馬銀華,黨平,崔曉波
(鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營口115000)
焦?fàn)t煙氣中SO和NO排放指標(biāo)能否達(dá)標(biāo)對(duì)焦化企業(yè)非常重要。依據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求,焦化企業(yè)焦?fàn)t煙氣排放SO濃度≤50 mg/m、NO濃度≤500 mg/m、顆粒物濃度≤30 mg/m;而《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》中排放指標(biāo)更為嚴(yán)格,要求SO濃度≤30 mg/m、NO濃度≤150 mg/m、 顆粒物濃度≤10 mg/m。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部(以下簡稱“鲅魚圈煉焦部”)裝備有國內(nèi)首批自主設(shè)計(jì)的先進(jìn)7 m 52孔JNX-70-2型焦?fàn)t4座,設(shè)計(jì)年產(chǎn)焦炭255萬t。正常生產(chǎn)狀態(tài)下,焦?fàn)t以高爐煤氣加熱為主;高爐年修或者特殊生產(chǎn)狀態(tài)下,焦?fàn)t采用焦?fàn)t煤氣加熱。為了適應(yīng)國家環(huán)保要求和公司發(fā)展需要,實(shí)施綠色環(huán)保升級(jí)改造,打造綠色工廠,鲅魚圈煉焦部以達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo),進(jìn)行了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐,本文對(duì)此作以介紹。
鲅魚圈煉焦部4座焦?fàn)t編號(hào)分別為1、2、3、4, 其中 1、2和 3、4焦?fàn)t分別共用一座煙囪,焦?fàn)t燃燒后產(chǎn)生的廢氣分別通過兩座煙囪排放。目前,焦?fàn)t采用高爐煤氣加熱,并輔助摻入少量焦?fàn)t煤氣,摻混比例為2%~5%。鲅魚圈煉焦部通過采取焦?fàn)t煤氣脫硫工藝改進(jìn)、增加焦?fàn)t輔助加熱設(shè)備、對(duì)焦?fàn)t爐體進(jìn)行密封等措施,從源頭上控制了SO和 NO排放濃度,具體參數(shù)如表 1所示。
由表1可以看出,焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)能夠滿足國家基本排放標(biāo)準(zhǔn)要求,但焦?fàn)t煙氣出口SO和NO濃度均無法滿足國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。且實(shí)際生產(chǎn)中,由于焦?fàn)t爐體狀況的老化和不穩(wěn)定,常會(huì)出現(xiàn)SO和NO的波動(dòng),導(dǎo)致焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)不穩(wěn)定。因此,鲅魚圈煉焦部決定增加焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)裝置,以達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求,同時(shí)穩(wěn)定焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)。
表1 鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣基本參數(shù)Table 1 Basic Parameters for Flue Gas from 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch of Ansteel
焦?fàn)t煙氣處理是新興領(lǐng)域,目前只有寶鋼湛江等少數(shù)企業(yè)已初步運(yùn)行焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置,且都在實(shí)踐探索中。國內(nèi)行業(yè)中幾種焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝路線對(duì)比情況如表2所示。
表2 國內(nèi)行業(yè)中幾種焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝路線對(duì)比Table 2 Comparison of Several Desulfurization and Denitrification Processes for Flue Gas from Coke Oven in Domestic Steel Industry
結(jié)合鲅魚圈煉焦部焦?fàn)t煙氣實(shí)際情況,選擇SDS干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)工藝路線,具體工藝流程見圖1。
圖1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)工藝流程Fig.1 Process Flow for Desulfurization and Denitrification Technology for Flue Gas from Coke Oven
由圖1可以看出,該工藝路線為先脫硫后脫硝,這是由于煙氣中SO濃度對(duì)中低溫SCR脫硝催化劑的壽命有影響,進(jìn)入SCR催化劑的煙氣中SO濃度越低越好,因此需先脫硫。脫硫后煙氣進(jìn)入布袋除塵器,在進(jìn)行除塵的同時(shí)去除煙氣中焦油,這樣有效防止了焦油堵塞催化劑,能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本工藝具有占地面積小,投資運(yùn)行費(fèi)用低、系統(tǒng)流暢、布置緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定,運(yùn)行維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。
2.2.1 SDS脫硫工藝原理
SDS干法脫硫工藝是將高效脫硫劑(20~30 μm)均勻噴射在管道內(nèi),在煙氣的高溫作用下,使脫硫劑在管道內(nèi)被熱激活,比表面積迅速增大。在這種情況下,脫硫劑會(huì)與煙氣中的酸性物質(zhì)充分接觸,并與煙氣中的SO等酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),隨后煙氣在布袋除塵器的過濾下得到凈化。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)為:
2.2.2 中低溫SCR脫硝工藝原理
