丁思遠
（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210000）
摘 要：冶金企業不斷發展，逐漸提高了煉焦制氣節能減排技術水平。但是在焦化產業發展過程中也逐漸加劇了環境污染問題，因此，冶金企業在開展環保工作時，越來越關注硫化物污染和 NOx 的污染排放問題。近些年環保部門嚴格要求工業生產排放指標，重點治理排放超標企業。因此，文章針對冶金焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術進行分析研究，提出相關的改進措施，以期有效控制污染源，合理改善生態環境，滿足環保節能標準，提高冶金生產的環保性，為冶金企業的可持續發展提供支持。
關鍵詞：冶金企業；焦爐煙氣；脫硫脫硝；工藝技術
1 焦爐煙氣概述
貯存燃料區開展生產作業時，燃料箱經由通道向固定位置分送，隨后送入碳化室并經高溫加工而生成焦炭，在此過程中會產生一定量的煙氣。同時在持續的高溫環境中，將生成的煤氣用特定的設備送入燃燒室，再經過二次燃燒和加工處理，將煤氣排放出去。而焦爐所排放的煙氣中，不僅包含多種混合物，還包含各類氣體，如氮化物和氧化物，因此，在排放前必須進行脫硫脫硝處理［1］。在對焦爐煙氣展開高溫燃燒處理時，由于煙氣中含有一定的二氧化碳，所以在燃燒的過程中，必定生成更多的氫氣，氫氣會加快燃燒速度，使氧氣和氮氣在高溫下發生一定的氧化反應，從而產生二氧化氮。
焦爐內部的煙氣主要特征：①煙氣的溫度較高，通常需要控制在 250℃左右。②焦爐煙氣中包含復雜的混合物和氣體，其中二氧化硫的濃度是最大的，當它與其他物質發生反應時，將會對管道質量造成負面的影響。③因焦爐煙氣的溫度較高，只有當交流管路的溫度和煙氣溫度保持在一定范圍內，才可以確保整體裝置運行的穩定性。另外需要分析煙氣脫硫脫硝的過程，以防止其它不利因素的產生而對整個工作狀況產生影響。
2 現狀分析
2.1 焦化行業 SO2 和 NOx 排放現狀
實際生產過程中，礦石燃料會對環境造成一定的污染，而污染最重要的部分是其所產生的焦化物質。在全部污染物中，約 60%的二氧化硫都是由焦爐煙產生的，而這種煙道中 NOx 的含量也達到了 90%。交流煙氣中二氧化硫濃度的影響因素較多，其中除燃燒類型和燃料氧濃度以外，還有就是焦爐竄漏狀態也會對其產生一定的影響。而 NOx 的濃度可能受到空氣過量因子和燃燒溫度等因素的影響。若在進行燃燒時選擇了焦爐煙氣作為主要技術來進行實際工作，則所排出的煙氣 SO2 排放濃度和 NOx 排放濃度就會比較高。當選擇低熱值的廢氣進行燃燒工作時，SO2 的排放和 NOx 的排放與以焦爐廢氣為核心的燃燒所形成的各個組份的含量都會大幅度地減少［2］。然而，上述兩種燃料在工作的過程中所產生的 SO2 排放濃度和 NOx 排放濃度與國家的標準還有一定的距離，只有采用適當的脫硫脫氮技術，可確保 SO2 排放濃度和 NOx 排放濃度符合要求。
2.2 冶金企業煙氣中脫硫脫硝的要求和原則
一方面，與常規的冶金爐和燒結機相比，焦爐的煙氣排放量要小很多，但其排放的煙氣組成結構較復雜，尤其是排放的 SO2 和 NOx 對整體環境會造成很大的負面影響，因此冶金企業需根據生產情況的變化來進行適當的工藝設計。另一方面，要確保所選擇的生產工藝具有一定的安全性，在煙氣排放時，控制好其產生的壓力，預防發生安全事故。因為脫硫脫硝煙氣處理工作環境的溫度較高，所以在實際工作前，需要與熱處理煙筒管道進行有效的銜接，以避免發生安全事故。此外，在完成煙氣脫硫脫氮工作后，還必須確保煙囪噴出的煙氣溫度超過 140℃，以保障整個處理過程的順利進行［3］。
3 冶金焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術
