焦爐煙氣超低排放技術的研究與應用

自2018年開始，全國鋼鐵行業的焦化企業陸續開展超低排放改造工作，部分焦化廠已經上了以半干法為核心的脫硫、除塵設備，所以超低排放改造僅需提高脫硫除塵效率，而脫硝需要在原有脫硫除塵基礎上選擇兼容性更強的技術。因此，需要根據焦化煙氣的特征選擇合適的脫硝方法，進而通過關鍵工藝裝備的改進，集成基于煙氣特征適應性的超低排放技術。

焦化焦爐加熱產生的煙道氣中含有大量的二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOx），直接排放到大氣中,SO₂和NOx會參與和加劇光化學污染、酸沉降污染，嚴重影響環境質量。因此，對焦爐廢氣污染物實施高效治理已迫在眉睫，并成為焦化企業生存發展的關鍵所在。

生態環境部在《鋼鐵企業超低排放改造工作方案》中提出，新建（含搬遷）鋼鐵項目原則上要全部達到超低排放水平，2020年10月底前，大氣污染防治重點區域具備改造條件的鋼鐵企業需基本完成超低排放改造，鋼鐵企業完成超低排放改造勢在必行。

在嚴峻的環保形勢下，國內涌現出眾多針對焦爐廢氣脫硫脫硝治理的技術。主流技術有三類，均存在不足，如高溫催化還原脫硫脫硝技術，需要對焦爐廢氣再加熱至320℃以上，大幅增加了工序能耗；而SICS法催化氧化脫硫脫硝工藝，必須對廢氣進行冷卻，冷卻至150℃以下，不僅增加了額外工序，還因為焦爐廢氣溫度的下降，對煙囪吸力造成了明顯影響；活性炭脫硫脫硝技術雖然凈化效果好，但凈化效果持續性不強，副產品的硫酸質量差，活性炭可能存在爐內燃燒的風險。

鑒于上述情況，針對邯鋼焦化廠1#、2#焦爐廢氣污染問題，對焦爐廢氣污染物源頭治理技術進行了研究，對半干法脫硫低溫脫硝工藝進行了技術開發，為我國焦爐廢氣治理技術的發展與進步進行了有益探索與實踐。

根據煙氣特征結合現場實際情況確定了工藝路線，通過調研及現場（邯鋼東區4.3 m焦爐）檢測確定了各工序煙氣的特征參數，具體參數見表1。

表1 焦爐煙氣參數

根據焦爐煙氣溫度較高、含塵較少的特點，選擇在脫硫前增加中高溫SCR脫硝裝置，但相對中高溫SCR所需溫度280℃來說焦爐煙氣溫度（180～250℃）較低，需要在脫硝前增加升溫裝置，然后在進脫硫塔前將余熱回收利用。因此，選擇熱風爐升溫煙氣，余熱鍋爐回收余熱蒸汽。

1#、2#焦爐煙氣密相半干法脫硫脫硝項目針對溫度較高的焦爐煙氣，研究了多污染物中高溫選擇性催化還原與余熱梯級利用耦合機制，構建出了以半干法為核心的溫度及流量適應性煙氣超低排放治理技術體系，流程如圖1所示。

圖1 中高溫SCR+余熱利用+半干法脫硫超低排放技術流程

脫硫脫硝裝置處理后的焦爐煙氣排放指標達到《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171—2012中特殊地區排放限值（表2）。為了實現煙氣達到超低排放，在不改變原有半干法脫硫除塵工藝的基礎上，通過實驗模擬及技術應用實現了超低排放，指標對比見表2。

表2 特別排放和超低排放對比(mg/m³)

3.1 氨水雜質化驗及應對措施

氨水雜質化驗結果顯示：雜質大部分為硫化物的結晶體，粒度較小，在氨水中懸浮，當加熱到60℃左右時雜質全部溶解。

應對措施：在氨水罐與蒸氨冷凝器之間加裝直徑Φ2000 mm、高4000 mm的儲罐，作為氨水雜質沉淀罐。根據雜質的特性，在輸送管道上加蒸汽伴熱，使雜質在輸送過程中溶解在氨水中不結晶。

