于守立，王莉

【摘要】受煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺影響，近年來學(xué)界圍繞焦?fàn)t煙道氣處理開展了大量研究，新型脫硝催化劑、徑向熱管式余熱鍋爐均屬于這類研究取得的成果，基于此，本文就焦?fàn)t煙道氣污染特性展開分析，并對脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)的方案、關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢分析進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望論述內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】焦?fàn)t煙道氣；脫硫；脫硝；余熱回收

0 前言

SO₂、NO_x屬于焦?fàn)t煙道氣的主要污染成分，這類成分不僅會危害人類身體健康，我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的創(chuàng)建也會受到一定負(fù)面影響，而為了將這類負(fù)面影響降到最低，正是本文就焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)展開具體研究的原因所在。

1 焦?fàn)t煙道氣污染特性分析

作為專門從事冶金焦炭生產(chǎn)及冶煉焦化產(chǎn)品加工、回收的專業(yè)工廠，焦化廠生產(chǎn)往往不可避免的會產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣燃燒后的廢氣， 由于這類廢氣主要由二氧化硫和氮氧化物組成，這就使得焦?fàn)t煙道氣的排放與大氣污染之間存在一定聯(lián)系，這也是學(xué)界近年來對焦?fàn)t煙道氣處理開展大量研究的原因所在。

2012 年6 月，我國環(huán)境保護(hù)部及國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局聯(lián)合發(fā)布了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171－2012），由此焦化廠焦?fàn)t煙道氣排放標(biāo)準(zhǔn)得以明確，表1 為新標(biāo)準(zhǔn)對焦?fàn)t煙道氣排放做出的具體規(guī)定^[1]。

受《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》影響，S 焦化有限公司在焦?fàn)t煙氣處理領(lǐng)域開展了大量研究， 本文涉及的焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)便屬于這一研究所取得的成果。

2 一體化技術(shù)方案

2.1 一體化技術(shù)組成

為滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，S 焦化有限公司開展了焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)的研究， 這一研究首先確定了集成循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)、低溫SCR 煙氣脫硝技術(shù)、徑向熱管式余熱鍋爐的研究方向， 三種優(yōu)秀技術(shù)的集合即可較好滿足公司的長期可持續(xù)發(fā)展需要，焦?fàn)t煙道氣處理需求也將以此得到滿足。

2.2 方案構(gòu)成

焦?fàn)t煙道氣一體化處理流程可以描述為“焦?fàn)t→焦?fàn)t煙道氣→脫硝反應(yīng)器→熱管式煙氣換熱器→循環(huán)流化床反應(yīng)塔→脫硫劑制備→循環(huán)流化床反應(yīng)塔→脫硫劑再循環(huán)和布袋除塵器→增壓風(fēng)機(jī)→塔頂煙囪排放”。在一體化技術(shù)應(yīng)用中，該技術(shù)的具體應(yīng)用如下所示：①引出地面。該技術(shù)能夠首先將公司生產(chǎn)排放的焦?fàn)t地下煙道氣引出地面， 這一環(huán)節(jié)需要得到管路上設(shè)置的電動調(diào)節(jié)閥支持。②脫硝處理。在電動調(diào)節(jié)閥支持下，焦?fàn)t地下煙道氣將進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，該環(huán)節(jié)主要應(yīng)用低溫SCR 煙氣脫硝技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫硝處理。③回收余熱。完成脫硝處理后，煙道氣將進(jìn)入煙氣余熱回收裝置，該回收裝置使用了徑向熱管式余熱鍋爐技術(shù)，由此煙道氣中存在的0.6MPa 飽和蒸汽在該環(huán)節(jié)被回收。④脫硫處理。增壓后的煙道氣進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)塔，該環(huán)節(jié)使用了循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)，由此即可完成高質(zhì)量的煙道氣脫硫。⑤增壓處理。為滿足排放需要并適應(yīng)全負(fù)壓工藝流程， 需在煙道氣脫硫后通過增壓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)增壓。⑥排放。經(jīng)過脫硫、增壓處理，焦?fàn)t地下煙道氣會通過脫硫塔頂?shù)臒焽枧欧?sup>[2]。

