韓 礦 ，曹紀剛 ，向海飛 ，高立東 ，牛洹濤 ，高峰林

(安陽鋼鐵股份有限公司 焦化廠，河南 安陽 455004)

國家環(huán)保政策方案提出焦化企業(yè)必須要降低污染物排放負荷，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等應全面達到煉焦化學污染物國標超低排放限值要求。安鋼焦化廠目前有6座焦爐，全部使用高爐煤氣加熱，燃燒后的廢氣中也摻雜著因爐體竄漏進入廢氣系統(tǒng)的荒煤氣、煤粉、炭灰等燃燒后的氣體、灰塵，因此煙道廢氣主要組成有N2、SO2、CO2、NOx、顆粒物等。為脫除煙道廢氣中的污染物，該廠采用干法活性炭脫硫脫硝技術(shù)，對進入煙囪前的廢氣使用凈化塔填料進行吸收凈化，然后再排入大氣中。該系統(tǒng)投用后，有效降低了廢氣中SO2、NOx、顆粒物含量，同時將再生過程獲得的高濃度SO2氣體用來制備硫銨溶液，達到了遠低于國標控制要求的企業(yè)特別限制排放標準。

1 工藝原理及應用

使用活性炭脫硫脫硝工藝的主要流程為：從機、焦側(cè)總煙道來的溫度約220 ℃的焦爐煙道廢氣進入煙氣總管，在該處用質(zhì)量分數(shù)為18%的氨水進行噴灑(霧化氨氣作為脫硝還原劑)，隨后進入煙-煙換熱器、煙-空換熱器，溫度降至130 ℃，然后進入凈化塔利用活性炭對煙氣中的SO2進行選擇性吸附，吸附態(tài)的SO2在氧氣和水蒸氣存在的條件下被氧化為硫酸(H2SO4)并被儲存在活性炭孔隙內(nèi)，活性炭具有催化活性， 100～150 ℃時，在活性炭的吸附、催化作用下氨氣與NOx發(fā)生選擇性催化還原反應生成氮氣和水，實現(xiàn)煙氣脫硝，同時活性炭吸附層相當于高效顆粒層過濾器，在慣性碰撞和攔截效應作用下，煙氣中的大部分粉塵顆粒在床層的不同部位被捕集，凈化后的煙道廢氣回前端的煙-煙換熱器升溫至160 ℃左右，再通過增壓風機送出，經(jīng)過煙囪排放至大氣中。吸附后的活性炭從長軸卸料器、刮板機進入再生塔被加熱至400 ℃，解吸出的SO2等氣體被抽送至吸收塔，經(jīng)氨水、循環(huán)液噴灑及氧化生成硫銨溶液，送到回收系統(tǒng)母液槽制備硫酸銨；加熱再生后的活性炭被再次活化，吸附和催化活性得到恢復，在再生塔底部冷卻被冷卻為120 ℃以下，然后由鏈斗輸送機送至凈化塔循環(huán)使用。工藝流程如圖1所示。

圖1 活性炭脫硫脫硝工藝流程圖

該工藝使用的活性炭為粒狀，具有較大的接觸表面積、良好的孔結(jié)構(gòu)、豐富的表面基團、高效的原位脫氧能力，同時有負載性能和還原性能。所以既可作載體制得高分散的催化體系，又可作還原劑參與反應，并提供一個還原環(huán)境，降低反應溫度[1]?；钚蕴孔鳛榇呋瘎┑闹饕瘜W反應和高溫生成SO2的熱分解反應如下[2]：

(1)吸附反應

(2)脫硝反應

(3)熱分解反應

2 運行情況及效果

該工藝在焦化廠投用，JN43-80型焦爐一座爐組共用一套系統(tǒng)，6 m及7 m焦爐每座焦爐使用一套系統(tǒng)，根據(jù)廢氣量的不同，凈化塔層數(shù)、處理量及規(guī)格不同，但原理及處理工藝等相同。投產(chǎn)以來運行情況良好，生產(chǎn)期間沒有廢水、廢氣、廢渣等產(chǎn)生，投產(chǎn)以后凈化效果見表1。

表1 活性炭脫硫脫硝裝置投產(chǎn)前后煙氣污染物含量表 mg/Nm3

從表1可以看出，活性炭煙氣脫硫脫硝裝置投用以來，經(jīng)環(huán)保專業(yè)檢測排放到大氣中的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物顯著降低，遠遠低于《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)特別排放限值，實現(xiàn)了企業(yè)特別排放限制(NOx≤100 mg/Nm3、SO2≤10 mg/Nm3、顆粒物≤10 mg/Nm3)的目標，該系統(tǒng)運行處理效果較為顯著。

