董延軍
(平頂山市東鑫焦化有限責(zé)任公司, 河南 平頂山 467000)
環(huán)境保護問題是近年來社會關(guān)注熱點,焦化廠焦?fàn)t煙氣排放前的處理對環(huán)境保護有著重要的意義。焦?fàn)t煙氣中所含有的氮氧化物與二氧化硫等對環(huán)境有著嚴(yán)重不利影響,因此煙氣處置的重點也就放在了脫硫脫硝上。作為焦化廠生產(chǎn)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié),焦?fàn)t煙氣的脫硫脫硝工序具有極強的綜合性,當(dāng)下焦化廠的煙氣脫硫脫硝工藝在工藝流程與技術(shù)細(xì)節(jié)上還存在一定的難點需要克服,因此需要進行進一步的優(yōu)化改進。
結(jié)合焦?fàn)t煙氣處理的行業(yè)特征與筆者的從業(yè)經(jīng)歷,分析當(dāng)下焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理過程中存在的多方面的技術(shù)難點。
工廠鍋爐燃燒運轉(zhuǎn)時,焦?fàn)t煙氣的一般生產(chǎn)過程:所裝潔凈煤經(jīng)煤塔進行煤炭輸送,然后進入焦化區(qū)炭化室進行高溫蒸餾生成焦炭;對其熱處理操作過后,將之與空氣進行混合燃燒,產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過交換和熱處理后,通過垂直排放通道、蓄熱室等區(qū)域,最后到主煙道和煙囪。在這個過程中發(fā)現(xiàn),焦?fàn)t煙氣生成和排出的初始熱度較高,盡管經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)多個裝置操作后,溫度會發(fā)生一定程度的下降,但大部分焦?fàn)t煙氣從煙囪排出后還是處于高溫狀態(tài)。除此之外,在焦化廠鍋爐的燃燒使用中,焦?fàn)t煙囪必須做好長久的保溫措施。這個問題的存在會使焦?fàn)t煙氣的實際排出溫度大于或等于限定溫度值。
在焦?fàn)t煙氣的生產(chǎn)和排放中,煙氣中混有多種含塵氣體和混合物質(zhì),如氮氧化物、二氧化硫等。另外,散布在煙道中的二氧化硫氣體在與反應(yīng)劑接觸時還會與氨發(fā)生反應(yīng),形成腐蝕性強的硫酸。煙氣所含成分過于復(fù)雜,增加了處理工藝的復(fù)雜程度與難度,且在長期針對含硫氨基酸的處理過程中,導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備發(fā)生了不同程度的腐蝕與損害,焦?fàn)t煙氣中的各種污染物難以單獨完成轉(zhuǎn)化。
焦?fàn)t燃燒煤炭產(chǎn)生的煙氣中含有二氧化硫,其具有弱酸性,因此可以通過堿性物質(zhì)與焦?fàn)t煙氣中和以除去二氧化硫。焦?fàn)t煙氣脫硫所使用的吸收劑在形式上有所不同,因此將脫硫技術(shù)分為干法與濕法兩種不同工藝[1]。
干法脫硫工藝技術(shù)原理:碳酸鈣固體在高溫下噴入爐中進行鍛造和燃燒,反應(yīng)生成氧化鈣,后與焦?fàn)t煙氣中的二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸鈣。或根據(jù)焦化廠的具體情況,通過活性炭吸附或電子束輻照的方式,將煙氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸或硫酸銨,該工藝也稱為干法脫硫技術(shù)。
