CN110496527A - 一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，主要解决现有技术中焦炉烟道废气脱硫脱硝处理成本高、产生二次废弃物、处理工艺复杂的技术问题。本发明的技术方案为：一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，包括：对焦炉烟道废气进行降温；对降温后的焦炉烟道废气进行脱硫和除尘；对经脱硫和除尘处理后焦炉烟道废气进行换热和升温；对升温后的焦炉烟道废气进行脱硝；对脱硝后的焦炉烟道废气进行换热降温和排放。本发明方法工艺节能性好，排烟温度适中，能源利用率高；脱硫产物稀硫酸用于生产硫铵，脱硝产物为氮气和水，无二次污染产生，无固体废弃物，无干粉现场扬尘情况产生。

Description

一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法

技术领域

本发明涉及一种焦炉烟道废气的处理工艺，特别涉及一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，属于焦炉烟道废气无害化处理技术领域。

背景技术

炼焦煤经装煤车按序装入炭化室，在950～1050℃的温度下高温干馏成焦炭。焦炉加热用高炉煤气或焦炉煤气由外管送至焦炉各燃烧室，在燃烧室内与经过蓄热室预热的空气混合燃烧，燃烧后的废气经跨越孔、立火道、斜道，在蓄热室与格子砖换热后经分烟道、总烟道，最后从烟囱排出。

焦炉因其生产工艺的特殊性，烟囱排放的热烟气中含二氧化硫、氮氧化物、粉尘。据统计，我国炼焦生产烟气中二氧化硫含量范围大：100mg/m³～500mg/m³；氮氧化合物含量差别大：300mg/m³～1000mg/m³；颗料物含量受焦炉炭化室窜漏影响较大，随着炉龄增长也很难实现达标排放的要求。要达到标准的限值(二氧化硫小于30mg/m³，氮氧化物小于150mg/m³)的要求，必须要对焦炉烟道废气进行脱硫脱硝处理。

焦炉烟道废气具有以下特点：一是焦炉烟道废气温度范围基本为180～300℃，温度波动范围较大；二是焦炉烟道废气成分复杂，NOx含量偏高；三是焦炉烟道废气中含有SO₂，对脱硝催化剂有毒性；四是焦炉烟囱必须始终处于热备状态，也就是说，烟气经脱硫脱硝后，最后排放温度还得保证在130℃以上。

焦炉烟道废气的脱硫脱硝工艺分为先脱硫后脱硝工艺和先脱硝后脱硫工艺两种，脱硫工艺分为湿法脱硫和半干法脱硫，脱硝工艺分为低温催化脱硝和中温催化脱硝；根据焦炉烟道废气温度的差异，有以下四种常见的工艺组合：

工艺1，SCR脱硝+湿法脱硫工艺，中国专利CN204365119U公开了一种焦炉烟道废气脱硝脱硫及再热系统工艺装置，将来自焦炉烟道废气首先进入SCR脱硝反应器进行脱硝，脱硝后热烟气进入GGH烟气再热器和脱硫塔脱硫后的湿烟气进行换热，换热后热烟气由280-350℃降至150-160℃后通过增压风机增压后进入脱硫塔脱硫，脱硫塔出口湿烟气进入GGH烟气再热器由70-80℃换热成160℃左右烟气进入烟囱排放。该技术存在的主要问题：1)焦炉烟道废气中的粉尘会对脱硝催化剂磨损，焦炉烟道废气中的较高浓度SO₂会引起催化剂中毒，焦油窜漏堵塞催化剂等，从而降低了脱硝效率；2)湿法脱硫热损失大，温降达到60℃；3)脱硫副产物难处理以及易造成白烟污染。

工艺2，SCR脱硝+半干法脱硫工艺，中国专利CN205832922U公开了一种低温焦炉烟道废气环保综合处理系统，焦炉烟道废气出口通过烟气管道与中低温SCR反应器入口相连，脱硝后的烟气经余热回收，通过引风机进入半干法脱硫塔，脱硫塔出口通过烟气管道进入袋式除尘装置，通过引风机排入焦炉原烟囱。该技术存在的主要问题：1)焦炉烟道废气中的粉尘会对脱硝催化剂磨损，焦炉烟道废气中的较高浓度SO₂会引起催化剂中毒，焦油窜漏堵塞催化剂等，从而降低了脱硝效率；2)半干法脱硫产物难处理3)脱硫剂粉尘大，存在颗粒物超标的风险。

