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焦炉煤气热风炉烟气脱硫脱硝工艺选择及应用

2025-04-22 84 上传者：管理员

摘要：为了确保焦炉煤气热风炉烟气的达标排放，采用“SCR脱硝+干法钙基固定床脱硫”工艺对烟气进行处理，该工艺脱硝效率达到84%～88%,脱硫效率达到71%～99%,处理后的烟气稳定达到DB14/1929—2019《锅炉大气污染物排放标准》表3标准。介绍了干法钙基固定床脱硫技术的特点，具有运行简单，占地面积小，不产生脱硫废水，建设及运行成本低的优势，为热风炉烟气脱硫提供了一种先进的治理技术选择。

关键词：
SCR脱硝
净煤气
烟气治理
焦炉煤气
钙基固定床
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在焦炭的生产过程中,会产生大量的焦炉煤气,焦炉煤气具有较高的热值,是较理想的气体燃料.粗焦炉煤气经过冷却,脱除焦油､H2S､NH3､苯､萘等杂质后,成为净煤气[1].

不少焦化企业使用净化后的焦炉煤气作为热风炉､加热炉的燃料,经燃烧后,烟气中烟尘含量不高,但是烟气中的SO2和NOx污染物浓度超标.研究表明:大气中NOx除了会形成酸雨[2],还与大气中PM2.5的产生具有很强的相关性[3].随着环保压力不断加大,国家对热风炉､加热炉烟气排放指标管控越来越严格,解决SO2､NOx排放问题迫在眉睫.

1、热风炉烟气脱硫治理技术现状

处理烟气中的SO2污染物,生产实践中已有相对成熟可靠､治理效果显著的工艺和技术.

1.1石灰石-石膏湿法脱硫技术

石灰石-石膏湿法脱硫工艺以石灰石浆液作为吸收剂,通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤,发生反应,以去除烟气中的SO2,反应产生的亚硫酸钙通过强制氧化生成石膏,其副产品石膏可用于建材行业,如水泥厂､石膏板厂等.该工艺在燃煤电厂普及率较高,在燃气热风炉领域,因烟气露点低,容易造成腐蚀和结垢现象,而湿法脱硫最大的问题是会产生脱硫废水,整体投资和运行成本较高.

1.2半干法脱硫技术

半干法脱硫使用氢氧化钙作为吸收剂.高温烟气与加入的吸收剂､循环灰分充分混合,然后通过吸收塔底部的文丘里管加速,吸收剂､循环脱硫灰受到气流的冲击作用而悬浮起来,形成循环流化床,进行充分的脱硫反应.该工艺系统相对简单,投资少,建设周期短,无脱硫废水,水电消耗低,同时烟道及烟囱无需防腐.但是热风炉的燃烧工况并不稳定,在低负荷运行时,烟气流量过低,难以形成流态化,特别是开停机时容易出现塌床问题.

1.3钠基干法脱硫技术

钠基干法脱硫(SDS)是在脱硫反应器内喷入碳酸氢钠超细粉,碳酸氢钠超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性Na2CO3和二氧化碳,高活性Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触发生化学反应,实现吸收反应净化.脱硫后粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器,收集成为脱硫副产物.该工艺反应效率高,但钠基脱硫剂价格昂贵,脱硫成本是石灰基脱硫剂的5~10倍,且要求烟温在200~280℃,超过此范围会大大降低脱硫剂的使用效率,而且SDS干法脱硫需要配备布袋除尘器,造成投资上升.

2、钙基固定床干法脱硫技术

传统的脱硫治理技术在焦炉煤气热风炉烟气脱硫中,存在一些弊端,而钙基固定床干法脱硫技术在该领域应用具有其特点和优势.

2.1技术原理

钙基固定床干法脱硫技术将Ca(OH)2的成型颗粒通过仓顶的进料口装填于脱硫反应器内,来自热风炉的烟气进入脱硫塔后,水平穿过脱硫剂,烟气中的二氧化硫氧化成为三氧化硫并被反应固化成为硫酸钙(石膏)固体,净化后的烟气从脱硫塔侧面向上运动,后由引风机输送至烟囱.干法固定床脱硫塔简图见图1.

图1干法固定床脱硫塔简图

2.2技术特点介绍

(1)采用专门的烟气固定床脱硫反应器,由于脱硫反应器内的特殊结构,流线型的进气结构,并配以静态混合器,保证了进入反应器气流分布均匀,反应器压差小､脱硫效率高､系统可靠､稳定.

(2)固定的钙基脱硫剂不会随烟气进入烟道,不增加烟气的烟尘含量,后续无需增加除尘设备.

