摘要：结合焦炉烟道废气净化装置工程案例,对焦炉烟道废气直接脱硝工艺和先半干法脱硫后除尘脱硝工艺进行比较分析.两种工艺路线各有利弊,应根据实际烟道废气条件谨慎选择.
随着《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。
此工程为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。
脱硝装置运行至第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。
针对阻力大幅增加的问题,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。
焦炉烟道废气温度低于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。
焦炉烟道废气直接应用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
先半干法脱硫后除尘脱硝工艺先将焦炉烟道废气送入半干法脱硫塔,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。
以某钢铁联合企业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,上段低温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。
先脱硫后除尘脱硝工艺既满足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。
先脱硫后除尘脱硝工艺虽然增加了系统温降(<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。
两种工艺路线各有利弊,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。
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