3.1 煙氣脫硫技術
3.1.1 干法脫硫
在煙道氣脫硫系統中，使用固體堿吸收劑不僅能夠有效去除 SO2，還能在一定程度上提高煙氣的流動性。然而，為了實現更高效的反應，還需要對堿性顆粒進行處理。一種常用的方法是加入疏松劑，這可以使堿性顆粒變得更加疏松，增大其表面積，從而加速與 SO2的反應速率。
除了疏松劑，另一種方法是使用細小的堿性顆粒。這種顆粒具有更高的比表面積，可更好地與煙道氣接觸，進一步提高反應速率。同時，由于顆粒細小，它們更容易地通過煙道氣中的湍流部分，使反應更加均勻。
在半干法煙道氣脫硫系統中，向煙道中添加水可以生成一層液體薄膜，這層薄膜可以促進 SO2 與堿性顆粒的反應。當 SO2 接觸到水時，會形成亞硫酸，然后亞硫酸再與堿性顆粒反應生成亞硫酸鹽。這樣，不僅可以提高反應速率，還可以防止堿性顆粒過快地硬化，保持其持續反應的能力。值得注意的是，這種方法并不會顯著腐蝕煙道氣脫硫裝置，也不會產生大量污水。這樣既保證了脫硫效率，又實現了環保和節能的要求。
3.1.2 濕法脫硫
隨著科技的發展，其脫硫率已經達到了 95%以上。該工藝可以實現副產物可循環使用，而且操作費用較低，利用的煤種具有很強的適應性，而且整體產能較大。由于石灰石濕法脫硫技術利用的吸收劑價格低廉，因此，被廣泛用于濕法脫硫。本工藝能夠充分滿足高濃度 SO2 的處理需求，并具有吸收劑利用率和脫硫率高的特點［4］。但在該工藝中，仍然存在脫硫產生的廢水具有強酸性、整體造價高、生產周期長，而且在生產過程中會產生亞硫酸鈣，處理難度較大等問題。一般情況下，冶金企業采用的是可以將管路中的氧高效除去的氨脫硫技術，并可以充分利用焦化廠的回收車間的處理系統，使二者聯合產生硫酸銨。目前，氨法脫硫普遍采用液相吸收劑洗脫煙氣中的氧氣，這種設備工藝簡便，脫硫效果較好。濕法脫硫工藝原理圖如圖 1 所示。
3.2 煙氣脫硫脫硝工藝
3.2.1 工藝特點
從備煤車間運輸的精洗煤，被送入焦化爐，在 950~1000℃的高溫下進行干餾，產生的焦炭煙氣中含有各種復雜的化合物。這些化合物在高溫環境中會發生氧化反應，形成各種但氧化合物。這些高溫煙氣在 180~300℃的環境中被引入脫硫塔，經過脫硫處理后，進入除塵器。在除塵器中，通過加熱器將煙氣升溫，然后送入 SCR 脫硝塔進行脫硝處理。經過這一系列的處理后，煙氣最終達到標準排放。同時，需要確保風機出口的煙溫保持在 125℃的范圍內，以防止溫度過低導致煙筒內部零件受損。可以通過變頻控制方式利用循環風機來調整溫度［5］，以確保系統的穩定運行。
3.2.2 優化除塵灰倉淌水問題的工藝設備
由于脫硫灰單元的運轉不暢，將會增加布袋阻力，從而使引風機的抽引風量，也就是處理煙氣量有所減少，從而對脫硫脫氮整個裝置的運行效果產生了直接的影響。
（1）催化劑倉、灰倉保溫性能的優化
①在各灰倉中設置外壁，并加一條蒸汽伴熱管道，使用 0.2MPa 的低壓蒸氣作為伴熱管道熱載體；在倉的四個側面設置 1 列的管道，并設有一個蒸氣入口和一個冷凝水出口，在倉的上面設置一個蒸汽環管，在下部設置冷凝水環，并分別連接到蒸汽干管和凝結水干管。
②設置的蛇形伴熱管不會直接接觸倉體外壁，直徑都是 DN25mm 的低壓液體焊管。蛇形管圓弧段與灰斗倉墻的間距要保持在 150mm 范圍內，在灰斗倉墻的底部，逐漸縮小和伴熱蛇形管的間距，并直接連接蒸汽冷凝管［6］。
③在觸媒倉和灰倉的伴熱管上，增加 6mm 的納米氣凝膠膠氈，再在其上覆蓋 100mm 的石棉和 0.8mm 的鋁薄片，以此作為保護殼。
④在投入生產之前，提前將除塵設備的加熱系統打開，當其溫度達到某一程度時，才可以在實際生產中投入使用。
對催化劑倉和灰倉的保溫作用進行優化，保證除塵器中煙氣溫度在 200℃以上，灰倉中的煙道氣和水蒸氣的溫度均高于 180℃，避免煙氣水蒸氣發生凝結問題。
