低温 SCR脱硝在焦炉烟道气处理中的应用

低温 SCR脱硝在焦炉烟道气处理中的应用

孙亚楠 王长春 王东方

山东兖矿国际焦化有限公司 山东省邹城市 273500

摘要：现如今，我国化工行业发展十分迅速，我国焦化行业面临着严峻的NOx减排形势，基于焦炉烟气的特点，提出了一种应用于焦炉烟气的中低温SCＲ脱硝工艺和中低温SCＲ脱硝。该工艺能高效解决焦炉烟气中NOx的治理。同时本文阐述了焦炉烟气的特点和该工艺的系统组成，以及考察烟气温度、氨气流量和烟气总量等工艺参数对催化剂性能的影响。通过对实际烟气的研究，力争为我国焦炉SCＲ脱硝技术做出贡献。

关键词：焦炉烟气;中低温SCＲ脱硝;工艺系统;参数影响

引言

近年随着国家《炼焦化学工业污染物排放标准》的实施，国内焦化行业陆续建设了焦炉烟气脱硫脱硝装置。脱硝工艺主要采用中低温SCＲ工艺，反应温度在200～250℃，需要对烟气进行小幅升温，存在能源成本高的问题，宁钢焦化厂结合本单位实际情况采用低温SCＲ脱硝工艺，避免了烟气再升温，节约了运行成本。

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低温SCＲ脱硝解决措施

(1)对烟气先进行脱硫，降低脱硝塔入口的二氧化硫含量。宁钢选用半干法脱硫，雾化器可将脱硫剂雾化为50μm的极细小雾滴，增加反应接触面积，使脱硫反应更充分，具有极高的脱除效率。经脱硫后入脱硝塔前二氧化硫控制在10mg/m3以下。(2)采用钠基脱硫。在140℃以上钠基具备脱硫效率更高、温降更小的优势，脱硫温降可以控制在15～20℃，保证脱硝烟气温度控制不低于170℃。(3)脱硫后采用布袋除尘。布袋除尘具有除尘效率高，运行稳定的优点。未反应的脱硫剂附集在滤袋外表面，可以使烟气在滤袋表面完成二次脱硫反应，提高脱硫效果。经除尘后，入脱硝塔前颗粒物控制在10mg/m3以下。(4)设置再生装置。长时间运行下，催化剂的反应效率下降是不可避免的，因此必须设置加热炉。当催化剂效率下降时，开启加热炉进行在线再生，恢复催化剂活性，延长催化剂的使用寿命。(5)设置吹灰器。为保持催化剂表面的清洁，防止催化剂堵塞，需经常进行吹灰。吹扫的目的是防止灰沉积在催化剂表面，因此装置运行可每天吹灰1次，甚至每班1次。(6)选择优质催化剂。为实现最优催化剂设计方案，需要考虑较多因素，包括:调整催化剂中氧化钒的成分比例来获得较高活性的催化剂;在达到同一性能条件下，催化剂的比表面积越大，需要催化剂的体积量越少;为降低催化剂的重量，催化剂要设计成优化的壁厚，使通过催化剂的烟气压降也减到最低。

3工艺流程简述

该化工厂焦炉烟气脱硫脱硝系统工艺流程图如图1所示，主要可分为除焦系统、脱硝系统、脱硫系统、公用工程及辅助工程。焦炉烟气在引风机的作用下，从焦炉烟囱的底部被吸出，通过管道进行运输；脱硝前设置烟气除焦油、除尘装置，防止催化剂灰堵、油堵，焦炉烟气进入脱硝单元，在脱硝装置的入口管道上设有喷氨格栅和静态混合器，焦化厂蒸氨工段产生的浓度为20%剩余氨水在喷淋蒸发器中蒸发成氨气，氨气与焦炉烟气混合后，通过喷氨格栅均匀送入烟气输送管道，在经过静态混合器时氨气与焦炉烟气进一步混合。和氨气混合后的烟气从底部旁边进入脱硝单元，首先经过脱硝催化剂层，烟气中的粉尘都被过滤到催化剂的外表面层，烟气在引风机的负压下强行穿过催化剂层并进入催化剂内表面，在此过程中，焦炉烟道废气与催化剂充分接触，烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下，被氨气还原成氮气。脱硝后的烟气中含有一定量逃逸氨，在负压的作用下，穿过催化剂层，进入除氨催化剂层，在除氨催化剂的作用下，氨气优先与氮氧化物反应，进一步将氮氧化物氧化成氮气。由于脱硝后的烟气温度约为267℃，远高于湿法脱硫的温度，在此设置余热锅炉，可以最大程度地回收余热，用来生产0.8MPa的水蒸气以备工厂使用。经余热回收后的焦炉烟道废气达到脱硫温度后，进入脱硫塔，从脱硫塔的底部进入，烟气自下而上，与喷淋液逆流接触，充分反应，经脱硫后在脱硫塔顶部直接排放焦炉烟道废气。

图1焦炉烟气脱硫脱硝系统工艺流程图

结语

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。

参考文献

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