CN105344236A - 一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，属于焦炉烟气净化技术领域。本发明所述工艺包括以下步骤：将焦炉烟气依次通入袋式除尘器及回转式烟气换热器，然后与燃气、空气一起进入燃烧室；将升温的烟气与氨气/空气混合，并通入SCR脱硝反应器进行氮氧化物的脱除；脱硝后的烟气进入回转式烟气转换器及空气预热器进行换热；最后将烟气通入脱硫塔进行氨法脱硫。本发明能同时实现对焦炉烟气中的颗粒物粉尘杂质、氮氧化物及硫化物的去除，各步相互配合，有效地提高了工作效率及装置利用率。本发明是一种适用性广、安全可靠、脱硫脱硝效率高、氨逃逸率低、无废液排放、热量利用率高、运行成本低的焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺。

Description

一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺
技术领域
本发明属于焦炉烟气净化技术领域，特别涉及一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺。
背景技术
焦炉烟囱排放的大气污染物为焦炉煤气燃烧后产生的废气，主要有SO2、NOx及烟尘等，污染物呈有组织高架点源连续性排放，是污染最为严重的行业之一。随着国家对大气污染治理的日益重视，焦炉烟气污染物的治理已迫在眉睫。依据《炼焦化学工业污染物排放标准(GB16171—2012)》规定，自2015年1月1日起，现有焦化企业需执行颗粒物浓度30mg/m3、二氧化硫50mg/m3、氮氧化物500mg/m3的排放限值，依此标准仅有少数企业能够达标。通常经过脱硫除尘后，颗粒物及二氧化硫可达到排放标准。但对于标准规定的“大气污染特别排放限值”，将焦炉烟囱氮氧化物排放限值设定在150mg/m3，现有及新建焦炉若不采取措施，烟气均无法达标排放。焦炉烟气的治理，应在尽量不影响焦炉正常运行的前提下，使脱硫脱硝除尘效率满足国家和焦化行业的排放标准，同时最大限度地利用余热。
目前焦炉烟气脱硫脱硝除尘装置大部分是分开处理的：脱硫主要采用氨法、双碱法、氧化镁法、氢氧化镁法、柠檬酸钠法等；脱硝主要采用选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)以及两种方法联合使用(SCR-SNCR)。
现在国内焦炉烟气脱硫主要采用石灰石-石膏法，这种脱硫方法不仅投资较大，消耗大量的石灰石，且产生了大量价值不高的石膏和脱硫废水。而氨法脱硫是一种高效、低耗能的湿法脱硫方式，脱硫效率高，原料来源广。而且，在炼焦生产中会产生大量的剩余氨水，这些剩余氨水经过除油、脱酚等工艺后可得到浓度较高的氨水。因此，在焦化企业，采用氨法脱硫可以做到就地取材，大幅减少运行成本。
而当前焦炉烟气脱硝尚无成熟工艺技术可供采用，尚需借鉴其他行业脱硝技术，主要是燃煤电厂常用的SCR脱硝技术。SCR是目前最成熟的烟气脱硝技术，广泛应用在国内外工程中，已成为燃煤电厂烟气脱硝的主流技术。虽然烟气脱硝技术在燃煤电厂行业较为成熟，但焦化行业的现场工况与燃煤电厂行业相差很大，照搬燃煤电厂行业脱硝技术难以行得通。SCR脱硝技术的操作温度在300℃～420℃，燃煤电厂省煤器出口温度在满负荷下高于350℃，即使在50％负荷下也高于320℃；而焦炉烟气进入总烟道的温度在260℃～270℃，有热回收装置的烟气经过热回收后温度降至160℃～170℃。与此同时，适用于中低温(低于280℃)的SCR脱硝技术尚面临诸多问题，例如：成本高、催化剂活性不高、催化剂易中毒、抗SO2性能差，尤其是生成硫酸氢铵等物质易附着在催化剂表面，堵塞催化剂内孔道，降低催化剂的比表面积，造成催化活性降低，使用寿命减短。因此，中低温SCR脱硝技术很难适用于焦炉烟气脱硝行业，而针对焦炉烟气脱硝，须将焦炉烟气的温度提升至SCR催化剂作用温度区间(300℃～420℃)，才能保证较高的脱硝效率，达到排放标准。
