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　　隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)誘發(fā)的環(huán)境污染現(xiàn)狀日益嚴(yán)重，其中溫室效應(yīng)、酸雨、大氣煙塵污染等對(duì)人民的生產(chǎn)和生活造成了重的危害。鋼鐵工業(yè)是中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域主要排污大戶之一，2015年其SO2、NOx和粉塵的排放量分別為173.6萬、104.3萬和357.2萬t，占全國(guó)重點(diǎn)調(diào)查工業(yè)企業(yè)排放量的比例分別為12.4%、9.6%和32.2%。

　　焦化是鋼鐵生產(chǎn)過程中污染較為嚴(yán)重的工藝環(huán)節(jié)之一，在焦?fàn)t的生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含有粉塵、SO2、NOx等有害物質(zhì)的廢氣，所以必須對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行綜合處理。如今中國(guó)對(duì)焦化行業(yè)SO2和NOx等污染物排放要求日趨嚴(yán)格，焦?fàn)t煙氣的治理已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)環(huán)保達(dá)標(biāo)的重中之重。如何對(duì)焦?fàn)t廢氣進(jìn)行脫硫脫硝處理已經(jīng)成為中國(guó)環(huán)保領(lǐng)域以及世界能源領(lǐng)域需要解決的主要問題。

　　目前國(guó)內(nèi)外常用煙氣脫硫技術(shù)有很多，按照脫硫方式和產(chǎn)物形態(tài)的不同，煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、半干法、干法三大類。濕法脫硫代表性的有以NaOH 為脫硫劑的美國(guó)貝爾格(Belco)公司的EDV工藝;半干法和干法脫硫工藝則多用鈣基脫硫劑，半干法的代表工藝有德國(guó)魯奇公司(Lurgi)的循環(huán)流化床工藝，干法的代表工藝有爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化器脫硫工藝(LIFAC)。煙氣脫硝技術(shù)總體也分為干法和濕法兩大類。干法脫硝技術(shù)有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、等離子體法以及吸附法。主要的濕法脫硝技術(shù)包括堿液吸收法、氧化吸收法、還原吸收法等。

　　1 工藝原理及流程

　　1.1 SDS干法脫硫工藝原理

　　20世紀(jì)80年代，比利時(shí)開發(fā)出了SDS干法脫酸噴射技術(shù)。通過高效的SDS干法脫酸噴射及均布裝置，脫酸劑(粒度為20～25μm)在煙道內(nèi)被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)被吸收凈化。

　　完成的主要化學(xué)反應(yīng)見式(1)和式(2)：

　　2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+

　　2CO2+H2O (1)

　　2NaHCO3+SO3→Na2SO4+2CO2+H2O (2)

　　與其他酸性物質(zhì)(如HCl、HF等)的反應(yīng)見式(3)和式(4)：

　　NaHCO3+HCl→NaCl+CO2+H2O (3)

　　NaHCO3+HF→NaF+CO2+H2O (4)

　　SDS脫硫工藝具有操作簡(jiǎn)單易維護(hù)、一次性投資少、占地面積小、運(yùn)行成本低、全干系統(tǒng)無需用水、脫硫效率高等特點(diǎn)，并且該工藝具有良好的調(diào)節(jié)特性，脫硫裝置的運(yùn)行及停運(yùn)不影響焦?fàn)t的連續(xù)運(yùn)行，脫硫系統(tǒng)的負(fù)荷范圍與焦?fàn)t負(fù)荷范圍相協(xié)調(diào)，可以保證脫硫系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行。

　　目前SDS干法脫酸技術(shù)應(yīng)用在許多行業(yè)，包括焦化、燃煤電廠、危險(xiǎn)廢物焚燒爐、柴油發(fā)電等，都取得了很好的凈化效果。

　　1.2 SCR脫硝工藝原理

　　選擇性催化還原(SCR)法如圖1所示，即在裝有催化劑的反應(yīng)器內(nèi)用氨作為還原劑來脫除氮氧化物。煙氣中的NOx一般由體積分?jǐn)?shù)約為95%的NO和5%的NO2組成。NOx經(jīng)脫硝反應(yīng)轉(zhuǎn)化成分子態(tài)的氮?dú)夂退魵狻?/p>

　　SCR工藝主要反應(yīng)方程式見式(5)和式(6)：

　　4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (5)

　　4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O (6)

　　由于焦?fàn)t煙道煙氣脫硫后屬于中低溫脫硝范疇，所以SCR工藝采用中低溫脫硝催化劑，該催化劑具有催化反應(yīng)溫度窗口寬、SO2轉(zhuǎn)化率和NH3逃逸率低、抗硫性好、脫除效率高、比表面積大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