中低溫SCR脫硝工藝為選擇性催化還原工藝,選擇性是指在催化劑的作用和氧氣存在的條件下,NH優(yōu)先和NO發(fā)生還原脫除反應(yīng),生成N和HO,而不和煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)。脫硫后的煙氣通過煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器,供氨系統(tǒng)向煙氣中噴入氨氣。在180~250℃的溫度區(qū)間,煙氣中的NO在SCR反應(yīng)器中催化劑的催化作用下將與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成N和HO。在SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi),NO與NO通過以下反應(yīng)被還原:
鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)具有以下特點(diǎn):
(1)系統(tǒng)簡單。SDS脫硫劑直接噴入管道,脫硫過程在管道和除塵器中完成,無需脫硫塔。
(2)一次性投資低。SDS技術(shù)流程簡單,脫硫劑制備系統(tǒng)投資費(fèi)用較低,也無需新建脫硫塔,一次性投資費(fèi)用低。
(3)SDS脫硫工藝為干法工藝,副產(chǎn)物容易處理。
(4)SDS脫硫工藝不受焦?fàn)t工況的影響。在焦?fàn)t泄漏較嚴(yán)重時(shí),焦?fàn)t煙氣中的焦油含量會(huì)增加。在SDS脫硫工藝中,煙氣中的焦油會(huì)和脫硫副產(chǎn)物一起被布袋除塵器收集下來。
(5)SDS脫硫工藝能充分滿足煙氣顆粒物的排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣顆粒物可以通過脫硫工藝中的布袋除塵器過濾,完全能滿足煙氣顆粒物的排放要求。
(6)對(duì)其他酸性物具有很高的脫除率。對(duì)HCl、SO、HF等酸性物同樣具有很高的脫除率。
(7)副產(chǎn)物產(chǎn)生量少,硫酸鈉純度高,方便利用。由于高效脫酸劑在管道內(nèi)被熱激活,比表面積迅速增大,與酸性煙氣充分接觸,發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng),因此,過噴量很少;同時(shí)副產(chǎn)物硫酸鈉純度高,更有利于副產(chǎn)物的利用。
焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的投產(chǎn)運(yùn)行,關(guān)鍵點(diǎn)在于煙氣切換過程中焦?fàn)t煙道吸力波動(dòng)大,煤氣燃燒不完全,易在煙道中積聚發(fā)生“爆鳴”事故。鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t脫硫脫硝系統(tǒng)開工基本方案是:焦?fàn)t停止加熱后進(jìn)行煙氣通道的切換,待焦?fàn)t滿足恢復(fù)加熱的條件后再逐步進(jìn)行恢復(fù)加熱及生產(chǎn)。具體步驟如下:
(1)煙氣通道切換。①焦?fàn)t停止加熱,停止出焦裝煤操作;②脫硫脫硝系統(tǒng)煙氣入口電動(dòng)蝶閥、出口電動(dòng)蝶閥全開,煙道電動(dòng)擋板閥全關(guān);③脫硫脫硝系統(tǒng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng),并根據(jù)焦?fàn)t煙道吸力逐步提高風(fēng)機(jī)能力;④焦?fàn)t恢復(fù)加熱,恢復(fù)出焦裝煤生產(chǎn)。
(2)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行。① 脫硫風(fēng)機(jī)啟動(dòng);② 研磨機(jī)啟動(dòng);③ 螺桿進(jìn)料裝置啟動(dòng);④ 脫硫劑倉下進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥啟動(dòng);⑤根據(jù)焦?fàn)t煙道氣出口SO濃度調(diào)整螺桿進(jìn)料裝置及進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥。
(3)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行。① 熱風(fēng)爐點(diǎn)火,調(diào)整加熱煤氣量,使進(jìn)入脫硝塔煙氣溫度不低于200℃;②啟動(dòng)氨水流量泵;③根據(jù)煙氣出口NOx濃度調(diào)整氨水流量泵流量。
開工過程發(fā)現(xiàn),由于脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)備沒有預(yù)熱造成對(duì)焦?fàn)t煙氣排出溫度影響較大,為避免因此而造成的對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)的影響,對(duì)開工操作進(jìn)行了細(xì)致的研究并修改,采取提前預(yù)熱方式實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝系統(tǒng)開工達(dá)產(chǎn)時(shí)間的進(jìn)一步縮短,在安全基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)效益最大化。
鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的開工運(yùn)行,且各項(xiàng)排放指標(biāo)均達(dá)到排放及設(shè)計(jì)要求,具體運(yùn)行參數(shù)如表3所示。
表3 鞍鋼鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)行參數(shù)Table 3 Operation Parameters for Desulfurization and Denitrification Technology for Flue Gas of 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch of Ansteel
由表3可以看出,焦?fàn)t煙氣出口SO和NO濃度波動(dòng)范圍大大縮小,焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)趨于穩(wěn)定;且焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)已達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部進(jìn)行了7 m焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐,工藝流程為SDS干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝,脫硫脫硝技術(shù)開工操作簡便、安全穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了一次性達(dá)產(chǎn)達(dá)效。系統(tǒng)投入運(yùn)行后,焦?fàn)t煙氣SO和NO排放濃度分別達(dá)到了8~10 mg/m和100~120 mg/m,顆粒物排放濃度<10 mg/m,均符合國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求,同時(shí)穩(wěn)定了焦?fàn)t煙氣排放指標(biāo)。