關于焦爐煙道廢氣脫硫脫硝的調研考察報告
國家在2012年重新修訂了《煉焦化學工業污染物排放標準》，規定自2015年1月1日起，要求機焦爐煙囪廢氣排放顆粒物排放不高于30mg/m3，二氧化硫不高于50mg/m3，氮氧化物為500mg/m3。對于特別地域范圍、時間執行特別排放限值要求，規定機焦爐煙囪廢氣排放顆粒物排放不高于15mg/m3，二氧化硫不高于30mg/m3，氮氧化物不高于150mg/m3。我公司采取了外出實際調研的方式，針對該項目進行了考察。
一、脫硫脫硝工藝指標對比
本次外出考察對標的幾家單位各具特點，每家單位根據自身實際情況選擇性的上的脫硫或者脫硝裝置，沒有一家同時上脫硫脫硝一體化工藝。
二、考察廠家具體情況分析
1、某焦化廠（一）
該廠一期焦化為4.3米搗固焦，年產焦炭100萬噸，兩座焦爐公用一個煙囪，焦爐煙道廢氣大約為25萬立每小時。該公司采取納米多金屬吸附催化催化技術將SO2由150mg/m3降低為40mg/m3，同時因配入大量空氣使氮氧化物降低為380mg/m3。工藝流程圖如下圖所示。
（1）脫硫工藝
脫硫方法采用的是納米多金屬催化劑技術，利用煙氣中的水分、氧氣、SO2和熱量，生產一定濃度的硫酸。煙氣中的SO2、H2O、O2被吸附在催化劑的孔隙中，在活性組分的催化作用下變為具有活性的分子，同時反應生成H2SO4。催化反應生成的硫酸富集在載體中，當脫硫一段時間孔隙能硫酸達到飽和后再生，釋放出催化劑的活性位，催化劑的脫硫能力得到恢復。與傳統炭法比較，催化法脫硫能耗少、脫硫劑損耗小且不必再建一套硫酸生產裝置，使工藝流程變短，運行更穩定可靠。脫硫機理如下：
該公司脫硫塔分為四組，并聯關系，生產時三組運行，備用一組；每24小時替換下一組進行解析沖洗；沖洗采用清水稀酸，最終制得5%的稀硫酸，該公司5%稀硫酸產量為每日12噸。
（2）投資費用
該公司一次性投資1700萬元施工建設焦爐煙氣脫硫裝置；采用多金屬納米催化劑320m3，每立方催化劑價格為1.5萬元，按照使用五年計算，每年催化劑投入成本為96萬元。
該工段人員每班配置2人，一人負責鍋爐、一人負責脫硫系統的操作；配備560kw/h的引風機，日耗電1.344萬度。
（3）優點與缺點分析
優點：1、該公司采取的吸附催化制稀酸工藝環保潔凈；2、該公司整體工藝充分考慮了焦爐熱備及緊急情況下的排氣問題，如果引風機停電，煙氣可直接通過煙囪排放。
缺點：1、脫硫效果需要進一步驗證，按照該公司二氧化硫40mg/m3排放指標不能滿足我公司處于特限區域30mg/m3要求；2、引風機設計較大，煙氣循環量及耗電較大，需要優化設計。
2、某焦化廠（二）
該廠一期焦化為4.3米搗固焦，年產焦炭90萬噸，兩座焦爐公用一個煙囪，焦爐煙道廢氣大約為16萬立每小時。該公司采取氧化鎂濕法脫硫，將SO2處理至22mg/m3，同時因配入大量空氣使氮氧化物降低為285mg/m3。
（1）脫硫工藝
250℃左右的煙氣先經過余熱鍋爐換熱產生0.8Mpa飽和蒸汽，出余熱鍋爐蒸汽發生器后的煙氣溫度降到185℃左右，通過余熱鍋爐省煤器，煙氣溫度降到165℃左右，然后進入空氣換熱器（利用焦爐煙氣余熱加熱常溫空氣至120℃左右經過3#煙道進入原煙囪，使煙囪處于熱備狀態以保持其吸力）再經引風機進入脫硫塔，經過脫硫后的煙氣溫度在60℃左右通過脫硫塔鋼制煙囪直接達標排放。
脫硫技術采用濕法氧化鎂法，主要利用SO2的酸性及還原性，通過酸堿反應，將SO2轉化為MgSO4。反應原理如下
（2）投資費用
該公司一次性投資1800萬元施工建設焦爐煙氣脫硫裝置；該工段人員每班配置2人，一人負責鍋爐、一人負責脫硫系統的操作；
（3）優點與缺點分析
優點：煙氣二氧化硫指標達標，可以降低至30mg/m3以下。
缺點：1、煙氣溫度降低至65℃，且在低空排放，造成大量煙氣視覺污染；2、沒有考慮煙囪熱備，目前僅是從設計上安裝了一臺應急風機，預計安全性較差。3、生產得到的硫酸鎂硫膏純度很差，無法處理。
3、某焦化廠（三）
該廠一期焦化為5.5米搗固焦，年產焦炭130萬噸，兩座焦爐公用一個煙囪，，焦爐煙道廢氣大約為16萬立每小時。該公司通過優化加熱技術，通過實時監控火道溫度、火落溫度、推出焦餅表面溫度、廢氣分析含氧量等多種手段合理降低標準溫度，優化焦爐加熱均勻性，使氮氧化物由800mg/m3降低為285mg/m3。該公司目前正在建設氧化鎂濕法脫硫裝置，當前SO2排放指標為70mg/m3。脫硫工藝流程圖如下圖所示。
（1）脫硝工藝