3.2 噴氨格柵優化技術的應用

噴氨格柵作為脫硝系統的核心部件，在煙道截面的2D范圍內獨立調整各噴點的噴氨量，相對增加中心部位的噴灑流量，使還原劑與煙氣在到達催化劑之前按照設計的氨氮摩爾比混合，以匹配此處的NOx濃度，并能有效解決噴氨過量的問題，緩解NH₄HSO₄的生成。

3.3 脫硫塔技術創新

采用雙級密相干塔脫硫技術，通過二級脫硫塔，進一步保證了脫硫效率。脫硫塔中的脫硫劑量為120～140 t，已經達到脫硫系統的極限，只能從氣流分布入手，均勻脫硫劑的分布，增加脫硫劑的循環次數，進而提高脫硫效率。

雙級密相干塔的CFD模擬及優化（在兩級塔中間加設擋板后進行模擬）：探究不同進氣方式、擾流措施等對系統流場、壓力場、速度場和顆粒物濃度場分布的影響，優化脫硫劑分布。中間擋板與中線距離為1150 mm和800 mm的出口煙氣速度分布見表3。

具體實施方案：二級塔加導流板，檔板與中心線的距離調整為800 mm，尺寸為3900 mm×500 mm×10 mm，與塔頂的水平夾角為50°；在一級塔螺旋給料機上方增加中間倉，10個均風閥處各加一塊導流板，導流板為R800弧形板，弧長292 mm，弧心向下，與均分口頂的間距為100 mm。將中間檔板與中心線的距離調整為800 mm后，稍有利于煙氣充滿大灰斗的下半部分，但在大灰斗上半部分形成的回流空間會略有增大，有利于提高脫硫效率。改造后的效果：一級塔、二級塔、除塵倉室氣流分布均勻，脫硫灰循環分布正常，改善了脫硫效果，并減少氣流對布袋的沖刷。

表3 中間擋板與中線距離為1150 mm和800 mm的出口煙氣速度分布

3.4 袋式除塵器的優化

通過熒光粉實驗，發現除塵器內均風不夠均勻，各個除塵室之間的阻力偏差較大，導致最前端除塵器的布袋磨損較嚴重。通過調整噴吹次序和脈沖寬度來調整各個除塵室的阻力，進而調整脫硫劑灰倉的灰量，使得脫硫劑能夠均勻循環。

增加倒流板后，除塵器內均風分布更加均勻，布袋也沒有發生大的磨損。為穩定排放指標，把布袋全部更換為浙江華基的PPS+超細纖維+覆膜布袋，效果良好。

應用以來，焦爐煙氣SO₂、NOx、顆粒物含量顯著降低，焦爐煙氣排放SO₂≤20 mg/m³、NOx≤130mg/m³、顆粒物≤10mg/m³，改造前后月平均數對比見表4。

表4 改造前后焦爐煙氣含量月平均數對比(mg/m³) 

當前滿足煙氣超低排放要求且技術相對成熟的技術路線為：活性焦干法一體化和半干法為核心煙氣超低排放技術，兩者的主要參數對比見表5。

表5 活性焦干法一體化和半干法為核心煙氣超低排放技術對比

相較于活性焦干法一體化，以半干法為核心的煙氣脫硫脫硝除塵技術脫除效率高，副產物為固體粉末，沒有腐蝕現象，系統運行過程無燃燒風險，投資和運行成本較低，是適用于鋼鐵行業典型工序的最佳可行性超低排放技術體系之一。

該研究技術的創新成果推動了鋼鐵大氣污染物控制技術升級，該技術在全行業進行推廣與應用，將極大推動行業高質量發展、促進行業轉型升級、助力打贏藍天保衛戰。