现有的燃煤电厂SCR烟气脱硝工艺多采用高尘布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，从锅炉省煤器引出的烟气经过SCR反应器后进入空气预热器。而焦化烟气中粉尘主要是煤尘和焦尘，其含量高、成分复杂，若采用高尘布置方式，易造成催化剂堵塞、磨损及碱金属中毒，严重时会导致停炉，造成重大损失。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种适用性广、安全可靠、可行性强、脱硫脱硝效率高、氨逃逸率低、无废液排放、热量利用率高、运行成本低的焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺。本发明通过以下技术方案来实现：
一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，包括以下步骤：
1)将焦炉烟气通入袋式除尘器进行除尘；
2)经除尘后的烟气进入回转式烟气换热器进行换热，经换热升温后与燃气、空气一起进入燃烧室燃烧升温；
3)将经过燃烧升温的烟气与氨气/空气混合气混合，并将混合后的气体通入SCR脱硝反应器中通过脱硝催化剂进行氮氧化物的脱除；
4)烟气从SCR脱硝反应器出口依次通入回转式烟气转换器及空气预热器进行换热；
5)经降温后的烟气进入脱硫塔进行氨法脱硫，脱硫达标后通过烟囱排放，即完成焦炉烟气的脱硫脱硝除尘工艺。
本发明采用高温低尘布置方式，在脱硫脱硝之前先进行袋式除尘器进行除尘，既可以保证SCR催化剂具有良好的催化活性，又可以避免烟尘对SCR催化剂的冲刷，硫酸氢铵等物质引起的结垢降低催化剂使用寿命、以及粉尘中碱金属引起的催化剂中毒。袋式除尘器用于滤除颗粒物及粉尘，其除尘效率≥99.5％，能够有效提高后续催化剂的脱硝效率及使用寿命。
经除尘的烟气换热升温后与燃气、空气一起进入燃烧室燃烧升温，以达到后续SCR脱硝催化剂的活性温度区间，提高氮氧化物的脱除效率。SCR脱硝反应器的作用是通过脱硝催化剂的催化作用脱除焦炉烟气中的氮氧化物。其中，氮氧化物脱除率≥85％，SCR脱硝反应器出口氮氧化物浓度≤100mg/m3。
经SCR脱硝反应器的烟气再次进入回转式烟气转换器，利用其自身热量加热新鲜的焦炉烟气，再经过空气预热器利用其剩余的热量对空气进行加热，可以充分回收利用热量，节约燃气的用量，降低运行成本。
烟气经降温后进入脱硫塔进行氨法脱硫，脱硫剂可以利用脱硝阶段未反应的NH3，有效地降低氨逃逸率；脱硫剂吸收SO2等形成的硫酸氢铵等物质，排出脱硫塔后以氮肥的形式使用，既能防止有害物质对空气造成污染，又能实现物质的循环有效利用，达到节约资源的目的。脱硫后的焦炉烟气二氧化硫浓度≤50mg/m3，烟尘浓度≤15mg/m3，温度为50℃～70℃。
作为本发明的一种优选，所述袋式除尘器中的除尘材料为不锈钢纤维织布，烧结不锈钢纤维膜、铁铬铝纤维织布中的一种或几种。
作为本发明的一种优选，所述燃气为焦炉煤气、高炉煤气、混合煤气、天然气中的一种或几种。
作为本发明的一种优选，所述燃烧室燃烧升温的焦炉烟气温度为300℃～420℃。将经过除尘的焦炉烟气与燃气、空气一起进入燃烧室燃烧升温到300℃～420℃，达到SCR脱硝催化剂的催化温度，以提高SCR脱硝催化剂的催化活性及氮氧化物的脱除效率。
作为本发明的一种优选，所述氨气/空气混合气的混合过程为：将氨水在蒸发器中蒸发为氨气，在氨气/空气混合器中与空气混合至氨气体积分数为3％～5％。
作为本发明的一种优选，所述氨气/空气混合气中氨气与焦炉烟气中氮氧化合物的体积比为1:1。
作为本发明的一种优选，所述SCR脱硝反应器前依次设置有喷氨格栅及静态混合器。在SCR脱硝反应器前设置喷氨格栅，将氨气/空气混合气均匀送入烟气输送管道，并在静态混合器中与焦炉烟气进一步混合均匀后进入SCR脱硝反应器。
作为被发明的一种优先，所述SCR脱硝反应器内设置有整流板。整流板的作用是梳理烟气分配，保证烟气流场的均匀性，减轻催化剂表面飞灰的集聚。
作为本发明的一种优选，所述SCR脱硝催化剂为V2O5-WO3-TiO2系蜂窝状脱硝催化剂。SCR脱硝催化剂通常装填为两层或三层，且在SCR反应器上设有与催化剂层相应的声波吹扫装置，根据积灰情况每3～6小时运行一次，每次6分钟，以避免灰尘在催化剂层沉积。
作为本发明的一种优选，所述回转式烟气换热器设置有柱形转子、圆筒形外壳、传动装置、密封装置及吹灰系统。
作为本发明的一种优选，所述空气预热器换热后烟气温度为160℃～180℃，所述焦炉烟气进入脱硫塔的温度为60℃～80℃。
