑可從源頭治理，盡量控制或減少污染物的產生；如：對加熱燃料可以采用精脫硫技術、低N 燃燒技術（分段加熱技術）、合理控制焦爐加熱水平、加強焦爐操作管理水平等，但是很難滿足新版《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171–2012）排放要求，因此，要滿足排放要求，焦爐煙道氣污染物的末端治理技術（焦爐煙道氣脫硫脫硝技術），就顯得尤其重要。

 

2 脫硫技術

 

焦爐煙道氣污染物產生途徑：焦爐煙道氣中SO2 生成途徑主要是燃料中含S 物質及焦爐“竄漏”使部分荒煤氣進入燃燒室，當有O2 參與下燃燒生成的SO2。

 

常用的脫硫技術主要為以下幾種。

 

2.1 濕法煙氣脫硫技術

 

國內大部分焦化廠大多選擇濕法煙氣脫硫技術，利用焦化現有氨水進行濕法脫硫。

 

2.2 干法煙氣脫硫技術

 

具有代表性的技術方案為河南金馬集團煙氣脫硫采用活性炭基新型催化劑干法脫硫工藝技術，與山西太鋼焦化廠選擇的SDS 干法脫硫技術。

 

2.3 半干法煙氣脫硫技術

 

目前國內半干法脫硫技術主要以中冶焦耐研發的SDA 法為主。

 

2.4 其他的煙氣脫硫方法

 

最近幾年，科技突飛猛進，國內的相關單位研制出了一些新的脫硫技術，比如超重力脫硫技術等，但大多還處于實驗階段，有待于進一步的工業應用驗證。

 

3 脫硝技術

 

焦爐煙道氣中NOx 生成途徑

 

1）燃料型NOx ：是燃料中的含N 物質及焦爐“竄漏”使部分荒煤氣，在（600~800℃）燃燒過程生成的；（為輔）

 

2）快速型NOx，是當碳氫化合物燃料過濃燃燒時，在反應區附近快速生成的；（為輔）

 

3）熱力型NOx ：是由空氣中的N2 在高溫條件下（1 200~1 350℃）與氧氣發生氧化還原反應生產的；（為主）

 

常見的脫硝技術中，控制煙氣中排放的NOx，選擇性催化還原法（SCR）為目前主流技術。

 

4 脫硫+脫硝工藝技術方案

 

4.1 低溫催化脫硝+氨法脫硫

 

該方案在目前焦化行業為主流工藝，工藝成熟，應用最廣。

 

4.1.1 低溫催化脫硝技術特點

 

1）該技術路線短、投資、運行成本低、操作方便；

 

2）該技術還原劑采用濃氨水，脫硝產物為N2 和H2O，且生產安全。

 

4.1.2 氨法脫硫技術特點

 

1）脫硫、捕霧、除塵一塔式結構，占地面積小、流程短、投資省、容易操作；

 

2）脫硫塔采用板式結構，能夠適應煙氣量的波動；

 

3）氨法脫硫效率高，可適合煙氣中硫含量波動范圍大；

 

4）因該工藝溫降大，造成煙囪白煙現象明顯，容易形成“視覺污染”。

 

4.2 旋轉噴霧半干法脫硫（SDA）+中低溫選擇性催化還原法脫硝（SCR）技術方案

 

焦爐煙氣首先經過匯總煙道進入脫硫 GGH 換熱器同脫硫后的煙氣進行換熱，換熱后未脫硫煙氣（≤ 140℃）進脫硫塔，煙氣中SO2、H2O、O2 被脫硫塔內催化劑吸附后反應變成稀硫酸，經脫硫后的煙氣經過脫硫 GGH 與脫硫前煙氣進行換熱并加熱，使進入脫硝系統煙氣溫度升至約 200℃（若煙氣溫度偏低，且催化劑性能降低后，將利用過煙氣加熱爐升溫系統對煙氣進行再加熱，保證催化劑足夠的催化活性）后進入 SCR脫硝段進行脫硝，脫硝后煙氣由煙氣凈化系統引風機送回原囪排放。焦爐煙氣脫硫脫硝凈化系統與焦爐主系統相對獨立，自成體系，有利于今后焦爐的正常運行與維護。在大型鋼鐵聯合企業配套的焦化廠煙道氣脫硫脫硝項目是比較成功的工程實踐。但該方案也存在一定的不足，主要表現在脫硫工序采用鈉鹽作為脫硫劑，生成的硫酸鈉暫時處理困難，需要進一步拓展工藝。

 

5脫硫脫硝工藝電氣自動化控制基本要求

 

焦爐煙氣脫硝余熱利用系統高壓負荷有2 臺增壓風機，采用10kV變頻器控制，采用常規綜合保護，并引入PLC控制系統。

 

5.1 UPS系統

 

系統供電配UPS 電源，最好按照雙機并聯冗余進行配置，UPS 最好選擇工頻。

 

控制系統選用PLC 控制系統，系統為冗余配置。

 

5.2 儀表控制系統

 

為保證脫硫脫硝系統正常運行和穩定達標，脫硫脫硝裝置的控制系統能夠完成自動開、停機，能夠自動完成正常運行時各項實時檢測功能，具備連鎖功能以防誤操作。能夠在HMI 操作站上進行全部操作、監視；能夠顯示和處理工藝報警；能夠打印報警歷史和有關重要參數的運行報表；能夠完成與焦爐中控室之間的通訊。

 

對脫硫脫硝脫硝系統各設備進行在線檢測與控制，通過合理的控制系統配置，實現必要設備的連鎖控制和工藝參數的優化控制。建成后，控制水平將達到在控制室內完成對脫硫、脫硝系統的正常啟、停；完成正常的運行監視、操作和事故報警等事項。

 

脫硫脫硝系統設有必要參數檢測功能，即進入脫硝系統還原劑儲存及輸送裝置前及排出脫硝系統進入煙囪前的煙氣溫度、壓力、流量等參數檢測及控制；脫硝還原劑儲存液位檢測；SCR 反應器壓差、溫度及閥門等檢測及控制；所供儀表和控制設備能保證穩定、可靠。

 

焦爐生產過程中煙氣的氮氧化物及二氧化硫濃度首先經過檢測系統的檢測，按檢測數據的信號反饋給計算機，計算機按氮氧化物及二氧化硫排放濃度指標經過運行計算后，對脫硝及及脫硫劑噴射裝置發出控制指令，達到經濟運行的目的。

 

脫硫脫硝系統的煙氣檢測和控制系統留有接口，與政府部門實施的煙氣在線監測聯網，以便對脫硫脫硝效果隨時檢測與管控。

 

為了保證余熱回收系統的穩定運行，除了配備必要的就地顯示儀表外，還需配備帶信號傳感器的遠傳儀表，將所有需要監控的參數集中到PLC 系統，然后通過PLC 編程，最終在上位機上顯示并具有可操作性。