工艺3，半干法脱硫+低温SCR工艺，中国专利CN105944564A公开了一种焦炉烟道废气余热回收利用、脱硫及脱硝一体化系统及方法，将高温焦炉烟道废气经余热回收并降温后，得到低温焦炉烟道废气，低温焦炉烟道废气通过半干法脱硫进入除尘系统，除尘处理后的烟气进行SCR低温脱硝处理，脱硝后焦炉烟道废气排入原烟囱。该技术存在的主要问题：1)脱硫剂粉尘大，存在颗粒物超标的风险；2)采用除尘系统，占地面积大；3)脱硫产物难以处理；4)低温催化剂价格高有待生产检验。

工艺4，干法脱硫+低温SCR工艺，中国专利CN107519762A公开了一种清洁型焦炉烟道废气脱硫脱硝方法及应用，将220-230℃的焦炉烟道废气首先由风机送入预处理系统进行除尘、调质，使烟气的温度达到160-165℃、烟尘浓度、水分、氧浓度等指标满足脱硫工艺要求，然后进入脱硫塔脱硫。脱硫塔分为多个区域，每个区域内装填一定量脱硫剂，烟气经布气管道进入脱硫区，经过脱硫剂层时，烟气中的SO₂、O₂、H₂O分子被脱硫剂捕捉并生成硫酸。脱硫后烟气(可先除尘)由风机送入混合器与还原剂混合调质，使烟气的温度达到130-165℃、氧和还原剂浓度等指标满足脱硝工艺要求，然后进入脱硝塔进行脱硝。通过脱硝后焦炉烟道废气可直接达标排放。该技术存在的主要问题：1)采用除尘，占地面积大；2)脱硝还原剂选择液氨，压力容器有安全隐患；3)采用160-165℃的低温催化剂，价格高，未见工业化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，主要解决现有技术中焦炉烟道废气脱硫脱硝处理成本高、产生二次废弃物、处理工艺复杂的技术问题；本发明方法，采用先催化脱硫后催化脱硝的技术方案，工艺简单，实现了焦炉烟道废气脱硫脱硝处理成本大幅降低。

本发明采用的技术方案是：一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，包括以下步骤：

1)对焦炉烟道废气进行降温，从焦炉烟道中引出焦炉烟道废气，先将焦炉烟道废气输送至换热器进行换热降温，换热后的焦炉烟道废气温度为150-170℃，后将焦炉烟道废气输送至调质器，在调质器中对流经的焦炉烟道废气进行喷水冷却，经调质器喷水冷却后的焦炉烟道废气温度为140-150℃，所述的焦炉烟道废气为焦炉加热后产生的温度为180-210℃的废气；

2)对降温后的焦炉烟道废气进行脱硫和除尘，将调质器输出的焦炉烟道废气的输送至脱硫塔进行脱硫和除尘，经脱硫和除尘后，控制焦炉烟道废气的温度为130-140℃，所述的脱硫采用催化脱硫工艺；

3)对经脱硫和除尘处理后焦炉烟道废气进行换热和升温，先将脱硫塔输出的焦炉烟道废气输送至换热器进行换热升温，经换热升温后的焦炉烟道废气温度为180-200℃，换热升温后，将占焦炉烟道废气总质量10％—15％的焦炉烟道废气输送至加热炉进行加热升温，这一部分焦炉烟道废气经加热炉升温至600-800℃；将经加热炉升温后的温度为600-800℃焦炉烟道废气和未经加热炉升温处理的温度为180-200℃的焦炉烟道废气进行混合，控制混合的焦炉烟道废气为205-215℃；

4)对升温后的焦炉烟道废气进行脱硝，将升温后的焦炉烟道废气输送至脱硝塔进行脱硝，所述的脱硝采用选择性催化反应脱硝工艺；

5)对脱硝后的焦炉烟道废气进行换热降温和排放，将脱硝后的焦炉烟道废气输送至换热器进行换热降温，换热降温后，控制换热器输出的焦炉烟道废气温度为140℃-150℃，用引风机将换热器输出的焦炉烟道废气送入焦炉烟囱进行对空排放。

进一步，本发明步骤1)所述的换热器为管式换热器。

本发明步骤3)和步骤5)所述的换热器为烟气换热器。

本发明步骤2)中所述的脱硫工艺采用采用催化脱硫工艺，脱硫后烟气温度降低到130-140℃；

脱硫催化剂采用活性炭，活性炭负载有一定活性组分，脱硫催化剂对SO₂氧化制酸过程具有催化性，脱硫催化剂既有吸附功能，对硫酸有一定储存能力，又具有催化功能，将脱硫过程变为硫酸生产过程。

步骤2)所述的脱硫过程包括，焦炉烟道废气中的SO₂、H₂O、O₂在脱硫塔内被脱硫催化剂吸附，在脱硫催化剂作用下，SO₂和O反应生成SO₃，SO₃进一步和H₂O反应生成H₂SO₄；脱硫塔通过反冲洗旁滤将粉尘颗粒物滤出。

