摘要：結合焦爐煙道廢氣凈化裝置工程案例,對焦爐煙道廢氣直接脫硝工藝和先半干法脫硫后除塵脫硝工藝進行比較分析.兩種工藝路線各有利弊,應根據實際煙道廢氣條件謹慎選擇.
隨著《煉焦化學污染物排放標準》(GB16171—2012)的實施和環保執法的日益嚴格,焦爐煙道廢氣脫硫脫硝成為各焦化企業環保治理的專項課題。SCR脫硝工藝是應用最廣、技術最為成熟的煙氣脫硝工藝,目前有兩種應用路線,一種是直接脫硝工藝,另一種是先半干法脫硫后除塵脫硝工藝。本文結合焦爐煙道廢氣凈化裝置,對兩種工藝路線進行對比分析。
1直接脫硝工藝
直接SCR法脫硝指從焦爐地下煙道抽取廢氣,不經過脫硫等措施,直接應用SCR法進行NOx凈化脫除。以某獨立焦化廠130萬t/a焦爐煙道氣脫硝工程為例,分析直接SCR法脫硝工藝的優缺點。
此工程為2×75孔5.5m搗固焦爐的煙道廢氣脫硝工程,處理煙氣量30萬Nm3/h,設計煙氣溫度310℃,入口NOx濃度1000~1500mg/Nm3,要求凈化后NOx濃度小于150mg/Nm3。采用中低溫SCR法脫硝工藝,還原劑氣態NH3由廠內液氨站蒸發器提供。脫硝裝置建成投產時,入口煙氣溫度為270~275℃,NOx濃度1100~1300mg/Nm3,SO2濃度約100mg/Nm3,系統阻力約900Pa。整套裝置運行平穩,脫硝效率穩定在90%以上,各項運行指標均達到設計要求。
脫硝裝置運行至第4個月時,廠區甲醇車間發生故障,焦爐煤氣需求量降低,焦爐生產進入非正常的減產狀態。減產后焦爐煙道廢氣溫度下降,脫硝裝置入口煙氣溫度從280℃降至240℃,低溫狀態持續約20天。期間脫硝裝置的系統阻力從900Pa逐漸增至1800Pa。在此期間脫硝出口NOx濃度保持在50mg/Nm3以下,脫硝效率保持在90%以上,脫硝性能未受影響。
針對阻力大幅增加的問題,對脫硝裝置分段進行壓差檢測,停機檢查后發現過濾層被黑灰色和黃綠色物質覆蓋堵塞。過濾層水洗后恢復原貌,安裝復位后重啟脫硝系統,系統阻力恢復至850~900Pa。將堵塞物取樣分析,主要成分為石墨炭、多種銨鹽、焦油、煤粉及粉塵顆粒。分析堵塞物產生時的煙氣條件和堵塞物成分可知,當煙道廢氣溫度降至260℃以下時,氣態形式存在的焦油蒸汽、銨鹽類開始析出,夾裹游離炭、粉塵顆粒物等凝聚成固態、半固態膠性物質,逐漸在過濾層上結垢,最終導致裝置過濾層堵塞,阻力增大。
焦爐煙道廢氣溫度低于260℃時的結垢問題是一個技術難題,這是由焦爐煙道廢氣自身固有屬性決定的。若在SCR催化劑前不設置過濾裝置,催化劑將被膠性物質堵塞覆蓋甚至損壞。若在SCR催化劑前設置過濾裝置,雖能保護催化劑,但如果形成結垢,也需定期停機處理。
焦爐煙道廢氣直接應用SCR法脫硝,可使催化劑在較高的溫度條件下進行催化還原反應,保證催化劑較高的脫硝效率,降低噴氨量。但面臨焦爐煙道廢氣溫度下降時,廢氣組分對催化劑、過濾層以及其他后續管道設備有堵塞、覆蓋危險。
2先半干法脫硫后除塵脫硝工藝
先半干法脫硫后除塵脫硝工藝先將焦爐煙道廢氣送入半干法脫硫塔,后進行布袋除塵和SCR脫硝。此工藝路線的特點是脫硝之前先脫除SO2,降低硫酸銨鹽產生量,脫硫后除塵使脫硫灰在除塵布袋表面起到預噴涂作用,能夠將焦爐煙道廢氣中的焦油、游離炭等一并脫除,對脫硝催化劑及后續設備起到有效的保護作用。
