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深度好文:焦炉烟气治理技术集锦及分析

北极星大气网  来源:山西省煤化工协会  作者:陈国兴  2018/8/9 11:50:14  我要投稿  

北极星大气网讯:“2017年,全国焦炭产量4.3亿吨,消费炼焦精煤5.85亿吨左右。化石能源消耗量大,也意味着污染物的排放量也比较大。焦化企业真正能达到《炼焦化学工业污染物排放标准》的企业仅是少数企业,焦化行业环境治理任重道远。”中国炼焦行业协会会长崔丕江在协会第七届常务理事会第二次(扩大)会议上如是说。

7月31日召开这次会议,以推进节能减排,实现绿色发展为主题,专题研究焦炉烟气的控硫控硝和脱硫脱硝问题。旨在加快推进焦化行业节能减排、污染物达标排放和转型升级。会上崔丕江介绍了焦化行业经济运行和环境治理情况及工作部署;协会炼焦专业委员会执行主任王晓东和协会节能环保专业委员会主任武剑分别作了“焦炉烟气控硫控硝源头治理技术及其发展现状”和“焦炉烟气末端脱硫脱硝技术现状”的专题报告。详尽地介绍各类源头控硫控硝和末端脱硫脱硝技术的应用条件、技术特点及存在问题;多家重点焦化企业和研究设计单位的代表交流介绍了目前已投用的焦炉烟气脱硫脱硝设施运行情况,以及进一步提高焦炉烟气脱硫脱硝工艺技术水平、满足超低排放等更加严格标准要求的思路。在这次会议上,协会向全行业发出了“适应新形势,明确新目标,打赢焦化行业环境治理攻坚战”的动员令,同时也为焦化企业选择适用本企业的焦炉烟气治理技术提供可资借鉴的参考。

环境治理已成焦化企业生存底线

“近三年来,焦化生产企业已经建成100多套焦炉烟气脱硫脱硝装置,还有一些企业正在开展方案优选或筹建工作。”崔丕江指出,“从焦化生产过程产生的粉尘、烟气、废水、固废等污染物,都有了一些相应的治理技术措施,但是还不能完全满足国家标准要求,或投资、运行经济性的要求。”他认为对行业焦炉烟气脱硫脱硝的现状,既要看到取得的进步,也要清醒地认识到存在不足。

焦化行业是仅于火力发电的国内第二大用煤大户。燃煤烟气中的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)是影响大气质量的主要污染物。作为传统煤化工行业,许多焦化企业尚未实现焦炉烟气SO2和NOx排放的有效治理。

为满足人民对美好生活的需求,国家对环境治理的力度日益加大。2012年6月27日发布的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012),第一次将焦炉排放的氮氧化物列为我国焦化企业大气污染物排放的控制指标,并对颗粒物和二氧化硫的排放提出了更严格的要求。自2015年1月1日起,焦炉烟囱排放二氧化硫小于50mg/m3,氮氧化物小于500mg/m3,特殊排放地区二氧化硫小于30mg/m3,氮氧化物小于150mg/m3。

2018年7月3日,国务院《关于打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》中明确提出,到2020年二氧化硫和氮氧化物的排放总量比2015年下降15%以上,尤其是处在“2+26”、雄安新区以及长三角地区和汾渭平原的城市焦炉污染物排放的压力越来越大。该计划规定,2018年底前京津冀及周边地区基本完成治理任务,长三角地区和汾渭平原2019年底前完成,全国2020年底前基本完成。

随着环保政策的不断推进,部分省市和地区陆续出台和准备出台超低排放标准。河北省近期出台的《河北省钢铁、焦化、燃煤电厂深度减排攻坚方案》提出,氮氧化物指标控制在100mg/m3,二氧化硫控制在30mg/m3。邢台市则进一步要求在今年底和明年初,氮氧化物指标控制在80mg/m3,二氧化硫控制在15mg/m3。这被当地焦化企业称为超超低排放标准。而唐山市出台《钢铁、焦化超低排放和燃煤电厂深度减排实施方案》则在时间上加了砝码,要求“2018年9月底前,全市所有焦化企业全部达到超低排放水平(限值参照验收标准,通过168小时运行且第三方监测达标,95%以上小时均值排放达标),并完成湿烟气脱白治理改造,凡达不到标准的实施停产整治。”

