焦炉烟气治理技术及其应用

摘要：为响应国家的环保政策,兖矿国际焦化有限公司于2012年启动了焦炉烟气脱硫脱硝除尘技术的调研工作和焦炉烟气治理工作:2×850 kt/a焦炭2×60孔7. 63 m顶装煤焦炉在烟气低温脱硝侧线试验的基础上,采用低氮燃烧脱硝技术对焦炉加热系统进行优化,采用双碱法脱硫工艺对焦炉烟气进行深度脱硫技改。实际运行情况表明,焦炉烟气治理取得了良好的经济效益、环保效益、社会效益。

0 引言

面对日益严峻的环保压力，近年来我国对环境污染问题越来越重视，对烟气排放和节能降耗的要求越来越严格，特别是《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 的颁布实施其排放标准的提升有力地推动了炼焦生产工艺和污染治理技术的研发。按照GB 16171—2012 要求的焦炉烟气经除尘后烟囱排放废气NOX含量≤150 mg /m3、SO2含量≤20 mg /m3、烟尘含量≤10 mg /m3，在役焦炉装置若不采取脱硫脱硝除尘治理措施，其烟气无法实现达标排放。因此，焦炉烟气的脱硫脱硝除尘技术成为整个焦化行业关注的重点和难点。

兖矿国际焦化有限公司2002 年从德国凯泽斯图尔焦化厂引进先进技术，通过整体拆迁重建的方式成功引进了代表当时世界上先进炼焦工业技术水平的7. 63 m 焦炉，将我国的炼焦工业技术水平向前推进了一大步。原设计为2 × 75 孔7. 63 m 顶装煤大型焦炉，产能为2 × 1 000 kt /a;2005 年12 月项目投产，后因焦炉炉顶空间温度高达960 ℃ ( 正常温度800 ℃) ，又投资了4. 5亿元对焦炉炉体进行改造，调整为2 × 60 孔7. 63 m 顶装煤大型焦炉，产能为2 × 850 kt /a。

为响应国家的环保政策，兖矿国际焦化有限公司早在2012 年就启动了焦炉烟气脱硫脱硝除尘技术的调研工作，重点对国内大中型重点炼焦企业的脱硫脱硝除尘和烟气余热回收综合利用等技术进行了深入细致的调查研究。对于焦化行业而言，焦炉烟气脱硫脱硝是当前面临的一项新课题，焦炉烟气脱硫脱硝除尘技术调研工作启动后，与中科院兰州化物所联合进行了焦炉烟气低温脱硝侧线试验，其后率先在2 × 60 孔7. 63 m顶装煤大型焦炉上新上脱硫脱硝除尘环保装置，有效降低了污染物的排放。现简介如下。

1 治理前焦炉烟气的排放状况

兖矿国际焦化有限公司2 ×850 kt /a 焦炉的设计烟气总处理量为540 000 m3 /h。实际运行过程中，实测烟气处理量为320 000 m3 /h，外排烟气中SO2含量平均为150 mg /m3、NOx含量平均为1 500 mg /m3，远远超过国标要求。

2 焦炉烟气脱硝工艺技术及其实施

2. 1 焦炉烟气脱硝工艺技术

焦炉烟气脱硝工艺主要有干法和湿法两大类型。经调研，兖矿国际焦化有限公司决定采用马鞍山市江海节能科技有限公司宁芳青教授开发的焦炉低氮燃烧技术( 专利技术) 对焦炉系统进行优化改造，主要是对焦炉炉体内的加热配风量进行控制，以减少炼焦过程中NOx的生成。具体内容包括: ① 对7. 63 m 焦炉加热系统进行优化，实现焦炉的均匀加热，以控制NOX的产生，降低焦炉烟气的NOX含量，实现达标排放; ②增加焦炉加热测温、烟气组分分析、回炉煤气热值测量调节控制系统，实现焦炉的自动化控制;③ 控制焦炉加热温度在1 500 ℃ ( 热力型NOX产生临界温度) 以下，减少热力型NOX的产生;

④ 调优7. 63 m 焦炉加热工艺控制方式，以降低回炉煤气消耗，提高焦炉加热的均匀性。

2. 2 焦炉烟气脱硝项目的实施

兖矿国际焦化有限公司于2015 年11 月与马鞍山市江海节能科技有限公司签订焦炉脱硝改造项目合同，2016 年3 月脱硝项目开工建设，2016 年年底完成建设，2017 年1 月进行全面调试，2017 年3 月26 日正式投运。投运后，焦炉烟气中NOX含量稳定控制在300 mg /m3 左右，实现了NOX的达标排放。