本发明步骤2)中的脱硫塔具有除尘的功能，通过反冲洗旁滤将粉尘颗粒物滤出。

步骤3)中，将脱硝前的焦炉烟道废气与脱硝后的焦炉烟道废气进行换热，充分利用热能；脱硝前占焦炉烟道废气总质量10％—15％的焦炉烟道废气进入加热炉，加热炉内部燃烧煤气，将这部分焦炉烟道废气温度加热到600-800℃，再与其它未经加热炉升温处理的焦炉烟道废气混合，通过调整加热炉的工况，使得混合后烟气温度保持在205-215℃；

步骤4)所述的选择性催化反应脱硝工艺包括，还原剂采用尿素；催化剂采用低温催化剂，催化剂的活性成分为五氧化二钒，催化剂适宜反应温度为200-220℃

步骤4)所述的脱硝过程包括脱硫后烟气送入脱硝塔入口烟道，脱硝系统向催化剂上游的烟气中喷入还原剂、利用催化剂将烟气中的NO_X转化为N₂和H₂O。

在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：

4NO+4NH₃+O₂＝4N₂+6H₂O

6NO+4NH₃＝5N₂+6H₂O

在燃烧烟气中，NO₂一般约占总的NO_X浓度的5％，NO₂参与的反应如下：

2NO₂+4NH₃+O2＝3N₂+6H₂O

6NO₂+8NH₃＝7N₂+12H₂O

上面两个反应表明还原NO₂比还原NO需要更多的氨。

对于新投用的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NO_X脱出率，就必须增加反应器中NH₃/NO_X摩尔比(NSR)。当不能保证预先设定的脱硝率和(或)氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器的性能。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、工艺节能性好，整套工艺基本无热源的浪费，排烟温度适中，能源利用率高；2、工艺绿色环保，脱硫产物稀硫酸用于生产硫铵，作为一种化肥，脱硝产物为氮气和水，无二次污染产生，无固体废弃物，无干粉现场扬尘情况产生。3、工艺路线短，系统控制简单，无除尘器，在脱硫过程中兼具除尘功能，通过旁滤系统将粉尘沉淀排出，布局更紧凑，占地面积小；4、工艺布局合理，采用先脱硫后脱硝的工艺路线，避免了废气中高浓度硫及粉尘等对脱硝的影响；5、工艺适用性强，受焦炉加热燃料及加热工艺的影响，焦炉烟道废气温度及烟气成份波动大，本工艺适合所有大于160℃烟气条件，通过换热与调质使脱硫入口烟气温度控制在140-150℃；二氧化硫含量范围大：5mg/m³～500mg/m³；氮氧化合物：50mg/m³～1000mg/m³。6、工艺投资费用低，运行费用省，脱硫催化剂三年后可再生添加后利用。

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明作进一步表述。

实施例1，某焦化厂6m焦炉两座，合用一座烟囱，在焦炉炼焦过程中排放焦炉烟道废气含有二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物。焦炉烟囱烟气主要排放参数如下：烟气量30万m3/h，烟气温度为180℃-210℃，烟气粉尘浓度20-30mg/m³、SO₂浓度80-150mg/m³，NOx浓度300-700mg/Nm³。

焦炉烟道废气首先通过换热和调质进入脱硫塔脱硫，然后通过换热、加热炉补充热量进入脱硝塔脱硝，脱硝后烟气再经过换热后排放，具体过程如下。

一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，包括以下步骤：

1)对焦炉烟道废气进行降温，从焦炉烟道中引出焦炉烟道废气，先将焦炉烟道废气输送至管式换热器进行换热降温，管式换热器内部通入冷却水，换热后的焦炉烟道废气温度为150-170℃，后将焦炉烟道废气输送至调质器，在调质器中对流经的焦炉烟道废气进行喷水冷却，经调质器喷水冷却后的焦炉烟道废气温度为140-150℃，所述的焦炉烟道废气为焦炉加热后产生的温度为180-210℃的废气；

2)对降温后的焦炉烟道废气进行脱硫和除尘，将调质器输出的焦炉烟道废气的输送至脱硫塔进行脱硫和除尘，所述的脱硫采用催化脱硫工艺；脱硫催化剂采用活性炭；焦炉烟道废气中的SO₂、H₂O、O₂在脱硫塔内被脱硫催化剂吸附，在脱硫催化剂作用下，SO₂和O反应生成SO₃，SO₃进一步和H₂O反应生成H₂SO₄；脱硫塔通过反冲洗旁滤将粉尘颗粒物滤出；经脱硫和除尘后，控制焦炉烟道废气的温度为130-140℃；

