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焦炉烟道气同时脱硫脱硝技术路线探讨

北极星环保网来源:中国化工贸易 倪建东2018/6/21 11:04:48我要投稿

北极星环保网讯:介绍了焦炉烟道气中SO2和NOx的形成机理,以及同时脱除的技术难点。对照国家最新的行业排放标准要求,鉴于世界上尚无长期稳定运行的工程案例,对比了两种已在境外烧结行业大型工业化工程中实现长期稳定运行的烟气脱硫脱硝技术,提出了可在大型焦炉烟道气脱硫脱硝中采用的工艺技术路线———半干法烟气脱硫(SDA/CFB)+选择性催化还原(SCR)组合式脱硫脱硝技术。分类阐述了不同温度的焦炉烟道气脱硫脱硝工艺技术路线,展望了焦炉烟道气脱硫脱硝项目的发展前景。

1概述

冶金焦炭生产及冶炼焦化行业中焦炉煤气、高炉煤气或混合煤气燃烧后可产生大量大气污染物,包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及烟尘等。含污染物的烟道气经焦炉烟囱呈有组织高架点源连续性排放至大气中,对环境造成严重污染。2012年6月,国家颁布了《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012),明确规定现有焦化企业2015年1月1日后焦炉烟道气中污染物的排放限值、特别限值,地区更是提出了更为严格的要求,见表1。

能否满足最新排放要求事关企业的正常生产,本文就如何做到达标排放进行了分类分析探讨,对于达到特别排放地区的限值要求提出了具有针对性的工艺技术路线。

2废气中污染物的产生机理

2.1废气中SO2的产生机理

焦炉烟道气中SO2源自入炉配合煤中的全硫,配合煤中的全硫在现代常规焦炉中有30%~35%进入产生的荒煤气中。进入荒煤气中的硫主要以硫化氢(无机硫)的形态存在,而有机硫含量大约是无机硫的5%~10%。产生的荒煤气经过脱硫装置除去硫化氢和有机硫,净化后的焦炉煤气(COG)通常被用作加热焦炉的燃料之一。以净化后的COG作燃料为例,在焦炉燃烧室燃烧,其中的硫化氢和有机硫燃烧后生成SO2和其他废气一起进入焦炉烟道废气经烟囱排放。对于燃用贫煤气(如高炉煤气和混合煤气)的焦炉而言,由此产生的SO2量要少。但这并不是焦炉烟道气中SO2的全部来源,焦炉炉体窜漏导致荒煤气进入燃烧室,荒煤气中的硫化物燃烧生成的SO2是又一主要来源。荒煤气从炭化室经炉墙缝隙窜漏至燃烧室,即使仅有少量荒煤气窜漏,也会对焦炉烟道气SO2浓度构成严重影响。根据测算,来自荒煤气中的硫化物窜漏至燃烧系统的SO2约占55%~65%,煤气净化程度越高,这一比例越高,这也是为何根据净煤气的硫平衡来计算废气中SO2含量时总是远低于实测值的原因。

2.2废气中NOx的产生机理

研究表明,焦炉在燃烧过程中形成的NOx中,NO占95%,NO2为5%左右。NO会在大气中缓慢转化成NO2,形成酸雨,对大气产生严重污染。采用焦炉煤气(COG属碳氢燃料)对焦炉加热时,燃烧过程产生NOx的形成机理有三种类型:①温度热力型NO;②碳氢燃料快速型NO;③含N组分燃料型NO。焦炉立火道燃烧温度一般在1300~1800℃,高温下形成的NOx主要是温度热力型NO,燃烧温度越高,则NO生成浓度越高。含N组分燃料型NO所占比例不超过5%。

而采用以CO为可燃成分的贫煤气(如高炉煤气BFG)对焦炉加热时,废气中的NOx基本是温度热力型NO。可见焦炉废气NOx中的主要成分是难以脱除的NO[2]。

3一般地区两种污染物达标排放的途径

3.1SO2达标排放的途径

根据SO2的形成机理,要降低焦炉烟道气中SO2的措施主要是:①采取更加高效的COG煤气脱硫工艺,使其硫化氢质量浓度降至20mg/m3以下、有机硫质量浓度降低至100mg/m3以下,也可使用贫煤气为燃料;②通过护炉铁件给焦炉砌体施加连续、合理的保护性压力,提高焦炉砌体的严密性,争取将焦炉漏气率控制在2%以下;③降低入炉配合煤的含硫率,一般将入炉煤硫分降至0.7%以下时,废气中SO2浓度可低于50mg/m3,满足一般地区的排放要求。

对于已经生产的焦炉,若是因为焦炉漏气率难以控制在2%以下,可尝试适当再降低入炉配合煤的含硫率,看是否能达到排放标准。但若因此导致煤的采购成本上升而影响经济效益时,则应考虑增设末端脱硫装置。

3.2NOx达标排放的途径

对于一般地区,新标准要求NOx排放浓度低于500mg/m3,这一标准基本与30年前日本、德国等发达国家的标准相当。采用在燃烧过程中抑制NOx生成的焦炉设计技术,如合理确定立火道温度、控制实际燃烧温度、往燃烧空气内掺入废气、废气循环、分段供空气(控制空气过剩系数)燃烧以及将它们相结合的复合技术都能有效降低废气中NOx含量。其实质是通过温度控制或改变燃烧方式尽量减少温度热力型NOx的生成,但此类技术对于降低NOx含量效果有限,即使先进焦炉烟囱的NOx排放浓度也在300mg/m3左右。

因此,一般地区通过实施低氮燃烧技术即可实现达标排放,但是对于特别限值地区要求NOx排放浓度低于150mg/m3则须采用废气末端治理技术来控制NOx。“选择性非催化还原”(SelectiveNonCatalyticReduction,简称“SNCR”)技术适用的温度条件为900~1100℃其温度条件偏低而不适用于焦炉,因此“选择性催化还原”(SelectiveCatalyticReduction,简称“SCR”)技术可能是适用于焦炉的高效脱硝技术。

4特别限值地区两种污染物脱除的技术难点

从上述焦炉烟道气中SO2和NOx的成因看,这两种污染物同时存在的可能性很大,而且通过源头和过程控制难以达到特别限值地区排放标准。表2列举了某特别限值地区焦炉的废气参数。而焦炉“终生无休”和焦炉烟囱依靠“热烟囱效应”无动力排放的特点,要求焦炉烟囱始终处于热备状态,换言之必须持续有温度130℃以上的热烟气通过焦炉烟囱排放。

(1)电力行业传统的先脱硝后脱硫技术难以应用,首先脱硝要求350℃左右的温度无法满足,即使采用换热器升温仍需消耗大量能源,且升温后烟气量大增,使脱硝装置规模和投资变大。此外,因烟气温度过高,无法进入后续脱硫装置。

延伸阅读:

焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收利用一体化技术

国内焦化企业烟气脱硫脱硝技术现状分析

低温焦化烟气脱硝催化剂制备与中试验证研究

臭氧催化氧化深度处理焦化废水的试验研究

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