关于焦炉烟道废气脱硫脱硝的调研考察报告
国家在2012年重新修订了《炼焦化学工业污染物排放标准》，规定自2015年1月1日起，要求机焦炉烟囱废气排放颗粒物排放不高于30mg/m3，二氧化硫不高于50mg/m3，氮氧化物为500mg/m3。对于特别地域范围、时间执行特别排放限值要求，规定机焦炉烟囱废气排放颗粒物排放不高于15mg/m3，二氧化硫不高于30mg/m3，氮氧化物不高于150mg/m3。我公司采取了外出实际调研的方式，针对该项目进行了考察。
一、脱硫脱硝工艺指标对比
本次外出考察对标的几家单位各具特点，每家单位根据自身实际情况选择性的上的脱硫或者脱硝装置，没有一家同时上脱硫脱硝一体化工艺。
二、考察厂家具体情况分析
1、某焦化厂（一）
该厂一期焦化为4.3米捣固焦，年产焦炭100万吨，两座焦炉公用一个烟囱，焦炉烟道废气大约为25万立每小时。该公司采取纳米多金属吸附催化催化技术将SO2由150mg/m3降低为40mg/m3，同时因配入大量空气使氮氧化物降低为380mg/m3。工艺流程图如下图所示。
（1）脱硫工艺
脱硫方法采用的是纳米多金属催化剂技术，利用烟气中的水分、氧气、SO2和热量，生产一定浓度的硫酸。烟气中的SO2、H2O、O2被吸附在催化剂的孔隙中，在活性组分的催化作用下变为具有活性的分子，同时反应生成H2SO4。催化反应生成的硫酸富集在载体中，当脱硫一段时间孔隙能硫酸达到饱和后再生，释放出催化剂的活性位，催化剂的脱硫能力得到恢复。与传统炭法比较，催化法脱硫能耗少、脱硫剂损耗小且不必再建一套硫酸生产装置，使工艺流程变短，运行更稳定可靠。脱硫机理如下：
该公司脱硫塔分为四组，并联关系，生产时三组运行，备用一组；每24小时替换下一组进行解析冲洗；冲洗采用清水稀酸，最终制得5%的稀硫酸，该公司5%稀硫酸产量为每日12吨。
（2）投资费用
该公司一次性投资1700万元施工建设焦炉烟气脱硫装置；采用多金属纳米催化剂320m3，每立方催化剂价格为1.5万元，按照使用五年计算，每年催化剂投入成本为96万元。
该工段人员每班配置2人，一人负责锅炉、一人负责脱硫系统的操作；配备560kw/h的引风机，日耗电1.344万度。
（3）优点与缺点分析
优点：1、该公司采取的吸附催化制稀酸工艺环保洁净；2、该公司整体工艺充分考虑了焦炉热备及紧急情况下的排气问题，如果引风机停电，烟气可直接通过烟囱排放。
缺点：1、脱硫效果需要进一步验证，按照该公司二氧化硫40mg/m3排放指标不能满足我公司处于特限区域30mg/m3要求；2、引风机设计较大，烟气循环量及耗电较大，需要优化设计。
2、某焦化厂（二）
该厂一期焦化为4.3米捣固焦，年产焦炭90万吨，两座焦炉公用一个烟囱，焦炉烟道废气大约为16万立每小时。该公司采取氧化镁湿法脱硫，将SO2处理至22mg/m3，同时因配入大量空气使氮氧化物降低为285mg/m3。
（1）脱硫工艺
250℃左右的烟气先经过余热锅炉换热产生0.8Mpa饱和蒸汽，出余热锅炉蒸汽发生器后的烟气温度降到185℃左右，通过余热锅炉省煤器，烟气温度降到165℃左右，然后进入空气换热器（利用焦炉烟气余热加热常温空气至120℃左右经过3#烟道进入原烟囱，使烟囱处于热备状态以保持其吸力）再经引风机进入脱硫塔，经过脱硫后的烟气温度在60℃左右通过脱硫塔钢制烟囱直接达标排放。
脱硫技术采用湿法氧化镁法，主要利用SO2的酸性及还原性，通过酸碱反应，将SO2转化为MgSO4。反应原理如下
（2）投资费用
该公司一次性投资1800万元施工建设焦炉烟气脱硫装置；该工段人员每班配置2人，一人负责锅炉、一人负责脱硫系统的操作；
（3）优点与缺点分析
优点：烟气二氧化硫指标达标，可以降低至30mg/m3以下。
缺点：1、烟气温度降低至65℃，且在低空排放，造成大量烟气视觉污染；2、没有考虑烟囱热备，目前仅是从设计上安装了一台应急风机，预计安全性较差。3、生产得到的硫酸镁硫膏纯度很差，无法处理。
3、某焦化厂（三）
该厂一期焦化为5.5米捣固焦，年产焦炭130万吨，两座焦炉公用一个烟囱，，焦炉烟道废气大约为16万立每小时。该公司通过优化加热技术，通过实时监控火道温度、火落温度、推出焦饼表面温度、废气分析含氧量等多种手段合理降低标准温度，优化焦炉加热均匀性，使氮氧化物由800mg/m3降低为285mg/m3。该公司目前正在建设氧化镁湿法脱硫装置，当前SO2排放指标为70mg/m3。脱硫工艺流程图如下图所示。
（1）脱硝工艺