　　1.3 工藝流程

　　焦?fàn)t煙氣分別由地下機(jī)側(cè)和焦側(cè)煙道引出，經(jīng)原煙氣管道閥門和新增入口管道閥門切換并匯合后，進(jìn)入總煙氣管道，在總煙道內(nèi)，通過高效的SDS干法脫酸噴射及均布裝置，使脫酸劑與焦?fàn)t煙氣充分接觸，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2等酸性物被吸收凈化。經(jīng)吸收SO2等酸性物質(zhì)并干燥的含粉料煙氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行進(jìn)一步的脫硫反應(yīng)及煙塵凈化;脫硫除塵后的煙氣由SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)行脫硝凈化，煙氣中的NOx與SCR反應(yīng)器內(nèi)噴氨格柵噴出的NH3在靜態(tài)混合器里進(jìn)行充分混合，并在中低溫催化劑的作用下與NH3發(fā)生反應(yīng)，生成N2和H2O，從而達(dá)到去除煙氣中的NOx的目的，凈煙氣由增壓風(fēng)機(jī)抽引，經(jīng)出口煙道至原焦?fàn)t煙囪排入大氣，整套工藝的流程圖如圖2所示。

　　另外，在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)加設(shè)加熱爐，當(dāng)煙氣溫度較低時(shí)，通過煤氣燃燒加熱焦?fàn)t煙氣，提高后續(xù)的脫硝反應(yīng)效率。在焦?fàn)t煙氣管道原有2臺(tái)地下?lián)醢彘y旁，新建配重式地下閘板閥，該閥門具有氣動(dòng)、手動(dòng)及電動(dòng)控制功能。增壓風(fēng)機(jī)與焦?fàn)t煤氣加熱系統(tǒng)設(shè)置連鎖，遇停電等原因造成風(fēng)機(jī)故障不能正常排放廢氣時(shí)，焦?fàn)t交換機(jī)停止加熱;同時(shí)，配重式插板閥的電磁閥打開，氣缸驅(qū)動(dòng)吊鉤脫鉤，配重裝置落地，閥門2s內(nèi)快速打開，煙氣迅速切換到熱備煙囪排放，焦?fàn)t交換機(jī)恢復(fù)煤氣加熱。

　　2 項(xiàng)目概況及運(yùn)行效果

　　2.1 技術(shù)參數(shù)

　　項(xiàng)目中的焦?fàn)t煙氣條件見表1，單套SDS+SCR脫硫脫硝裝置的焦?fàn)t煙氣處理能力要達(dá)到煙氣量14.8萬m3/h(考慮5%泄漏率)。焦?fàn)t煙氣經(jīng)過凈化處理后要求煙囪出口排放質(zhì)量濃度達(dá)到SO2不高于30mg/m3，NOx不高于150mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度不高于15mg/m3，滿足GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的特別排放限值要求。

　　2.2 主要系統(tǒng)和設(shè)備組成

　　SDS+SCR焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)主要由SDS脫硫系統(tǒng)、SCR脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、脫硝劑供應(yīng)及儲(chǔ)存系統(tǒng)等部分組成，還包括儀表、通信、供配電、在線監(jiān)測(cè)、消防與控制系統(tǒng)等。主要系統(tǒng)的設(shè)備組成見表2。

　　其中SDS脫硫系統(tǒng)中所用的脫硫劑為高效復(fù)合脫酸劑，粗粉粒度為300～500μm，使用時(shí)將其研磨成粒度為20～25μm 細(xì)粉再噴入焦?fàn)t煙氣管道，可以有效提高反應(yīng)效率，優(yōu)化處理效果。系統(tǒng)運(yùn)行過程中脫硫劑的用量為30～80kg/h，脫硫劑的過量系數(shù)為1.1。

　　SCR脫硝反應(yīng)器由殼體、內(nèi)部支撐、導(dǎo)流整流裝置及密封裝置等組成。優(yōu)化脫硝裝置使得煙氣在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻，同時(shí)該設(shè)計(jì)可以最大化地降低煙氣阻力，避免積灰。SCR脫硝反應(yīng)器的入口及出口處采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)的導(dǎo)流板均布技術(shù)，以保證煙氣在進(jìn)入第一層催化劑時(shí)滿足下列條件：速度最大偏差范圍為平均值的±15%;溫度最大偏差范圍為平均值±10℃;煙氣入射催化劑最大角度(與垂直方向的夾角)范圍為優(yōu)于±10°;NH3/NOx的物質(zhì)的量比絕對(duì)偏差范圍為平均值的±5%。脫硝反應(yīng)器內(nèi)的催化劑支撐鋼梁設(shè)置為3層(層間距離不小于2.5m)。由下至上依次為2個(gè)工作層以及1個(gè)預(yù)留層，脫硝催化劑體積為30m3。