以某鋼鐵聯合企業7m頂裝焦爐340萬t/a焦爐煙氣凈化裝置為例,該凈化裝置采用“半干法脫硫+布袋除塵+低溫SCR脫硝一體化”工藝,處理煙氣量51.7萬Nm3/h,設計煙氣溫度180℃,入口NOx濃度500mg/Nm3,SO2濃度80mg/Nm3,要求凈化后NOx濃度小于150mg/Nm3,SO2濃度小于30mg/Nm3。脫硫劑采用Na2CO3溶液,使用旋轉噴霧干燥法脫硫。除塵脫硝采用一體化裝置,下段布袋除塵,上段低溫SCR脫硝。凈化裝置投產8個月以來,系統運行平穩,各項參數均達到設計要求,出口SO2濃度小于20mg/Nm3,NOx濃度小于100mg/Nm3,半干法脫硫過程溫降<10℃,布袋除塵段采用壓縮空氣定期清灰,系統阻力穩定,在設計范圍內周期變化。
先脫硫后除塵脫硝工藝既滿足SO2排放要求,又可合理利用脫硫除塵段除去廢氣中的雜質,有效保護催化劑,保證裝置長期平穩運行。不足之處在于對溫度較高的獨立焦化廠而言,在高溫段進行半干法脫硫會降低煙道廢氣溫度,對后續余熱回收有一定影響。
3結論
直接SCR脫硝工藝使催化劑處于高溫段,充分發揮催化劑的催化作用,脫硝效率高,但該工藝對焦爐煙道廢氣溫度要求高,一般不能低于270℃。一旦焦爐處于非正常生產狀態,整套脫硝裝置處于被廢氣雜質堵塞覆蓋的危險境況,存在極大的運行風險。
先脫硫后除塵脫硝工藝雖然增加了系統溫降(<10℃),但通過脫硫除塵措施,既能降低銨鹽的產生,滿足SO2排放要求,又可合理利用脫硫灰的預噴涂作用,除去廢氣中的各種雜質,有效保護催化劑,保證高效脫硝和系統運行平穩。
兩種工藝路線各有利弊,在工程應用時應根據實際焦爐煙道廢氣的條件謹慎分析,選擇合適的工藝路線。
隨著《煉焦化學污染物排放標準》(GB16171—2012)的實施和環保執法的日益嚴格,焦爐煙道廢氣脫硫脫硝成為各焦化企業環保治理的專項課題。SCR脫硝工藝是應用最廣、技術最為成熟的煙氣脫硝工藝,目前有兩種應用路線,一種是直接脫硝工藝,另一種是先半干法脫硫后除塵脫硝工藝。本文結合焦爐煙道廢氣凈化裝置,對兩種工藝路線進行對比分析。
1直接脫硝工藝
直接SCR法脫硝指從焦爐地下煙道抽取廢氣,不經過脫硫等措施,直接應用SCR法進行NOx凈化脫除。以某獨立焦化廠130萬t/a焦爐煙道氣脫硝工程為例,分析直接SCR法脫硝工藝的優缺點。
此工程為2×75孔5.5m搗固焦爐的煙道廢氣脫硝工程,處理煙氣量30萬Nm3/h,設計煙氣溫度310℃,入口NOx濃度1000~1500mg/Nm3,要求凈化后NOx濃度小于150mg/Nm3。采用中低溫SCR法脫硝工藝,還原劑氣態NH3由廠內液氨站蒸發器提供。脫硝裝置建成投產時,入口煙氣溫度為270~275℃,NOx濃度1100~1300mg/Nm3,SO2濃度約100mg/Nm3,系統阻力約900Pa。整套裝置運行平穩,脫硝效率穩定在90%以上,各項運行指標均達到設計要求。
脫硝裝置運行至第4個月時,廠區甲醇車間發生故障,焦爐煤氣需求量降低,焦爐生產進入非正常的減產狀態。減產后焦爐煙道廢氣溫度下降,脫硝裝置入口煙氣溫度從280℃降至240℃,低溫狀態持續約20天。期間脫硝裝置的系統阻力從900Pa逐漸增至1800Pa。在此期間脫硝出口NOx濃度保持在50mg/Nm3以下,脫硝效率保持在90%以上,脫硝性能未受影響。