氮氧化物产生机理：焦炉氮氧化物产生属于热力型，根据相关研究、焦炉煤气燃烧温度低于1750℃时、立火道1250℃时，废气氮氧化物含量小于500mg/m3；当焦炉煤气燃烧温度低于1350℃时，焦炉废气中氮氧化物不明显；当燃烧温度小于1600℃时，NOx生成量很小，当燃烧温度大于1600℃时，NO生成量大幅度上升。因此控制焦炉煤气燃烧温度不大于1750℃，即立火道温度不大于1250℃，可大幅降低烟气氮氧化物浓度。
该技术方法就是从氮氧化物产生的机理着手，通过焦炉的加热优化和火落管理技术，对加热过程的各个环节进行精细化操作管理、精密化监测、控制，从前端精确控制燃烧气氛、炉膛局部高温、炉体的串漏量等，通过合理降低高温燃烧火焰温度，破坏氮氧化物产生的条件，使在焦炉生产中少产生氮氧化物。
（2）脱硫工艺
采取湿式氧化镁法。但是，从设计上，该公司增加了一个空气预热装置，预热后空气达到130℃直接通入焦炉烟囱，能够使焦炉烟囱处于热备状态。
（3）投资费用
该公司一次性投资2400万元施工建设焦炉烟气脱硫装置；脱硫工段预计配备人员每班2人，一人负责锅炉、一人负责脱硫系统的操作；优化加热脱硝装置两座焦炉一次性投资900-1000万元，无需配备人员，可以指导四班煤气组人员操作。
（4）优点与缺点分析
优点：1、通过焦炉优化加热系统，不仅使氮氧化物由800mg/m3降低为285mg/m3，而且使单炉耗气量由16000m3/h降低至13000m3/h，有较大利益点；2、用空气预热的方法解决了焦炉热备的问题；
缺点：烟气温度降低至65℃，且在低空排放，造成大量烟气视觉污染；
4、某焦化厂（四）
该厂一期、二期均为6米顶装焦炉，两座焦炉公用一个烟囱，焦炉烟道废气大约为25万立每小时。
该公司直排SO2指标为50mg/m3，氮氧化物指标为1100mg/m3。为了保证氮氧化物排放达标，该公司采取SCR技术进行脱硝处理，处理后，氮氧化物均降低至20mg/m3以下。具体工艺流程图为下图所示。
（1）脱硝工艺
NH3-SCR法烟气脱硝反应原理是：4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O。该反应是在300℃-400℃催化剂条件下发生的反应。脱硝催化剂是NH3-SCR法烟气脱硝的核心技术，一般占总装置投资成本的30%~50%，评价催化剂的反应性能的指标：活性、选择性、稳定性（包括化学稳定性、耐热稳定性、抗毒稳定性和机械稳定性）。
图1
图2
依据焦炉烟道废气温度不高于300℃的实际情况，目前低温SCR法催化剂及装置是当前脱硝工艺的核心技术，上图1、2为一、二期焦化设计的脱硝装置流程图。
图一工艺流程为300℃烟气先脱硝，然后余热回收，在进烟囱，使烟囱能够保持热备；脱硝塔采取3层并联式，正常工作时投用两层，一层作为备用或者检修；
图二工艺流程300℃烟气先脱硝，然后余热回收，在进烟囱，使烟囱能够保持热备；脱硝装置采取6塔式结构，正常生产时投用5塔，剩余一塔用热风炉进行离线解析再生。
（2）投资费用
该公司一次性投资5450万元施工建设两期焦炉烟气脱硝装置，图一流程耗资2750万元，图二流程耗资2700万元；每个工段每班配备人员2人，一人负责锅炉、一人负责脱硫系统的操作；低温SCR催化剂成本为10万每立方，图一脱硝装置用120立方，一次性投资1200万元催化剂费用。
（3）优点及缺点分析
优点：依据该公司的烟气温度较高的实际特点，工艺流程设计简单，解决了烟气脱硝问题；
缺点：脱硝前没有脱硫，从实际生产上出现了多次影响脱硝效果的情况；
5、某焦化厂（五）
该厂一焦化为6米顶装焦炉，年产焦炭110万吨。该公司通过采取安徽工业大学优化加热技术，使氮氧化物由900mg/m3降低为450mg/m3。据分析，该公司回炉煤气H2S为100mg/m3，有机硫含量也很低，目前SO2排放指标为40mg/m3。
三、考察意见
焦炉烟气的脱硫脱硝项目需要依据公司实际工艺指标进行设计研发，根据考察现场实际情况，需要设定以下原则。
（1）焦炉烟囱能够热备，保证烟囱本身吸力，使炼焦生产能够安全稳定；
（2）没有新的工业废物产生，否则会增加新的问题；
（3）尽可能先脱硫、后脱硝，以保证昂贵SCR催化剂的寿命；
（4）重视根源治理，通过技术手段或工艺优化从根源降低二氧化硫及氮氧化物的排放，这样会有效降低脱硫脱硝工艺运行成本。
依据以上原则，提出以下考察意见。
1、优化焦炉加热
通过优化加热技术可以从根源上降低氮氧化物排放浓度，同时降低炼焦耗热量2%-5%，从而降低吨焦成本，降低后续脱硝工艺运行成本；
2、脱硫废液单独处理
通过对比上述几家焦化厂，脱硫废液对焦炉烟道废气二氧化硫排放影响很大，如果脱硫废液能够采取制酸等工艺，会很大程度降低烟气二氧化硫排放浓度，优化净化车间脱硫运行效果，降低工艺管道腐蚀。
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