　　2.3 溫度對(duì)脫硫脫硝的影響

　　在脫硫脫硝的過程中溫度是一個(gè)重要的影響因素，尤其對(duì)脫硝效率有較大影響，所以在系統(tǒng)調(diào)試階段對(duì)不同溫度的處理效率進(jìn)行了分析。圖3所示為溫度對(duì)SDS+SCR工藝脫硫脫硝性能的影響。由圖3(a)可知，當(dāng)溫度低于180 ℃時(shí)，脫硝率低于30%;但是隨著溫度的不斷升高，脫硝率有明顯提升，當(dāng)溫度升高到210 ℃左右，脫硝率約為85%。由圖3(b)可知，當(dāng)溫度升高到140℃以上，脫硫率約為93%，脫硫效果良好。這是由于溫度的升高可以有效地提高脫硝催化劑的活化性能，加速脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，對(duì)NOx的處理更加完全。同時(shí)，高溫可以使脫酸劑被熱激活，其比表面積迅速增大，可以更高效地吸收煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)，提高脫硫效率。

　　2.4 實(shí)際運(yùn)行情況

　　鞍鋼股份有限公司煉焦總廠8號(hào)焦?fàn)t自采用“SDS+SCR”工藝以來，設(shè)備運(yùn)行正常穩(wěn)定，煙氣脫硫脫硝除塵效果較好。設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效果如圖4所示。

　　焦?fàn)t煙氣中SO2的處理效果如圖4(a)所示，在近3個(gè)月的運(yùn)行過程中，入口SO2質(zhì)量濃度平均為83.84mg/m3，出口SO2質(zhì)量濃度低于30mg/m3，去除率最高可達(dá)到85.91%。圖4(b)所示為焦?fàn)t煙氣中NOx的處理效果，平均入口質(zhì)量濃度為439.67mg/m3，可以保證出口質(zhì)量濃度低于150mg/m3。圖4(c)所示為焦?fàn)t煙氣中粉塵的處理效果，平均入口質(zhì)量濃度為18.43mg/m3，去除率基本保持在85%左右。由此可知，“SDS+SCR”工藝煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)投用后，焦?fàn)t煙氣中各種污染物的濃度下降較為明顯，該套系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)需求，在結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)可以滿足所在地區(qū)的規(guī)定排放限值。

　　同時(shí)，從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)行過程中，焦?fàn)t煙氣的污染物濃度波動(dòng)較大，但排出氣體的污染物濃度穩(wěn)定且符合相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，這說明“SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝除塵”工藝的處理效果好、穩(wěn)定性高，同時(shí)也具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。

　　2.5 工藝效果探究

　　隨著近些年國(guó)家對(duì)環(huán)境污染的不斷重視，環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)也更為嚴(yán)格。所以在設(shè)計(jì)SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝系統(tǒng)的同時(shí)也考慮了設(shè)計(jì)余量。在正常運(yùn)行條件下，通過提高脫硫劑和脫硝催化劑的用量可以有效地提高該系統(tǒng)的脫硫脫硝效率。為了進(jìn)一步測(cè)試SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝工藝的脫硫脫硝效果，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了探究試驗(yàn)。煙氣中各污染物的去除率如圖5所示。試驗(yàn)過程中系統(tǒng)入口煙氣SO2、NOx和粉塵的質(zhì)量濃度均值分別為69.76、450.25和10.13mg/m3，處理后可以保證排出氣體中SO2質(zhì)量濃度低于15mg/m3，NOx質(zhì)量濃度低于90mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度低于3mg/m3。由此可知，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)余量比較充足，通過嚴(yán)格控制該系統(tǒng)可以滿足較高的排放指標(biāo)要求。

　　3 工藝對(duì)比

　　對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行脫硫脫硝的工藝有許多種，目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際工程中主流的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝方案除了本文中所采用的SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝工藝外，還有SDA(Na)半干法脫硫+中低溫SCR脫硝、SDA(Ca)半干法脫硫+GGH-中低溫SCR脫硝、SCR脫硝+SDA半干法脫硫、SCR脫硝+氨法脫硫、活性炭干法脫硫脫硝等。對(duì)比分析以上6種焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝的優(yōu)缺點(diǎn)見表3。

　　根據(jù)對(duì)以上多種脫硫脫硝工藝進(jìn)行綜合比較，發(fā)現(xiàn)SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝工藝具有其特有的優(yōu)勢(shì)，更適合焦?fàn)t煙氣凈化。從工藝技術(shù)的先進(jìn)性來看，該工藝具有較高的脫硫脫硝效率，工藝技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用、占地小、投資少、副產(chǎn)物少且硫酸鈉含量高，便于利用。

　　SDS干法脫硫+中低溫SCR脫硝工藝是目前國(guó)際上較為先進(jìn)的一種脫硫脫硝工藝。通過合理的操作，可以確保脫硫脫硝系統(tǒng)長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定、連續(xù)地達(dá)標(biāo)運(yùn)行。