（2）優化氨氣氣源
對氨氣供給線進行了全面的分析，將氨氣加熱器安裝在脫硫脫硝裝置之前，使氨氣溫度達到 130℃，這樣可以完全地氣化氨氣中的氨水，通過蒸氣伴熱保溫處理氨氣輸送管道。氨加熱爐的工作機理是水蒸氣換熱，通過低壓蒸氣和氨氣換熱，使氨溫度從 50℃上升到130℃以上。這種方法不僅提高了氨氣的利用率，還降低了氨氣泄漏的風險，為整個生產過程提供了更加安全和穩定的保障。同時，氨氣加熱器的設計也考慮到了能源的節約和環保的因素，能夠有效地利用能源，減少對環境的影響。
（3）優化壓縮空氣氣源
通過利用深冷型冷凍式壓縮空氣干燥機，可將壓縮空氣中含有的油和凝結水消除干凈，避免總壓縮空氣中攜帶的水影響到除塵袋反吹工作和氣力輸灰過程。
（4）優化氣力輸灰系統
①減少管段，使灰倉出灰口和風力輸送裝置之間的連通距離更短；②改善連接管線的絕熱與封閉作用；③對氣力運輸的自動化操作過程進行優化，添加了空載警報裝置。在運輸啟動之后，根據運輸的阻力信息來判定運輸體系是否處在空載狀態，并在運輸過程中提醒巡查人員對除塵器灰斗下料狀況進行檢測。采用以上方法，有利于實現灰倉連續性地排灰［7］。
3.2.3 煙氣脫硝工藝
在各種脫氮技術中，選擇性催化還原脫氮的效率最高，且具有廣泛的適用性和相對成熟的特點。由于該工藝要求在 220℃左右的工況下完成，適宜的催化反應溫度對整個工藝進程有很大影響。要使煉焦爐煙溫達到一個較好的水平，就必須改進爐煙的供熱系統。水和氮都是反應產物，不能循環利用，只會消耗原料和能量，而且每隔三年更換一次催化劑，因此增加了整體成本。
利用 SCR 催化脫硝技術，冶金企業可對催化劑進行改造，使其在較短時間內得到較好的脫氮效果。但是，許多技術仍處于實驗狀態，并且沒有在工業裝置中實踐應用，在低溫下，SO2 和氨會形成銨鹽，導致催化劑中毒，而且會影響催化劑的性能，因為低溫脫硝催化劑的采購渠道比較集中，成本也比較高。如圖 2 所示。
3.2.4 脫硫脫硝一體化技術
脫硫脫硝一體化技術不僅在整體提升脫硫脫氮效果方面起到了非常關鍵的作用，還可高效提升脫硫脫氮的水平，同時有利于控制煙氣的污染程度。一些冶金企業在實施煙氣脫硫時，會采用“前除氮后除硫”的方法。但若僅采用煤氣作為工作介質，則 SO2 的含量將會增加，最高可達到 800mg/m3，這與規范 SO2 的含量有很大的差異，因此 SO2 的治理顯得尤為關鍵。在進行處理時，可以采用低溫催化的方法，使脫硝劑的活性下降，從而達到最終的脫硫效果。另外，實際上就焦爐 SO2、煉焦粉塵顆粒物質控制技術而言，主要分為濕法、半干法、干法三種。根據具體工況，選用適當的工藝，可以使煙氣的脫硫率不斷上升，最高可達 96.25%。而采用濕式處理方法進行相應脫硫工作，所需的脫除溫度均在55℃以下。所以說，這種方法可以對凈化后的煙霧進行有效地控制［8］。但由于煙氣溫度持續上升，導致整體系統的運轉費用偏高，故不宜在焦化工業中采用濕法脫硫。另外，根據實際工作的需要，可以對半干法脫硫的工藝進行適當的選擇，此時可采用旋轉噴射布袋除塵來實現對去除硫化物，這種工作模式更適合工程建設的需要。
最后利用焦爐 NOx 控制技術的過程中，通過對燃燒后煙氣進行控制，可使整體脫硫脫硝水平因此提高，為了優化脫硝效果，通常是利用吸收法和固體吸附法。
4 結束語
綜上所述，根據焦爐煙氣的化學與物理特征，并將其與有關環保標準相結合，對焦爐煙氣中已有比較成熟的煙氣脫硫脫硝法進行了分析和歸納，并對其完善，最后給出了一種切實可行的煙氣脫硫脫硝基本工藝方案設計及相應問題的改善措施，以期對今后的脫硫脫硝系統的高效、順利運行具有重要的指導意義。
參考文獻
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