3)对经脱硫和除尘处理后焦炉烟道废气进行换热和升温，先将脱硫塔输出的焦炉烟道废气输送至烟气换热器进行换热升温，经换热升温后的焦炉烟道废气温度为180-200℃，换热升温后，将占焦炉烟道废气总质量10％—15％的焦炉烟道废气输送至加热炉进行加热升温，这一部分焦炉烟道废气经加热炉升温至600-800℃；将经加热炉升温后的温度为600-800℃焦炉烟道废气和未经加热炉升温处理的温度为180-200℃的焦炉烟道废气进行混合，控制混合的焦炉烟道废气为205-215℃；

4)对升温后的焦炉烟道废气进行脱硝，将升温后的焦炉烟道废气输送至脱硝塔进行脱硝；脱硝工艺是选择性催化反应脱硝，所用还原剂为尿素；用催化剂将焦炉烟道废气中的NO_X转化为N₂和H₂O；催化剂的活性成分为五氧化二钒，脱硝后混合后烟气温度保持在205-215℃；

5)对脱硝后的焦炉烟道废气进行换热降温和排放，将脱硝后的焦炉烟道废气输送至烟气换热器进行换热降温，换热降温后，控制烟气换热器输出的焦炉烟道废气温度为140℃-150℃，用引风机将换热器输出的焦炉烟道废气送入焦炉烟囱进行对空排放。

采用本发明方法处理前后的焦炉烟道废气性能参数见表1。

表1本发明方法处理前后的焦炉烟道废气性能参数

由表1可知，原始烟气温度波动的情况下(温度180-210℃，粉尘浓度20-30mg/m³、SO₂浓度80-150mg/m³，NOx浓度300-700mg/Nm³)，处理后的烟气温度140-145℃，粉尘浓度6-8mg/m³、SO₂浓度10-15mg/m³，NOx浓度100-130mg/Nm³。满足了焦炉烟囱热备的需求(温度大于130℃)，各项指标达到特别地区限值的标准(粉尘浓度<10mg/m³、SO₂浓度<30mg/m³，NOx浓度150mg/Nm³)，满足了处理需求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

1)对焦炉烟道废气进行降温，从焦炉烟道中引出焦炉烟道废气，先将焦炉烟道废气输送至换热器进行换热降温，换热后的焦炉烟道废气温度为150-170℃，后将焦炉烟道废气输送至调质器，在调质器中对流经的焦炉烟道废气进行喷水冷却，经调质器喷水冷却后的焦炉烟道废气温度为140-150℃，所述的焦炉烟道废气为焦炉加热后产生的温度为180-210℃的废气；

2)对降温后的焦炉烟道废气进行脱硫和除尘，将调质器输出的焦炉烟道废气的输送至脱硫塔进行脱硫和除尘，经脱硫和除尘后，控制焦炉烟道废气的温度为130-140℃，所述的脱硫采用催化脱硫工艺；

3)对经脱硫和除尘处理后焦炉烟道废气进行换热和升温，先将脱硫塔输出的焦炉烟道废气输送至换热器进行换热升温，经换热升温后的焦炉烟道废气温度为180-200℃，换热升温后，将占焦炉烟道废气总质量10％—15％的焦炉烟道废气输送至加热炉进行加热升温，这一部分焦炉烟道废气经加热炉升温至600-800℃；将经加热炉升温后的温度为600-800℃焦炉烟道废气和未经加热炉升温处理的温度为180-200℃的焦炉烟道废气进行混合，控制混合的焦炉烟道废气为205-215℃；

4)对升温后的焦炉烟道废气进行脱硝，将升温后的焦炉烟道废气输送至脱硝塔进行脱硝，所述的脱硝采用选择性催化反应脱硝工艺；

5)对脱硝后的焦炉烟道废气进行换热降温和排放，将脱硝后的焦炉烟道废气输送至换热器进行换热降温，换热降温后，控制换热器输出的焦炉烟道废气温度为140℃-150℃，用引风机将换热器输出的焦炉烟道废气送入焦炉烟囱进行对空排放。

2.如权利要求1所述的一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，其特征是，步骤2)所述的催化脱硫工艺包括，脱硫催化剂采用活性炭，焦炉烟道废气中的SO₂、H₂O、O₂在脱硫塔内被脱硫催化剂吸附，在脱硫催化剂作用下，SO₂和O反应生成SO₃，SO₃进一步和H₂O反应生成H₂SO₄。

3.如权利要求1所述的一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，其特征是，步骤4)所述的选择性催化反应脱硝工艺包括，还原剂采用尿素；催化剂采用低温催化剂，催化剂的活性成分为五氧化二钒，催化剂适宜反应温度为200-220℃。

4.如权利要求1所述的一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，其特征是，步骤1)所述的换热器为管式换热器。

5.如权利要求1所述的一种焦炉烟道废气脱硫脱硝的方法，其特征是，步骤3)和步骤5)所述的换热器为烟气换热器。