3 關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢分析

3.1 關(guān)鍵技術(shù)介紹

循環(huán)流化床半干法脫硫、脫硝反應(yīng)器、偏心型徑向熱管換熱器屬于本文研究的關(guān)鍵技術(shù)組成，具體技術(shù)內(nèi)容如下所示。

3.1.1 循環(huán)流化床半干法脫硫

相較于常見的氨法脫硫技術(shù)， 循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)能夠有效避免氨泄漏等問題的出現(xiàn)，同時具備的投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、容易循環(huán)回收利用等優(yōu)點(diǎn)也使得該技術(shù)具備著廣闊應(yīng)用前景。在筆者的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用還能夠?qū)崿F(xiàn)利用鍋爐排出煙塵中含有的大量未完全反應(yīng)CaO 作為吸收劑、降低布袋除塵器濾料化學(xué)侵害、煙囪與煙道不需要防腐、節(jié)約水資源等優(yōu)勢。在循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)的具體應(yīng)用中，該技術(shù)需要得到脫硫劑制備、脫硫塔、脫硫劑再循環(huán)和布袋除塵器的支持，由此即可較好滿足焦?fàn)t煙道氣脫硫需要。

3.1.2 脫硝反應(yīng)器

氧化吸收法、選擇性非催化還原法、選擇性催化還原法均屬于典型的焦?fàn)t煙道氣脫硝方法， 本文研究選擇了脫硫效率最高、最為完善成熟的選擇性催化還原法，該脫硫方法的原理為“使用氨氣作為還原劑，將NO_x還原為N₂”，選擇性催化還原法的反應(yīng)方程式為：NO_x+NH₃+O₂→N₂+H₂O?？紤]到成本和處理質(zhì)量，選擇了蒸氨工段產(chǎn)生的20%濃度的濃氨水，通過管道引入和調(diào)節(jié)閥控制流量， 即可保證濃氨水與焦?fàn)t煙道氣實(shí)現(xiàn)均勻混合、充分反應(yīng)，為最大程度上保障反映質(zhì)量，脫硝反應(yīng)器的進(jìn)出口設(shè)置了NO_x傳感器，由此實(shí)現(xiàn)的實(shí)時監(jiān)測NO_x濃度，即可合理控制濃氨水的加入量。

對于焦?fàn)t煙道氣的脫硝處理來說， 脫硝催化劑的選擇屬于其中關(guān)鍵， 本文研究采用了近年來中科院科研人員開發(fā)的新型脫硝催化劑，該催化劑由金屬氧化物涂層、陶瓷蜂窩、活性組分組成，屬于整體涂層式結(jié)構(gòu)，在蜂窩陶瓷、氧化物涂層、活性組分支持下，該脫硝催化劑具備阻力低、氨逃逸率低、熱膨脹系數(shù)小、選擇性優(yōu)秀、可高空速操作、溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，這就使得其能夠較好滿足本文開展的一體化技術(shù)研究需要。

在圍繞新型脫硝催化劑開展的試驗(yàn)研究中， 工作人員通過連續(xù)試驗(yàn)求得了蝶閥出口處煙氣各物質(zhì)平均濃度， 其中NO_x為1100mg/m³、NO 為720mg/m³、SO₂為450mg/m³、O₂為190mg/m³、NO₂為10mg/m³，同時每15min 各物質(zhì)的濃度數(shù)值均會發(fā)生周期性波動， 這種波動的出現(xiàn)與公司的焦?fàn)t操作制度存在直接關(guān)聯(lián)。圖1 為新型催化劑脫硝效率示意圖，結(jié)合該圖可以清楚發(fā)現(xiàn)處理前的焦?fàn)t煙道氣氮氧化合物濃度在800~1200mg/m³之間波動，而處理后的濃度則完全處于20mg/m³ 以下，由此可見該技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的98%脫硫效率^[3]。