特别值得一提的是,焦化主产区与国家特别限排区高度重合。山西、河北、山东是焦化大省,许多焦化厂正好位于京津周边2+26城市、雄安新区、长三角地区和汾渭平原4个特限区域内。据统计,这些重点地区涉及的焦炭产能达到32270万吨,占总产能的比重高达55%。可以说,控硫控硝不仅事关焦化企业的生死存亡,更事关焦化行业的可持续高质量发展。

当前国家治理环境的意志和决心前所未有。环境治理不是短期行为,更不是应对环保督察、环保达标的时段性阶段性任务,已经成为企业生存的底线。崔丕江表示,对国家出台的不断严格的政策法规,高于发达国家某些标准限值,超常的督察管控方式,应正确认识、深刻理解。这样的推进方式可能会有一些矫枉过正,但不这样做也会出现某些贻误时机或效果上的打折扣。各焦化企业应少一些埋怨牢骚,多一些主动作为、应对方案和措施。

焦化行业脱硫脱硝技术百花齐放

“说起焦炉烟气脱硫脱硝,现在的技术确实是百花齐放。应该讲各方面作了很多工作,但真正叫大家选择一个比较满意的技术装备,好像心里还是没有底。但不管怎么说,现在已经有了一定的基础,希望大家根据企业实际情况去作方案、作选择”,崔丕江在会议交流结束时开诚布公地谈了自己的看法。

焦炉烟气是焦化企业中最主要的废气污染源,约60%的SO2及90%的NOx来源于此。以焦炉煤气为主要燃料的焦炉加热工艺,其烟气中的SO2直接排放浓度为160mg/m3左右、NOx直接排放浓度为600~900mg/m3(最高时甚至可达2000mg/m3);以高炉煤气等低热值煤气(或混合煤气)为主要燃料的焦炉加热工艺,其烟气中的SO2直接排放浓度为40~150mg/m3、NOx直接排放浓度为300~600mg/m3。可见,无论以焦炉煤气或高炉煤气为主要燃料的工艺,如未经治理,其烟气中的SO2和NOx浓度均难以稳定达到标准限值排放要求。

焦炉烟气脱硫脱硝工艺有3种选择:一是先脱硝后脱硫工艺;二是先脱硫后脱硝工艺;三是同时脱硫脱硝工艺。目前这三种工艺在焦化行业均有先例。由于焦化行业烟气脱硫脱硝治理工作起步较晚,目前建成的装置大都是近一两年中投运的,运行时间皆不足三年,尚未找到一种公认的比较理想、比较成熟的技术。各焦化企业所采用技术仍然在实践和探索过程中,正可谓百花齐放。

1.达丰:焦炉烟道废气干法脱硫技术

唐山达丰焦化有限公司副总经理冯引军在交流中介绍,唐山达丰焦化有限公司建设有65万吨2×50孔炭化室高度4.3米捣固焦炉和年产110万吨2×55孔炭化室高度5.5米的捣固焦炉,合计生产能力175万吨。达丰焦炉烟道废气干法脱硫技术为引进比利时钠基干法脱硫技术。其中一期(65万吨)采用“余热回收+干法脱硫+除尘+SCR脱硝”工艺技术路线,采用国产脱硫剂和国产磨机;二期(110万吨)采用“SCR脱硝+余热回收+干法脱硫+除尘”(前脱硝)工艺技术路线,采用进口国产脱硫剂和国产磨机。项目总投资5000万元,于2016年12月开工,2017年6月投入使用。

从运行效果上看,两套装置的脱硫效率基本上可以达到焦化行业特别排放标准,但是脱硝效率较低,特别是二期前脱硝装置难以做到特排限值。但单从脱硫效果本身看,二期前脱硝装置的效果更好,通过精细化管理,SO2的排放指标基本上可以做到京津冀地区的超低排放标准。从运行费用上看,一期项目吨焦运行费用为10.64元;二期项目吨焦运行费用为8.93元,但二期项目由于出口氮氧化物较高,面临超低排放改造。

采用“余热锅炉+干法脱硫+除尘+低温脱硝”特点:一是装置投入使用后不影响焦炉的安全生产;净化后的烟气返回原焦炉烟囱,使其始终在热态运行满足焦炉生产所需的吸力;二是装置操作弹性强,污染物可以稳定达到焦化行业国家标准《炼焦化学工业污染物排放标准》对大气污染物的特别排放限值标准;三是采用干法脱硫,没有湿法脱硫带来的“气溶胶”产生的次生大气污染问题;四是脱硝反应是在脱硫+除尘完成之后进行,将烟气中的对脱硝催化剂有影响的杂质(焦油,多铵盐、粉尘颗粒物等)已经脱除。延长脱硝催化剂的使用寿命,减少频繁再生导致的开工率低下的问题。

