在對焦化廠(chǎng)煉焦生產(chǎn)過(guò)程中排放煙氣中NOx、SO2等污染物化特征進(jìn)行分析基礎上,對干法脫硫、濕法脫硫及SCR法脫硝工藝特征進(jìn)行分析。在焦爐生產(chǎn)過(guò)程中,煙氣污染問(wèn)題不可避免,當下,針對焦爐煙氣的治理,主要以脫硫脫硝處理為主。
根據國家相關(guān)規定,將NOx的排放整合至總量控制因子中,并規定在焦爐煙氣中,二氧化硫的質(zhì)量濃度一定要控制在小于50mg/Nm3,氮氧化物的質(zhì)量濃度控制在小于500mg/Nm3,方可排放至大氣中。故此,對焦爐煙氣脫硫脫硝凈化工藝進(jìn)行研究具有重要的現實(shí)意義。
1)焦化廠(chǎng)焦爐煙道氣參數多樣,對焦爐煙道氣成分影響的因素也多樣,以焦爐生產(chǎn)工藝、焦爐類(lèi)型、燃料種類(lèi)、焦爐運行機制、煉焦原料煤有機硫構成比等為主。
2)和電廠(chǎng)320℃~400℃煙氣溫度相對比,焦爐煙道氣溫度值相對較低,約為180℃~300℃,以200℃~230℃居多。若在工藝生產(chǎn)過(guò)程中能應用高爐煤氣加熱焦爐,那么煙道氣溫度將會(huì )更低(<200℃)。
3)焦爐煙道氣內SO2含量范圍相對較廣:60mg/m3~800mg/m3;NOx含量的差異相對較大:400mg/m3~1200mg/m3;含水量存在很大區別:5.0%~17.5%。
4)焦爐煙道氣成分構成,伴隨著(zhù)焦爐液壓交換機操作形式的變化也出現規律性變化,所以,煙氣內SO2、NOx、氧含量的波峰與波谷指標差異較大。
5)焦爐煙囪務(wù)必從始至終維持在熱備的運行狀態(tài)中,為確保煙氣凈化設備在突發(fā)狀態(tài)下能維持焦爐生產(chǎn)作業(yè)的正常性,產(chǎn)生的環(huán)境污染相對較輕微。和電廠(chǎng)煙氣相比,焦爐煙囪務(wù)必在整個(gè)生產(chǎn)周期維持熱備狀態(tài),經(jīng)脫硫脫硝后的煙道氣溫度一定要高于煙氣露點(diǎn)溫度,且煙氣溫度一定要高于130℃時(shí)方可直接回到原煙囪,所以,焦爐煙道廢氣需經(jīng)加熱方可回到原煙囪;而在煙氣溫度偏低或含水量偏高情況時(shí),由于焦爐煙囪未應用防腐措施只能排放到大氣環(huán)境中。
6)焦爐煙道氣成分復雜多變,以硫化氫、一氧化碳、甲烷、焦油等為主。
>2.1干法脫硫工藝
干法與半干法煙道氣脫硫系統內的固體堿性吸收劑被噴至煙道氣流內,或促使煙氣以穿透堿性吸收劑的形式與吸收劑氣相觸及。不管是哪種形式,煙氣內所含有的SO2均會(huì )與固體堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應,生成相對應的硫酸鹽和亞硫酸鹽。
為促進(jìn)以上反應的快速進(jìn)行,固體堿性物質(zhì)一定要具備細碎或疏松等特征。在半干法煙道氣脫硫系統運轉過(guò)程中,需將適量水添加至煙道氣內,進(jìn)而促進(jìn)堿性物質(zhì)顆粒表層有液膜生成,在這樣的情況下SO2會(huì )順利溶入其中,對固體堿性物質(zhì)與其反應效率均起到正向作用。
不管是干法脫硫技術(shù)中的脫硫吸收還是產(chǎn)物處理工序,均是在相對干燥的環(huán)境下進(jìn)行的,該種工藝方法運行過(guò)程中不會(huì )對設備產(chǎn)生明顯的腐蝕作用,并有效規避了污染水排出現象,煙氣在凈化過(guò)程中溫度不會(huì )明顯降低,該種脫硫工藝技術(shù)能促使煙囪更易排氣與擴散。但該工藝類(lèi)型在運行過(guò)程中存在脫硫劑利用率與脫硫效率普遍偏低、設備龐大等不足。
>2.2濕法脫硫工藝
當下,世界各國的濕法煙氣脫硫工藝在工藝程序、運行機制與形式等方面存在異曲同工之處,其均通過(guò)使用石灰石、碳酸鈉、石灰等物質(zhì),促使其轉化為洗滌劑,在反應塔內對煙氣進(jìn)行洗滌,進(jìn)而實(shí)現除去煙氣內SO2的目標。該種工藝方法已經(jīng)有數千年的應用歷程,并始終處于不斷改良與優(yōu)化的運行狀態(tài)中,技術(shù)日趨成熟化,脫硫效率高于95%,副產(chǎn)品更易回收。
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝由于吸收劑成本相對較低,故此在濕法脫硫領(lǐng)域應用范疇不斷拓展。該種工藝技術(shù)的特征是脫硫率、吸收劑利用率相對較高,能更好地適應高濃度SO2的煙氣條件。但是,其具有基礎建設造價(jià)成本高、脫硫廢水有一定腐蝕性等缺點(diǎn),并且,由于石灰石需連續引進(jìn),這在很大程度上增加了采購成本及副產(chǎn)品亞硫酸鈣處理的難度。
>2.3SCR法脫硝工藝
回顧多種脫硝技術(shù)的應用歷程發(fā)現,選擇性催化還原法(SCR)為脫硝率相對較高、應用范疇及相對成熟的技術(shù)類(lèi)型。SCR技術(shù)的應用原理是,在特定溫度與催化劑作用下,使用氨或烴作還原劑,進(jìn)而有針對性地將煙氣內的NOx還原成氮氣與水。
催化反應的環(huán)境溫度通常在200℃~400℃,該類(lèi)工藝技術(shù)在應用過(guò)程中無(wú)任何副產(chǎn)品生成,采用填充大量催化劑方式,促使煙氣脫硝率達到80%以上。
SCR系統中的反應由主反應與副反應兩大部分構成,其中,主反應見(jiàn)式(1)、式(2),副反應見(jiàn)式(3)、式(4)。
在SCR法系統運行過(guò)程中,煙氣溫度是影響催化劑運行效率的主要參數。SCR技術(shù)在脫硝方面效能的發(fā)揮需具備相對較高的溫度條件,促進(jìn)催化反應的發(fā)生與進(jìn)行,同時(shí),催化反應過(guò)程中也存在最佳催化溫度,這是每類(lèi)催化劑特有屬性之一,即,溫度直接影響催化反應效率。故此,焦爐煙氣要安設煙氣加熱系統。反應產(chǎn)物以N2與H2O為主,不能回收利用,只會(huì )造成一定原料與動(dòng)力耗損,不產(chǎn)生經(jīng)濟效益,催化劑每隔3年需更換1次,費用投入量相對較大。
SCR法脫硝工藝經(jīng)催化劑性能改進(jìn)后,可促使反應條件溫度有一定降幅,一般在180℃~200℃,但是,在低溫環(huán)境下,SCR工藝因為H2O、SO2及氨易生成銨鹽導致催化劑中毒,可能對催化劑效能造成不同程度影響。