干法脫硫工藝的主要特點:無論采用何種方式,焦?fàn)t煙氣都與固體堿反應(yīng)劑接觸,煙氣中的二氧化硫與固體堿吸收劑發(fā)生反應(yīng),然后進一步轉(zhuǎn)化為硫酸鹽。為保證煙氣脫硫的效率,加入的固體堿性反應(yīng)劑應(yīng)預(yù)先粉碎。在半干法脫硫過程中,所使用的堿性物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)會形成一層液膜,煙氣中的二氧化硫會與液膜進行反應(yīng)融合,從而提升煙氣脫硫轉(zhuǎn)化的效果。采用干法進行煙氣脫硫處理時,需要保證焦?fàn)t煙氣的反應(yīng)通道保持相對干燥。
干法脫硫工藝的優(yōu)缺點:與其他焦?fàn)t煙氣脫硫工藝相較,干法煙氣脫硫工藝在應(yīng)用上擁有許多優(yōu)勢,如傳熱、傳質(zhì)能力強,脫硫系統(tǒng)建設(shè)投入較低(無需進行鮮明的煙氣冷卻,且鍋爐效率高),具有較強的煙囪通風(fēng)能力等。但該工藝同時還應(yīng)用到諸多大型設(shè)備的建設(shè)與應(yīng)用中,有占地面積大、脫硫吸附劑在使用中消耗量較大、煙氣處理效率不高且處理后的氣體含塵量高的缺點。
當(dāng)下,在大部分焦化廠的運作和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,濕法煙氣脫硫工藝有諸多形式,應(yīng)用最為廣泛的有石膏法、廢渣法和氨法三種。這里具體介紹這三種煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用原理、工藝特點及優(yōu)缺點。
石膏法脫硫的技術(shù)原理與操作流程:空氣被吹入轉(zhuǎn)化設(shè)施后,硫酸鈣被立刻氧化并轉(zhuǎn)化為石膏,吹入的空氣使灌漿更加均勻,并略微增加煙氣脫硫率。煙氣脫硫工業(yè)處理中,石膏法是大部分焦化廠最常用的濕法煙氣脫硫手段之一,石灰石是重要的脫硫劑。這種脫硫方法在實際應(yīng)用中具有使用范圍較廣、效果好、吸收劑利用率高且轉(zhuǎn)化效果好、處理效果穩(wěn)定的特點。同時,這種方法也具有煙氣脫硫投入高、設(shè)備運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定(經(jīng)常發(fā)生設(shè)備腐蝕嚴(yán)重)、改造后石膏處置路徑單一等缺點。
廢渣法則是將吸收塔煙氣中的二氧化硫采用石灰石漿液進行洗滌,從而將煙氣中分布的二氧化硫接連轉(zhuǎn)化為亞硫酸鈣和硫酸鈣,以達(dá)到有效脫除二氧化硫的目的。盡管固體廢物處理工藝具有諸多優(yōu)點,但在實際應(yīng)用中,該工藝往往存在設(shè)備結(jié)垢、堵塞和各種沉積物等問題,吸收塔內(nèi)這些物質(zhì)的連續(xù)積累導(dǎo)致煙氣脫硫可靠性不高[2]。
氨法主要利用氨水作為脫硫劑,液體轉(zhuǎn)化劑用于凈化焦?fàn)t煙氣。處理后,煙氣中的二氧化硫被去除。與其他工藝手段相較,氨法脫硫工藝對焦?fàn)t煙氣處理產(chǎn)物有著較高的回收價值(產(chǎn)生的硫酸等物質(zhì)可回收使用),此外還有氨蒸餾系統(tǒng)運行負(fù)荷小等應(yīng)用優(yōu)點。然而,氨法煙氣脫硫工藝不是一種綜合煙氣處理方案,不能與其他焦?fàn)t煙氣脫硝工藝相結(jié)合,須要安裝特定的處理裝置。此外,該工藝還存在一些缺點,如副產(chǎn)品純度波動大、煙氣處理溫度低、設(shè)備運行不穩(wěn)定(經(jīng)常造成設(shè)備腐蝕損壞)等。
SCR 工藝技術(shù)系統(tǒng)是最為成熟的。煙氣脫硝工藝的理念是在適宜的溫度下創(chuàng)造一個焦?fàn)t煙氣脫硝環(huán)境,調(diào)節(jié)催化反應(yīng)溫度,采用適當(dāng)類型的催化劑和還原劑,將煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化形成水和氮氣。
