【硫老师】几种焦炉烟气脱硫脱硝技术详解

1.脱硝原理

在催化剂存在的条件下，烟气中NOx与喷入的氨发生还原反应，生成N2和H2O，实现脱除NOx。反应温度通常在290-420℃之间，脱硝反应式为：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (2)

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (3)

式(1)和式(3)是主要反应，因为烟气中90%以上NOx是以NO形式存在。

2.脱硝工艺流程

用主抽风机从焦炉总烟道引出原烟气，经过GGH换热或加热炉加热至320℃(加热炉用焦炉煤气加热)。热烟气进入SCR反应器，与加入的脱硝剂(液氨)在催化剂作用下进行选择性还原反应，达到高效脱硝目的。脱硝后的洁净烟气进入GGH，加热原烟气，从GGH出来的洁净烟气经余热锅炉加热冷水，回收热能后，进入烟囱排至大气(见图2)。

该脱硝工艺装置主要由GGH(烟气-烟气换热器)、烟气加热炉、余热锅炉、SCR反应器、氨站等组成。

图2 加热焦炉烟气+高温催化还原脱硝工艺流程示意

SICS法催化氧化(有机催化法)脱硫脱硝工艺

1.有机催化法脱硫脱硝原理

利用有机催化剂L中的分子片段与亚硫酸结合形成稳定的共价化合物，有效地抑制不稳定的亚硫酸的逆向分解，并促进它们被持续氧化成硫酸，催化剂随即与之分离。生成的硫酸在塔底与加入的碱性物质如氨水等快速生成高品质的硫酸铵化肥，其反应原理和过程与工业硫酸铵化肥的生产相似。该过程反应式如下：

SO2+H2O→H2SO3(1)

H2SO3+L→L˙H2SO3(2)

L˙H2SO3+O2→L+H2SO4(3)

H2SO4+NH3→(NH4)2SO4(4)

脱硝与脱硫原理相类似，当加入强氧化剂(臭氧或双氧水)时，NO转化为易溶于水的高价氮氧化物生成亚硝酸(HNO2)。有机催化剂促进它们被持续氧化成硝酸，随即与之分离。加入碱性中和剂(氨水)后可制成硝酸铵化肥。该过程反应式如下：

NO+O3→NO2(5)

NO2+H2O→HNO2(6)

HNO2+L→L˙HNO2(7)

L˙HNO2+O2→L+HNO3(8)

HNO3+NH3→NH4NO3(9)

2.工艺流程

焦炉烟气先经过臭氧氧化，烟气温度小于150℃，然后进入脱硫塔，烟气中的SO2和NOx溶解在水里分别生成H2SO3和HNO2。有机催化剂捕捉以上两种不稳定物质后形成稳定的络合物L∙H2SO3和L∙HNO2，并促使它们被持续氧化成H2SO4和HNO3，催化剂随即与之分离。生成的H2SO4和HNO3很容易被碱性溶液吸收，这样就在一个吸收塔内同时完成了脱硫和脱硝(见图3)。

图3 SICS法催化氧化(有机催化法)脱硫脱硝工艺流程示意

在臭氧氧化时，要求烟气温度小于150℃，所以需要对原烟气进行喷水降温。脱硫可以用任何碱液作为吸收剂，该工艺采用氨水做吸收剂。洗涤后的烟气通过填料层、二级除雾器除去水滴后，回送至焦炉烟囱直接排放至大气。

脱硫后的主要副产物为硫酸铵，脱硝后的主要副产物为硝酸铵。当吸收塔内脱硫脱硝后的组合溶液中化肥浓度达到30%左右时，由泵排出组合溶液至分离设备，将催化剂、灰尘和组合溶液分离。分离后的催化剂返回吸收塔循环使用，灰渣脱水后外排，而组合溶液进入换热器升温，然后由干燥机结晶，成为合格的硫酸铵和硝酸铵化肥。

该工艺主要由以下系统组成：

烟气系统：由焦炉引出焦炉烟气，经过化肥液体及喷水降温，由200℃降低到150℃以下，以适应臭氧反应温度低于150℃的要求。

吸收系统：烟气自下而上进入吸收塔，循环浆液自上而下喷淋，烟气和循环浆液直接接触，完成捕捉过程，处理后的洁净气体经过除雾器除雾后，排至烟囱。

脱硝氧化系统：烟气中的NO不溶于水，很难被碱性溶液吸收，必须将其氧化成为高价易溶解的氮氧化物，方可被吸收，脱硝氧化系统提供能氧化NO气体的氧化剂——臭氧。臭氧经过烟道内混合器后与烟气中的NO充分混合，将其氧化成易溶解的氮氧化物，进入吸收塔后被吸收得以去除。

盐液分离及化肥回收系统：吸收塔里浆液化肥浓度达到30%左右时，开启浆液排出泵，将其送入过滤器，分离出其中的灰尘。然后浆液进入分离器，将有机催化剂和盐液分开。催化剂返回吸收系统循环利用，盐液则进入化肥回收系统。

氨水储存供给系统：将氨送入吸收塔进行脱硫脱硝。

催化剂供给系统：捕捉浆液中不稳定的H2SO3和HNO2后形成稳定的络合物，在氧化空气下被持续氧化成H2SO4和H2NO3，很容易被碱性溶液吸收，生成硫酸铵和硝酸铵。

延伸阅读：

SCR法烟气脱硝技术在FCC锅炉中的应用

【硫老师】烟气脱硫脱硝一体化技术盘点

快来get!火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术