3 存在問題

該工藝在安鋼焦化廠投用以后，初期運行較為平穩(wěn)，各項參數(shù)都在控制要求范圍內(nèi)，但隨著使用時間的延長，逐漸凸顯出了以下問題：①凈化塔炭層溫度緩慢升高，系統(tǒng)阻力增加，風機頻率逐漸加大。②再生尾氣管道壓力逐漸增大，自調(diào)抽氣閥門開度越來越大，直至無法調(diào)節(jié)。③再生塔下料處經(jīng)常由于炭灰堵塞，從而造成炭灰落地造成污染，嚴重時造成再生系統(tǒng)停車。

4 原因分析及處理方法

針對以上問題，從工藝角度思考，結(jié)合投產(chǎn)以來的使用情況和運行狀況，作出分析判斷、制定對策，采取措施如下：①煙道廢氣從煙-煙換熱器至凈化塔之間設置有空冷換熱器，管內(nèi)走空氣，經(jīng)過管壁與溫度為180 ℃的管外煙氣進行換熱，由于前端煙氣總管內(nèi)噴灑氨水并迅速霧化，與廢氣中的二氧化硫、水、氧氣等反應生成硫酸銨、亞硫酸銨等，在溫度較低的管外壁凝結(jié)，隨著運行時間的增加，固化物逐漸增多堆積固化，造成空-煙換熱效率低下，系統(tǒng)阻力增加、溫度升高，必須通過增加風機轉(zhuǎn)速來提高運行質(zhì)量。經(jīng)過分析與討論，消除凝結(jié)物的生成聚積是要點，在工藝流程已固定的情況下，決定減少氨水噴灑量從而有效減少銨鹽的生成，降低其在管外壁的固化速度，保證換熱效率的穩(wěn)定；同時利用銨鹽易溶于水的特點，采用消防水沖洗與泡溶來清理空冷換熱器管外聚集物，并將混合物從底部排放孔流出，經(jīng)過處理，系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定。②從活性炭再生塔排除的解吸氣體溫度接近400 ℃，進入再生器管道后溫度急劇下降，含有的水分、氨氣及SO2等的氣體，在管道內(nèi)生成銨鹽結(jié)晶混合物， 附著在管道內(nèi)壁上，造成管道堵塞。初始沖洗方法是抽氣法下部裝沖水閥，使水從上部流入，下部排出，根據(jù)液態(tài)物體流動性特點和操作設置，當水進入水平段時，水只在管道下部1/3處流動，上邊接觸不到水，無法徹底進行管道沖洗。經(jīng)過現(xiàn)場討論并結(jié)合工藝特征及銨鹽性質(zhì)，在抽氣閥上部加裝軟連接式?jīng)_水閥，在其下部加裝排水管線，同時在再生器管道末端(最低端)加裝三通，連接水管和蒸汽管。沖洗時使水和水蒸氣由再生氣管道末端(最低端)開始流動，經(jīng)水平段上升至垂直端頂部，由頂部排水管排出，這樣可使溫度較高的沖洗水充滿整個管道，且通蒸汽后水溫較高，有效提高溶解速度，提升清洗效率。沖洗方法改進后，管道內(nèi)能夠徹底清理，再生氣體實現(xiàn)順利導出；同時，清理時間大幅減少，解決了頻繁沖洗對焦爐生產(chǎn)的影響。③進行操作設備改進。由于再生塔下部下灰管道細、放灰閘閥門開關(guān)不靈活，使再生塔下料處經(jīng)常被振動篩篩下的炭灰堵塞，從而促使炭灰落地造成二次污染，嚴重時造成再生物料系統(tǒng)停止，影響整個系統(tǒng)的順利。為保證排灰順暢，把下灰管道直徑增大，并把其下部灰罐口也增加至同等管徑；并將閥門去掉，設置自制的可調(diào)插板，用來掌控下灰量；同時在管道下面再加開觀察處理孔，發(fā)現(xiàn)堵塞時，可停車快速處理。

5 結(jié)語

安鋼焦化廠在使用活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)以來，焦爐煙道廢氣排放實現(xiàn)了二氧化硫≤10 mg/Nm3、氮氧化物≤100 mg/Nm3、顆粒物≤10 mg/Nm3的企業(yè)特別限制排放標準，遠遠低于國標(GB16171-2012)限排標準，成為藍天工程，環(huán)保限值排放的標桿企業(yè)；另一方面，處理生產(chǎn)實際問題實現(xiàn)工藝技術(shù)的操作方法改進和操作設備改進改造，優(yōu)化工藝管控流程、縮短作業(yè)處理時間，降低職工勞動強度，同時也發(fā)掘了新的關(guān)鍵操作點，為以后的穩(wěn)定順利運行及操作管理積累了經(jīng)驗，在焦化行業(yè)具有良好的推廣價值。