3 焦炉烟气脱硫工艺技术及其实施

兖矿国际焦化有限公司焦炉烟气脱硫采用钙钠双碱法脱硫工艺，该工艺技术成熟，投资相对较少，在中小型焦炉中应用较多，具有混合气液流通量大、系统压降低、操作简便、运行稳定且运行周期长、脱硫效率最高可达97% 等诸多优点。钙钠双碱法脱硫工艺技术的核心原理在于先用氢氧化钠( 或碳酸钠) 碱性吸收溶液脱除烟气中的含硫气体，再用氧化钙( 石灰粉) 对脱硫液进行再生，从而可避免系统由于铵盐、飞灰小颗粒等凝结而易出现的结垢问题，同时可提高吸收速率和脱硫剂利用率，液气比低，运行成本低。

3. 1 焦炉烟气脱硫工艺技术

3. 1. 1 烟气脱硫系统

从焦炉出来的热烟道气，先经余热锅炉回收余热，将焦炉烟气温度由300 ℃ 降至180 ℃ 左右，再经空气换热器将烟气温度降至150 ℃ 左右，然后由引风机将烟气送入脱硫吸收塔。脱硫塔内设有几十支雾化喷枪，喷枪喷洒出的雾化脱硫液滴均匀散布于脱硫塔塔体内，烟气中的SO2与雾化的脱硫碱液充分混合、反应( SO2 + H2O=H2SO3; Na2CO3 + H2SO3 =Na2SO3 + CO2

+ H2O) 。脱硫后的洁净烟气经除雾器后由烟囱排入大气。脱硫循环碱液吸收SO2后，经塔底管道流入积沉池内，在积沉池内将反应生成的颗粒物和灰尘沉淀下来，积沉池上部洁净的脱硫碱液自流溢入再生池，在再生池内与乳液槽来的石灰乳进行再生反应，同时碱液循环槽补入碳酸钠溶液，脱硫碱液由泵打入脱硫塔内循环利用; 再生反应生成的固体CaSO3及经氧化生成的固体CaSO4则经压滤机脱水后排出。

3. 1. 2 脱硫渣处理系统

脱硫碱液经循环泵送至脱硫塔内与焦炉烟气充分接触反应后，从脱硫塔底部排出，排出的脱硫液( 混合浆液) 含有Na2SO3、NaHSO3及少量粉尘渣( 大部分烟尘在原除尘器中除去) ，进入反应槽，与从氧化钙浆液槽输送过来的石灰浆液发生再生反应，然后经石膏旋流器浓缩后送入真空皮带脱水机脱除水分，清液返回脱硫塔循环利用，石膏渣则排入石膏库。

3. 2 焦炉烟气脱硫项目的实施

2016 年3 月，与济宁市化工设计院( 总包单位) 签订焦炉尾气深度脱硫技改项目施工合同。项目于2016 年4 月开工，2016 年7 月建成，经调试消缺和168 h 生产考核后，于2016 年8月正式投运。焦炉烟气脱硫系统投运后，整体运行状况稳定，2016 年10 月完成焦炉烟气在线监测系统的验收，顺利通过当地环保部门的竣工验收，实现SO2的达标排放，达到预期目标。

4 焦炉烟气治理成效

改造前，外排烟气中SO2含量150 mg /m3、NOX含量1 500 mg /m3。脱硝脱硫项目实施后，设计烟气总处理量540 000 m3 /h，实际烟气处理量320 000 m3 /h，经脱硝脱硫后，外排烟气中SO2含量≤20 mg /m3、NOX含量≤500 mg /m3。

焦炉脱硫脱硝项目的主要技术经济指标如下: 项目总投资2 805 万元，年运行费用1 081万元，年平均所得税90 万元; 项目投资回收期( 含所得税) 8. 75 a ( 含建设期) ; 全年SO2减排量36. 3 t、NOX减排量2 717 t，节省SO2、NOX委托处理费用1 441 万元。可见，每年为企业带来的利润约为1441 - 1081 - 90 = 270 万元。

5 结束语

兖矿国际焦化有限公司是山东省6 m 以上焦炉首家实现烟气治理的焦化企业，其新上的脱硫脱硝除尘环保装置符合国家的产业政策、行业发展规划、环保标准、节约能源等方面的要求，所用脱硫脱硝工艺技术先进、成熟可靠、运行成本低，经济效益、环保效益和社会效益均非常明显，值得在业内推广应用。