(3)固定床干法脱硫技术的工艺控制过程,只需将烟气按流程一进一出,不用做特殊操作即可完成二氧化硫脱除的任务,达标排放,操作简单.

(4)脱硫反应器对烟气流速没有具体要求.可以满足不同烟气负荷要求.烟气负荷在10%~110%范围内变化,脱硫系统均可正常运行,不影响脱硫效率.

(5)综合成本较低,考虑投资估算及运行成本,该工艺单位二氧化硫耗费约为SDS干法脱硫工艺的80%.

(6)该工艺为干法脱硫,没有废水产生,避免了二次污染.(7)烟囱出口为干烟气,避免了烟囱“有色烟羽”.

3、案例分析

灵石县某焦化企业利用焦炉煤气作为2台14MW焦炉煤气热风炉的燃料.单台热风炉最大燃气量为3400m3/h,实际工作时燃气量为1700m3/h;工况下单台热风炉烟气量为20000m3/h,烟气总量为40000m3/h,两台热风炉共用一个烟囱.

3.1烟气参数及排放要求

烟气中颗粒物､二氧化硫､氮氧化合物排放浓度需满足DB14/1929—2019«锅炉大气污染物排放标准»表3的排放限值,实测烟气参数及排放限值见表1.

表1烟气参数实测值及排放限值

3.2技术路线及设计参数

该项目的特点是二氧化硫浓度低但波动大,粉尘含量低,氮氧化物浓度高.根据当地对有色烟羽的政策,考虑运行简单､占地面积小､不产生脱硫废水､建设及运行成本低等因素,最终确定采用钙基固定床脱硫技术,脱硝采用SCR脱硝技术.

系统的组成包括:SCR反应器､计量喷射控制系统､固定床脱硫塔､风机､换热器､辅助公共系统.从系统运行的安全性､经济性及操作简便等方面考虑,选用32.5%的尿素溶液作为脱硝还原剂,以Ca(OH)2颗粒填料为脱硫剂.

脱硫脱硝工艺流程见图2.

系统主要设计参数见表2.

图2脱硫脱硝工艺流程图

表2系统主要设计参数

3.3处理效果分析

焦炉煤气热风炉烟气脱硫脱硝系统于2020年10月投产,经过一段时间的调试运行,系统稳定后脱硝及脱硫效果(监测期2020年11月24日~2020年11月30日,数值为日平均值)如图3及图4所示.

图3脱硝效果趋势图

2021年1月起,烟气的SO2浓度开始升高,观测期间烟气入口的SO2达到53.07~61.83mg/m3,出口的SO2仍稳定达标,脱硫效果(监测期2021年3月10日~2021年3月16日,数值为日平均值)如图5所示.

图4脱硫效果趋势图一

图5脱硫效果趋势图二

通过一段时间的连续监测,脱硝效率稳定在84%~88%,脱硫效率稳定在71%~99%,处理效果较好,净化后的烟气中NOx及SO2均可稳定达到DB14/1929—2019«锅炉大气污染物排放标准»表3的排放要求.

3.4成本效益分析

该项目投资260万元,废气处理量为40000m3/h,年运行时间为8760h.32.5%尿素溶液消耗量为18.5L/h,单价为1.8元/L,脱硝年运行费用为29.18万元.脱硫剂消耗量为5.78t/a,单价为5000元/t,脱硫年运行费用为2.89万元.

脱硫脱硝设施投产后,NOx减排量为64127kg/a,SO2减排量为10027kg/a,NOx及SO2污染当量值均为0.95kg,山西省NOx和SO2排污费征收标准为1.2元/污染当量,每年NOx及SO2减排可少缴排污费9.37万元.

4、结论与展望

焦炉煤气热风炉烟气采用“SCR脱硝+钙基固定床脱硫”工艺处理,处理效果十分理想,能稳定达到DB14/1929—2019«锅炉大气污染物排放标准»表3的排放要求,该工艺运行简便,建设投资及运行成本低,非常适合此类小型燃气热风炉的烟气治理,为热风炉烟气脱硫脱硝提供了一种先进的治理技术选择.

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文章来源:吴斌,张攀.焦炉煤气热风炉烟气脱硫脱硝工艺选择及应用[J].工业锅炉,2025,(02):31-34.

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期刊名称：应用能源技术

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主办单位：黑龙江省能源研究所,黑龙江省节能技术服务中心,黑龙江省能源发展战略研究会,黑龙江省节能协会

出版地方：黑龙江

专业分类：科技

国际刊号：1009-3230

国内刊号：23-1184/TK

邮发代号：14-191

创刊时间：1984年

发行周期：月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：7-9个月

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