作为本发明的一种优选，所述氨水与氨法脱硫脱硫剂为焦化厂蒸氨工段的副产品氨水或外购氨水，优选地，氨水浓度为5％～10％。氨水在SCR脱硝系统中作为还原剂，在氨法脱硫中作为脱硫剂。在氨法脱硫中，NH3和SO2反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵经空气氧化得到硫酸铵浆液，通过浓缩、结晶和干燥后，成为产品硫酸铵，作为肥料销售。其反应化学原理如下：
SO2+H2O+xNH3→(NH4)xH2-xSO3(x≤2)(1)
(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3→(NH4)2SO4(x≤2)(2)
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明将新鲜焦炉烟气与SCR反应器出口烟气换热，并加入燃气燃烧，提高烟气温度，使温度达到SCR脱硝催化剂的活性温度区间，提高了催化剂活性，提高脱硝效率。SCR反应器出口的高温烟气的热量通过与新鲜焦炉烟气换热，并与空气预热器二次换热，充分回收利用其热量，节约燃气的用量，降低运行成本。
2.本发明以焦化厂蒸氨工段副产的氨水或外购氨水为脱硫剂脱除SO2，同时氨水经蒸发后，与空气混合作为脱硝还原剂进入SCR反应器，脱除氮氧化物，达到有效利用氨气实现“以废治废”的效果。
3.本发明使用V2O5-WO3-TiO2系SCR脱硝催化剂，不要求使用低温脱硝催化剂，即可达到较高的氮氧化物脱除效果。
4.本发明在脱硝阶段未反应的NH3以及产生的亚硫酸氢铵、硫酸氢铵等物质进入脱硫塔内，作为脱硫剂使用，降低氨逃逸率。脱硫剂吸收SO2等形成的硫酸氢铵等物质，排出脱硫塔后以氮肥的形式使用，既能防止有害物质对空气造成污染，又能实现物质的循环有效利用，达到节约资源的目的。
5.本发明采用焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，能够同时实现对焦炉烟气中的颗粒物粉尘杂质、氮氧化物及硫化物的去除，同时各步骤相互配合，提高工作效率的同时，有效地提高了装置利用率，降低了运行成本。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
附图标记：1－氨泵；2－蒸发器；3－氨气/空气混合器；4－稀释风机；5－燃烧室；6－烟囱；7－袋式除尘器；8－回转式烟气换热器；9－空气预热器；10－空气风机；11－SCR脱硝反应器；12－脱硫塔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，包括除尘过程、脱硝过程及脱硫过程，具体步骤如下：
1)焦炉烟气在引风机作用下，通过管道输送至袋式除尘器7进行除尘，以除去其中的颗粒物粉尘等杂质。除尘器材料为耐高温的不锈钢纤维织布。其中，袋式除尘器的除尘效率为99.5％，除尘器出口烟尘浓度为30mg/m3。
2)经过除尘的焦炉烟气经管道输送至回转式烟气换热器8，经与SCR脱硝反应器11出口烟气换热升温后，进入燃烧室5。与来自厂区的焦炉煤气、空气与焦炉烟气一同进入燃烧室5进行燃烧，使焦炉烟气温度升高至320℃。
3)焦化厂蒸氨工序产生的氨水经氨泵1输送至蒸发器2，在蒸发器2中蒸发为氨气与经稀释风机4产生的空气在氨气/空气混合器3中混合至氨气体积分数为5％，并通过喷氨格栅均匀送入烟气输送管道，送至静态混合器中与加热后的焦炉烟气进一步混合(其中氨气与焦炉烟气中氮氧化合物的体积比为1:1)。将混合后的气体通入SCR脱硝反应器11，在SCR脱硝催化剂V2O5-WO3-TiO2的作用下将氮氧化物进行脱除。其中，氮氧化物的脱除率为90％，SCR脱硝反应器11出口氮氧化合物的浓度为80mg/m3。
4)反应后的焦炉烟气自SCR脱硝反应器11出口进入回转式烟气换热器8，利用其自身热量加热新鲜的焦炉烟气，并通过空气预热器9预热空气(空气通过空气风机10进入空气预热器9)以充分利用其热量。空气预热器换热后烟气温度为180℃，然后通过散热降温使焦炉烟气温度降至80℃。
5)烟气经降温后进入脱硫塔12进行氨法脱硫。所用的湿法脱硫脱硫剂为10％的氨水，脱硫后的焦炉烟气中二氧化硫浓度为50mg/m3，烟尘浓度为15mg/m3，温度为70℃。将经过脱硝脱硫后的烟气通过烟囱6排放，脱硫塔内反应生成的硫酸氢铵等物质，排出脱硫塔后以氮肥的形式使用。
实施例2：
一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，包括除尘过程、脱硝过程及脱硫过程，具体步骤如下：