使用SCR 技術(shù)進行焦?fàn)t煙氣的脫硝處理,具有轉(zhuǎn)化效率高、效果穩(wěn)定的特點,煙氣中80%以上的氮氧化物能被有效轉(zhuǎn)化,且該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用范圍和成熟的煙氣脫硝處理系統(tǒng)。但該處理手段也有一些缺點,如流程繁瑣、經(jīng)濟投入高、需單獨建設(shè)焦?fàn)t煙氣加熱系統(tǒng)、沒有附加的經(jīng)濟效益等。此外,國內(nèi)某些焦化廠在處理煙氣時,一般采用改進的SCR煙氣脫硝工藝配置催化劑,可有效降低煙氣反應(yīng)溫度。該工藝不僅存在催化劑性能波動、催化劑中毒等技術(shù)層面上的問題,而且目前普遍使用的低溫脫硝催化劑收購價格高[3]。
焦?fàn)t煙氣先脫硫后脫硝工藝的具體操作工序:首先將焦?fàn)t煙氣引入到干燥脫硫裝置中去除煙氣中的二氧化硫;然后將其導(dǎo)進脫硫焦?fàn)t煙氣SCR 脫硝系統(tǒng)進行脫硝轉(zhuǎn)化,在此過程中需要對煙氣進行持續(xù)加熱;之后焦?fàn)t煙氣進入余熱鍋爐并持續(xù)加熱;最后將經(jīng)過脫硫脫硝操作的焦?fàn)t煙氣從煙囪排到大氣中。
此種工藝的特點:煙氣先脫硫后脫硝工藝在大大降低焦?fàn)t煙氣中二氧化硫濃度的前提下,還減少了煙氣處理過程中產(chǎn)生的硫酸等雜質(zhì)的總量,延長了焦?fàn)t的實際使用壽命。但在實際生產(chǎn)中,考慮到成本投入,不建議采用濕法煙氣脫硫工藝。此外,還有必要增設(shè)煙氣加熱系統(tǒng),將焦?fàn)t煙氣脫硝反應(yīng)中的熱煙氣引入余熱鍋爐。
焦?fàn)t煙氣先脫硝后脫硫工藝的具體操作工序:將焦?fàn)t引入SCR 煙氣脫硫系統(tǒng),根據(jù)實際情況選擇是否加熱煙氣,然后將煙氣引入余熱鍋爐,再進行氨法煙氣脫硫工藝,最后將焦?fàn)t煙氣通過煙囪脫硫后排出,煙氣從余熱鍋爐通往煙囪過程中持續(xù)加熱[4]。
這種工藝方法存在一定的技術(shù)缺陷。在先脫硝后脫硫的具體操作流程中,存在催化劑中毒概率高和煙氣反應(yīng)溫度低的問題,因此有必要找出問題源頭,并選用科學(xué)有效方法來解決。催化劑中毒概率大的首要原因是焦?fàn)t煙氣經(jīng)過脫硫脫硝系統(tǒng)后,二氧化硫含量有所提升,在一定溫度條件下與氨發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),而生成的硫酸氫鹽中含有一定的有毒物質(zhì),從而引起催化劑中毒、失活、堵塞等衍生問題。因此,應(yīng)該采用煙氣脫硝裝置的前端過濾和清洗設(shè)備,按時對附著在催化劑表層的多種雜質(zhì)進行過濾和清洗。此外,焦?fàn)t煙氣在熱處理時應(yīng)保證煙氣熱度維持在一定條件下,且煙囪應(yīng)長期處于熱備狀態(tài)。
現(xiàn)階段焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理過程還會受到煙氣溫度高、煙氣成分復(fù)雜以及設(shè)備不穩(wěn)定等因素的影響,這都是煙氣處理過程中的難點所在,在很大程度上限制著煙氣脫硫脫硝處理的效率,經(jīng)過對焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝流程進行深入剖析,提出了的具體改進措施,以加強焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝處理的效率和水平。