針對阻力大幅增加的問題,對脫硝裝置分段進行壓差檢測,停機檢查后發現過濾層被黑灰色和黃綠色物質覆蓋堵塞。過濾層水洗后恢復原貌,安裝復位后重啟脫硝系統,系統阻力恢復至850~900Pa。將堵塞物取樣分析,主要成分為石墨炭、多種銨鹽、焦油、煤粉及粉塵顆粒。分析堵塞物產生時的煙氣條件和堵塞物成分可知,當煙道廢氣溫度降至260℃以下時,氣態形式存在的焦油蒸汽、銨鹽類開始析出,夾裹游離炭、粉塵顆粒物等凝聚成固態、半固態膠性物質,逐漸在過濾層上結垢,最終導致裝置過濾層堵塞,阻力增大。
焦爐煙道廢氣溫度低于260℃時的結垢問題是一個技術難題,這是由焦爐煙道廢氣自身固有屬性決定的。若在SCR催化劑前不設置過濾裝置,催化劑將被膠性物質堵塞覆蓋甚至損壞。若在SCR催化劑前設置過濾裝置,雖能保護催化劑,但如果形成結垢,也需定期停機處理。
焦爐煙道廢氣直接應用SCR法脫硝,可使催化劑在較高的溫度條件下進行催化還原反應,保證催化劑較高的脫硝效率,降低噴氨量。但面臨焦爐煙道廢氣溫度下降時,廢氣組分對催化劑、過濾層以及其他后續管道設備有堵塞、覆蓋危險。
2先半干法脫硫后除塵脫硝工藝
先半干法脫硫后除塵脫硝工藝先將焦爐煙道廢氣送入半干法脫硫塔,后進行布袋除塵和SCR脫硝。此工藝路線的特點是脫硝之前先脫除SO2,降低硫酸銨鹽產生量,脫硫后除塵使脫硫灰在除塵布袋表面起到預噴涂作用,能夠將焦爐煙道廢氣中的焦油、游離炭等一并脫除,對脫硝催化劑及后續設備起到有效的保護作用。
以某鋼鐵聯合企業7m頂裝焦爐340萬t/a焦爐煙氣凈化裝置為例,該凈化裝置采用“半干法脫硫+布袋除塵+低溫SCR脫硝一體化”工藝,處理煙氣量51.7萬Nm3/h,設計煙氣溫度180℃,入口NOx濃度500mg/Nm3,SO2濃度80mg/Nm3,要求凈化后NOx濃度小于150mg/Nm3,SO2濃度小于30mg/Nm3。脫硫劑采用Na2CO3溶液,使用旋轉噴霧干燥法脫硫。除塵脫硝采用一體化裝置,下段布袋除塵,上段低溫SCR脫硝。凈化裝置投產8個月以來,系統運行平穩,各項參數均達到設計要求,出口SO2濃度小于20mg/Nm3,NOx濃度小于100mg/Nm3,半干法脫硫過程溫降<10℃,布袋除塵段采用壓縮空氣定期清灰,系統阻力穩定,在設計范圍內周期變化。
先脫硫后除塵脫硝工藝既滿足SO2排放要求,又可合理利用脫硫除塵段除去廢氣中的雜質,有效保護催化劑,保證裝置長期平穩運行。不足之處在于對溫度較高的獨立焦化廠而言,在高溫段進行半干法脫硫會降低煙道廢氣溫度,對后續余熱回收有一定影響。
3結論
直接SCR脫硝工藝使催化劑處于高溫段,充分發揮催化劑的催化作用,脫硝效率高,但該工藝對焦爐煙道廢氣溫度要求高,一般不能低于270℃。一旦焦爐處于非正常生產狀態,整套脫硝裝置處于被廢氣雜質堵塞覆蓋的危險境況,存在極大的運行風險。
先脫硫后除塵脫硝工藝雖然增加了系統溫降(<10℃),但通過脫硫除塵措施,既能降低銨鹽的產生,滿足SO2排放要求,又可合理利用脫硫灰的預噴涂作用,除去廢氣中的各種雜質,有效保護催化劑,保證高效脫硝和系統運行平穩。
兩種工藝路線各有利弊,在工程應用時應根據實際焦爐煙道廢氣的條件謹慎分析,選擇合適的工藝路線。