1)焦炉烟气在引风机作用下，通过管道输送至袋式除尘器7进行除尘，以除去其中的颗粒物粉尘等杂质。除尘器材料为耐高温的不锈钢纤维织布。其中，袋式除尘器的除尘效率为99.8％，除尘器出口烟尘浓度为25mg/m3。
2)经过除尘的焦炉烟气经管道输送至回转式烟气换热器8，经与SCR脱硝反应器11出口烟气换热升温后，进入燃烧室5，与来自厂区的焦炉煤气、空气与焦炉烟气一同进入燃烧室5进行燃烧，使焦炉烟气温度升高至400℃。
3)焦化厂蒸氨工序产生的氨水经氨泵1输送至蒸发器2，在蒸发器2中蒸发为氨气与经稀释风机4产生的空气在氨气/空气混合器3中混合至氨气体积分数为3％，并通过喷氨格栅均匀送入烟气输送管道，送至静态混合器中与加热后的焦炉烟气进一步混合(其中氨气与焦炉烟气中氮氧化合物的体积比为1:1)。将混合后的气体通入SCR脱硝反应器11，在SCR脱硝催化剂V2O5-WO3-TiO2的作用下将氮氧化物进行脱除。其中，氮氧化物的脱除率为93％，SCR脱硝反应器11出口氮氧化合物的浓度为95mg/m3。
4)反应后的焦炉烟气自SCR脱硝反应器11出口进入回转式烟气换热器8，利用其自身热量加热新鲜的焦炉烟气，并通过空气预热器9预热空气(空气通过空气风机10进入空气预热器9)以充分利用其热量。空气预热器换热后烟气温度为165℃，然后通过散热降温使焦炉烟气温度降至60℃。
5)烟气经降温后进入脱硫塔12进行氨法脱硫。所用的湿法脱硫脱硫剂为10％的氨水，脱硫后的焦炉烟气中二氧化硫浓度为45mg/m3，烟尘浓度为12mg/m3，温度为55℃。将经过脱硝脱硫后的烟气通过烟囱6排放，脱硫塔内反应生成的硫酸氢铵等物质，排出脱硫塔后以氮肥的形式使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将焦炉烟气通入袋式除尘器进行除尘；
2)经除尘后的烟气进入回转式烟气换热器进行换热，经换热升温后与燃气、空气一起进入燃烧室燃烧升温；
3)将经过燃烧升温的烟气与氨气/空气混合气混合，并将混合后的气体通入SCR脱硝反应器中通过脱硝催化剂进行氮氧化物的脱除；
4)烟气从SCR脱硝反应器出口依次通入回转式烟气转换器及空气预热器进行换热；
5)经降温后的烟气进入脱硫塔进行氨法脱硫，脱硫达标后通过烟囱排放，即完成焦炉烟气的脱硫脱硝除尘工艺。
2.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述袋式除尘器中的除尘材料为不锈钢纤维织布，烧结不锈钢纤维膜、铁铬铝纤维织布中的一种或几种。
3.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述燃气为焦炉煤气、高炉煤气、混合煤气、天然气中的一种或几种。
4.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述燃烧室燃烧升温后的焦炉烟气温度为300℃～420℃。
5.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述氨气/空气混合气的混合过程为：将氨水在蒸发器中蒸发为氨气，在氨气/空气混合器中与空气混合至氨气体积分数为3％～5％。
6.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述氨气/空气混合气中氨气与焦炉烟气中氮氧化合物的体积比为1:1。
7.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述SCR脱硝反应器前依次设置有喷氨格栅及静态混合器，所述SCR脱硝反应器内设置有整流板。
8.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述SCR脱硝催化剂为V2O5-WO3-TiO2系蜂窝状脱硝催化剂。
9.如权利要求1所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述空气预热器换热后烟气温度为160℃～180℃，所述焦炉烟气进入脱硫塔的温度为60℃～80℃。
10.如权利要求1或5所述一种焦炉烟气脱硫脱硝除尘一体化工艺，其特征在于，所述氨水与氨法脱硫脱硫剂为焦化厂蒸氨工段的副产品氨水或外购氨水。
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