氮氧化物產生機理：焦爐氮氧化物產生屬于熱力型，根據相關研究、焦爐煤氣燃燒溫度低于1750℃時、立火道1250℃時，廢氣氮氧化物含量小于500mg/m3；當焦爐煤氣燃燒溫度低于1350℃時，焦爐廢氣中氮氧化物不明顯；當燃燒溫度小于1600℃時，NOx生成量很小，當燃燒溫度大于1600℃時，NO生成量大幅度上升。因此控制焦爐煤氣燃燒溫度不大于1750℃，即立火道溫度不大于1250℃，可大幅降低煙氣氮氧化物濃度。
該技術方法就是從氮氧化物產生的機理著手，通過焦爐的加熱優化和火落管理技術，對加熱過程的各個環節進行精細化操作管理、精密化監測、控制，從前端精確控制燃燒氣氛、爐膛局部高溫、爐體的串漏量等，通過合理降低高溫燃燒火焰溫度，破壞氮氧化物產生的條件，使在焦爐生產中少產生氮氧化物。
（2）脫硫工藝
采取濕式氧化鎂法。但是，從設計上，該公司增加了一個空氣預熱裝置，預熱后空氣達到130℃直接通入焦爐煙囪，能夠使焦爐煙囪處于熱備狀態。
（3）投資費用
該公司一次性投資2400萬元施工建設焦爐煙氣脫硫裝置；脫硫工段預計配備人員每班2人，一人負責鍋爐、一人負責脫硫系統的操作；優化加熱脫硝裝置兩座焦爐一次性投資900-1000萬元，無需配備人員，可以指導四班煤氣組人員操作。
（4）優點與缺點分析
優點：1、通過焦爐優化加熱系統，不僅使氮氧化物由800mg/m3降低為285mg/m3，而且使單爐耗氣量由16000m3/h降低至13000m3/h，有較大利益點；2、用空氣預熱的方法解決了焦爐熱備的問題；
缺點：煙氣溫度降低至65℃，且在低空排放，造成大量煙氣視覺污染；
4、某焦化廠（四）
該廠一期、二期均為6米頂裝焦爐，兩座焦爐公用一個煙囪，焦爐煙道廢氣大約為25萬立每小時。
該公司直排SO2指標為50mg/m3，氮氧化物指標為1100mg/m3。為了保證氮氧化物排放達標，該公司采取SCR技術進行脫硝處理，處理后，氮氧化物均降低至20mg/m3以下。具體工藝流程圖為下圖所示。
（1）脫硝工藝
NH3-SCR法煙氣脫硝反應原理是：4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O。該反應是在300℃-400℃催化劑條件下發生的反應。脫硝催化劑是NH3-SCR法煙氣脫硝的核心技術，一般占總裝置投資成本的30%~50%，評價催化劑的反應性能的指標：活性、選擇性、穩定性（包括化學穩定性、耐熱穩定性、抗毒穩定性和機械穩定性）。
圖1
圖2
依據焦爐煙道廢氣溫度不高于300℃的實際情況，目前低溫SCR法催化劑及裝置是當前脫硝工藝的核心技術，上圖1、2為一、二期焦化設計的脫硝裝置流程圖。
圖一工藝流程為300℃煙氣先脫硝，然后余熱回收，在進煙囪，使煙囪能夠保持熱備；脫硝塔采取3層并聯式，正常工作時投用兩層，一層作為備用或者檢修；
圖二工藝流程300℃煙氣先脫硝，然后余熱回收，在進煙囪，使煙囪能夠保持熱備；脫硝裝置采取6塔式結構，正常生產時投用5塔，剩余一塔用熱風爐進行離線解析再生。
（2）投資費用
該公司一次性投資5450萬元施工建設兩期焦爐煙氣脫硝裝置，圖一流程耗資2750萬元，圖二流程耗資2700萬元；每個工段每班配備人員2人，一人負責鍋爐、一人負責脫硫系統的操作；低溫SCR催化劑成本為10萬每立方，圖一脫硝裝置用120立方，一次性投資1200萬元催化劑費用。
（3）優點及缺點分析
優點：依據該公司的煙氣溫度較高的實際特點，工藝流程設計簡單，解決了煙氣脫硝問題；
缺點：脫硝前沒有脫硫，從實際生產上出現了多次影響脫硝效果的情況；
5、某焦化廠（五）
該廠一焦化為6米頂裝焦爐，年產焦炭110萬噸。該公司通過采取安徽工業大學優化加熱技術，使氮氧化物由900mg/m3降低為450mg/m3。據分析，該公司回爐煤氣H2S為100mg/m3，有機硫含量也很低，目前SO2排放指標為40mg/m3。
三、考察意見
焦爐煙氣的脫硫脫硝項目需要依據公司實際工藝指標進行設計研發，根據考察現場實際情況，需要設定以下原則。
（1）焦爐煙囪能夠熱備，保證煙囪本身吸力，使煉焦生產能夠安全穩定；
（2）沒有新的工業廢物產生，否則會增加新的問題；
（3）盡可能先脫硫、后脫硝，以保證昂貴SCR催化劑的壽命；
（4）重視根源治理，通過技術手段或工藝優化從根源降低二氧化硫及氮氧化物的排放，這樣會有效降低脫硫脫硝工藝運行成本。
依據以上原則，提出以下考察意見。
1、優化焦爐加熱
通過優化加熱技術可以從根源上降低氮氧化物排放濃度，同時降低煉焦耗熱量2%-5%，從而降低噸焦成本，降低后續脫硝工藝運行成本；
2、脫硫廢液單獨處理
通過對比上述幾家焦化廠，脫硫廢液對焦爐煙道廢氣二氧化硫排放影響很大，如果脫硫廢液能夠采取制酸等工藝，會很大程度降低煙氣二氧化硫排放濃度，優化凈化車間脫硫運行效果，降低工藝管道腐蝕。
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