3.1.3 偏心型徑向熱管換熱器

常規(guī)軸向重力熱管技術(shù)屬于最常見的焦?fàn)t煙道氣余熱回收技術(shù)，該技術(shù)具備換熱效率高、超導(dǎo)體性能優(yōu)秀、環(huán)境適應(yīng)性良好、避免露點(diǎn)腐蝕、具備單項(xiàng)熱傳遞特性等特點(diǎn)，但在筆者的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)， 該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中較為容易引發(fā)爆管事故，同時較高的整體制造成本也影響了技術(shù)的推廣?？紤]到常規(guī)軸向重力熱管技術(shù)存在的不足， 本文研究選擇了基于該技術(shù)的徑向熱管換熱器技術(shù)， 該技術(shù)科學(xué)設(shè)計了徑向熱管偏心度， 由此實(shí)現(xiàn)了熱管工質(zhì)填充量增加、生產(chǎn)效率大幅提高、節(jié)能效率現(xiàn)狀提升，爐底煙道風(fēng)壓控制良好也使得該技術(shù)在應(yīng)用中不會出現(xiàn)常規(guī)軸向重力熱管技術(shù)常見的氣堵問題。

3.2 優(yōu)勢分析

簡單了解焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)涉及的關(guān)鍵技術(shù)后，本文將圍繞三種技術(shù)的優(yōu)勢開展分析，具體分析內(nèi)容如下所示。

3.2.1 循環(huán)流化床半干法脫硫優(yōu)勢

技術(shù)成熟、原料來源充足、脫硫效率高、投資費(fèi)用少、節(jié)約水資源、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行可靠、綜合效益高、無二次污染屬于循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)具備的優(yōu)勢， 這里的脫硫效率高是由于該技術(shù)的脫硫效率能夠達(dá)到95%以上； 節(jié)約水資源是由于該技術(shù)在煙氣中含水量高時的節(jié)水效果較為明顯， 延長Ca（OH）₂吸收劑的表面液膜存續(xù)時間便證明了這一認(rèn)知；投資費(fèi)用少是由于循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)酸性氣體的完全脫除，由此煙囪防腐的投資即可大大節(jié)約，由此可見該技術(shù)所具備的優(yōu)勢。

3.2.2 脫硝反應(yīng)器優(yōu)勢

脫硝效率始終穩(wěn)定在98%以上、操作空速為傳統(tǒng)方法4倍、催化劑床層阻力較低、可較好服務(wù)于未來工程放大均屬于脫硝反應(yīng)器具備的優(yōu)勢。其中，98%以上的脫硝效率使得該技術(shù)能夠較好滿足生產(chǎn)需要；300Pa 的催化劑床層阻力使得風(fēng)機(jī)能耗將大幅降低，脫硝環(huán)節(jié)的成本優(yōu)勢將進(jìn)一步提升；最高可達(dá)16000h-1 的操作空速將較好滿足公司生產(chǎn)需要。

3.2.3 偏心型徑向熱管換熱器優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)軸向重力熱管技術(shù)存在的不足， 偏心型徑向熱管換熱器具備熱管工質(zhì)填充量較高、熱管換熱器熱效率進(jìn)一步提升、工程總體成本大幅下降、節(jié)能效率達(dá)到國際先進(jìn)水平等優(yōu)勢， 這些優(yōu)勢自然使得其能夠較好服務(wù)于焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化的實(shí)現(xiàn)。在筆者的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)， 偏心型徑向熱管換熱器的使用還解決了以往余熱回收熱管換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題， 實(shí)際應(yīng)用中該技術(shù)具備的運(yùn)行穩(wěn)定、蒸汽生產(chǎn)能力滿足實(shí)際需要、無氣堵現(xiàn)象也使得該技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)一步被放大， 這點(diǎn)需要得到相關(guān)業(yè)內(nèi)人士的高度重視。

4 結(jié)論

綜上所述， 焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝及余熱回收利用一體化技術(shù)的研究具備較高現(xiàn)實(shí)意義， 文章的第一節(jié)證明了這一認(rèn)知。而在此基礎(chǔ)上，本文涉及的循環(huán)流化床半干法脫硫、脫硝反應(yīng)器、偏心型徑向熱管換熱器等關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，則證明了研究的實(shí)踐價值。因此，在相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐探索中，本文內(nèi)容能夠發(fā)揮一定程度的參考作用。

參考文獻(xiàn)

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