焦炉烟道废气干法脱硫存在的问题:一是脱硫生成的后产物Na2SO4需要寻求合作单位无害化处置;二是脱硫后的烟气需要通过耐高温的覆膜布袋过滤,而国产布袋耐温性能低,使用寿命较短(3~6个月);国产的脱硫剂和研磨设备质量不过关,研磨过程发热导致设备堵塞等问题期待解决;设计能力不足,难以满足焦炉夏季满负荷生产需要。

2.京唐西山:低温SCR脱硝+氨法脱硫+烟气再热技术

首钢京唐西山焦化有限责任公司共有4×70孔炭化室高7.63米焦炉,设计焦炭产量420万吨。公司投资11230万元建设两套焦炉烟道气脱硫脱硝设施。工程从2016年12月开始施工,于2017年7月底顺利投产。

首钢京唐西山焦化有限责任公司主管王开介绍说,在综合考虑半干法、活性焦法等工艺后,该公司认为半干法产生的二次固废不易消纳处理;活性焦后续配套的解析制酸工艺流程长,占地大,制酸系统容易腐蚀,设备运行维护工作量大;而氨法脱硫产生的硫铵副产物可以进入化产系统,综合考虑后选择“SCR脱硝+氨法脱硫+烟气再热”的工艺路线。

项目运行后,污染物排放指标达到《炼焦化学工业污染物排放标准》中大气污染物特别排放限值要求,即SO2由70~250mg/m3降至30mg/m3、NOx由130~500mg/m3降至150mg/m3。运行成本为13.32元/吨焦(含设备折旧)。

该技术的工艺特点:一是脱除效果好,NOx及SO2去除率为85%及以上;二是与现有工艺紧密结合,脱硫液进入化产硫铵系统,副产品为硫酸铵,无其它次生固废;三是采用回转式烟气再热器,利用热烟气对冷烟气进行加热,无需额外热源能耗。

该技术问题及措施:一是脱硫塔下段塔盘堵塞,由于脱硫塔下段喷洒管喷淋区域覆盖面积小,造成部分烟气喷淋不到,导致下段塔盘上硫铵结晶堵塞,经过对喷洒管进行延长改造后,消除了问题。二是目前脱硫塔出口经再热器换热后,可以满足4月至10月期间没有白烟;建议对氨法脱硫项目配置湿电除尘,进一步捕集水汽和气溶胶,提高消白效果。

3.鹏飞:移动床干法脱硫+SCR法低温脱硝+余热回收一体化技术

孝义市鹏飞实业有限公司总工程师王琦介绍说,鹏飞焦化厂拥有4座6.25米焦炉,焦炉产能共计250万吨/年。每两座焦炉一组共用一座烟囱,配一套脱硫脱硝+余热回收利用装置。装置运行数据表明,脱硫后的SO2浓度均值为8.41mg/m3,脱硝后NOX浓度均值为128.55mg/m3,装置出口氨逃逸小于5ppm,颗粒物浓度小于15mg/m3。

该工艺具有以下技术特点:一是先脱硫后脱硝,去除烟道气中的SO2,降低在低温工况下SO2对SO3的转化率,有利于减少SO3对脱硝催化剂影响,延长催化剂寿命;二是采用移动床干法脱硫技术,脱硫工艺简单,且温降很小,有利于保证脱硝需要的温度和热能的回收;三是按一定配比制备而成的脱硫剂除提高脱硫效率外,还具有除尘功能。故脱硫塔,兼具除尘装置功能,不必另外设置除尘装置;四是烟气净化后进余热回收,最大程度减少锅炉腐蚀,延长锅炉寿命;五是并可产蒸汽0.5吨/万Nm3烟气,提高装置的经济性;六是采用CFD模拟对喷氨系统进行设计,最大限度降低氨逃逸;七是排烟温度高,无白烟,烟气处理后回原烟囱,始终处在热备状态;烟囱不需要进行内防腐;八是为全干法技术,无废水,脱硫后的脱硫剂分已回收至脱硫剂制备装置作为原料利用,还可应用在蒸压砖、道路基层材料等领域,SCR催化剂由厂家回收;九是运行成本低,吨焦处理成本仅4.77元。

但是,由于该技术脱硫剂填装过程劳动强度大,需要3人协同操作,需要提高自动化水平;另外,氨水蒸发使用蒸汽,耗能较大,可以改进工艺,采用烟气余温余热替代蒸汽。

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