一、研究的背景與問題

近年來，環(huán)保政策越來越嚴(yán)，國家和地方都出臺了相關(guān)政策，制定了相應(yīng)的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，大大推動了鋼鐵行業(yè)“減排降污”治理進(jìn)程。焦化工序作為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的能耗、污染大戶，根據(jù)GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定焦?fàn)t煙囪排超低放標(biāo)準(zhǔn)：顆粒物≤10mg/m3、SO2≤30mg/m3、NOx≤150mg/m3。為滿足超低排放要求，各企業(yè)紛紛響應(yīng)，上馬焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝系統(tǒng)，實現(xiàn)排放達(dá)標(biāo)。

傳統(tǒng)脫硝技術(shù)不能滿足焦?fàn)t煙道氣脫硝需求,不能實現(xiàn)焦?fàn)t高效脫硝。主要有3方面原因:

(1)焦?fàn)t煙道氣在脫硝之前，其溫度一般為180℃~300℃，煤電煙氣脫硝前溫度為300℃~450℃，焦?fàn)t煙道的溫度無法匹配傳統(tǒng)工藝的溫度條件，從而阻礙了一些技術(shù)工藝在焦?fàn)t煙道氣脫硝方面的應(yīng)用。

(2)焦?fàn)t煙氣的污染物成分與煤電行業(yè)的不同，煤電行業(yè)煙道氣中SO2含量偏高，NOx含量偏低，而焦?fàn)t煙道氣中NOx含量偏高，SO2含量偏低，且含有焦油、硫化氫(H2S)、一氧化碳、甲烷、游離炭等組分，這導(dǎo)致活性焦聯(lián)合脫硫脫硝法等適合于高硫低氮煙氣工況的工藝在焦化行業(yè)難以適用。

(3)焦?fàn)t煙囪內(nèi)部必須保持130℃以上的溫度（焦化行業(yè)稱之為煙囪熱備），在引風(fēng)機出現(xiàn)故障時，能夠保證焦?fàn)t煙囪還能為煉焦工藝提供穩(wěn)定的壓力出口條件，而不影響整個焦?fàn)t的生產(chǎn)，所以排煙溫度過低的濕法工藝在焦化行業(yè)的應(yīng)用受到制約。

當(dāng)前焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝工藝主要有：活性焦脫硫脫硝工藝、傳統(tǒng)SDA半干法/SDS干法脫硫+SCR脫硝工藝，但都會存在集成度低、占地面積大或產(chǎn)生次生二次污染等問題，難以滿足工藝及場地布置要求。因此，湖南鋼鐵集團華菱漣源鋼鐵有限公司與安徽紫朔環(huán)境工程技術(shù)有限公司合作，開發(fā)了陶瓷催化濾管一體化脫硫脫硝技術(shù)，并在漣鋼焦化得到成功應(yīng)用。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

對于焦化行業(yè)的煙氣特點是煙氣中二氧化硫和粉塵濃度低，而氮氧化物濃度高，為了達(dá)到超低排放要求，一般需要脫除效率不小于90%，但是焦?fàn)t煙氣溫度低（相對于脫硝反應(yīng)的溫度窗口）、粉塵中含堿金屬和煤焦油等成份，又不利于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，因此焦化煙氣治理的難點在于脫硝，而脫硝的難點在于整體脫硫、脫硝和除塵工藝的選擇和布置。

本技術(shù)方案以焦?fàn)t煙道氣為研究對象，針對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)集成度低、占地面積大和可能存在二次污染產(chǎn)生的問題，開展了焦?fàn)t煙道氣工況參數(shù)分析及焦?fàn)t周圍布置實地調(diào)研，根據(jù)焦?fàn)t煙道氣工況參數(shù)和實地調(diào)研情況，以SDS干法脫硫+SCR脫硝為基礎(chǔ)設(shè)計開發(fā)了一種低溫、耐硫、耐焦油、能夠長期不間斷運行的全干法陶瓷催化慮管一體化脫硫脫硝技術(shù)，并最終實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

圖1  塵硫硝一體化系統(tǒng)工藝流程圖

1、陶瓷催化慮管脫硫脫硝原理

（1）含塵氣體通過導(dǎo)流板均流后進(jìn)入濾管，外進(jìn)內(nèi)出；粒徑較大的粉塵在重力作用下沉降；粒徑小的粉塵沉積在濾料表面；煙氣中的顆粒物及有害雜質(zhì)在粉餅層進(jìn)行高效過濾，充分杜絕有毒害物質(zhì)與催化劑直接接觸。

（2）陶瓷慮管表面形成脫硫固定床輔助脫硫。

（3）無塵、硫氣體與濾管壁內(nèi)的催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)氮氧化物被還原。

（4）凈化后的氣體進(jìn)入凈氣室通過風(fēng)機排出，當(dāng)粉塵在濾料表面沉積到一定值后啟動壓縮空氣對濾管脈沖反吹清灰。

圖2 陶瓷催化慮管工作原理 圖3 陶瓷催化慮管反吹清灰

2、焦?fàn)t煙道氣工況參數(shù)

本方案焦?fàn)t煙氣溫度250~290℃相對較高，SO2、NOx波動范圍大（主要與加熱用高爐煤氣參混焦?fàn)t煤氣比例有關(guān)），煙塵顆粒物含量總體30~60mg/m3，平均45mg/m3。因此在設(shè)計SDS干法脫硫時最低煙氣溫度會在ABS露點之上，不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，故無需配套設(shè)計煙道氣控溫器裝置。

表1 煙道氣工況參數(shù)

3、脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)

焦?fàn)t煙氣經(jīng)過地下煙道引出，在引出煙道處，通過磨粉機多路噴射+精確計量裝置+均布裝置定量噴入碳酸氫鈉超細(xì)粉，煙道中均勻混合后進(jìn)行一次脫硫反應(yīng)，再經(jīng)噴氨系統(tǒng)，將18%~20%濃度的氨水通過雙流體霧化噴槍噴入濾管反應(yīng)器入口煙道，通過導(dǎo)流板和氣流分布板分布均流后進(jìn)入陶瓷濾管裝置，粒徑較大的粉塵在重力作用下沉降，粒徑小的粉塵沉積在濾料表面形成塵餅層，并在陶瓷管表面的塵餅層上進(jìn)行二次脫硫，無塵硫氣體通過濾料表面再與濾管壁內(nèi)的催化劑層接觸發(fā)生反應(yīng)氮氧化物被一次脫除，清潔煙氣再通過引風(fēng)機煙囪排出。

圖4 脫硫脫硝一體化反應(yīng)器

三、主要創(chuàng)新性成果

1、開發(fā)了陶瓷催化慮管塵、硫、硝一體化脫除技術(shù)

（1）前端干法脫硫和陶瓷慮管塵餅層輔助脫硫結(jié)合（相當(dāng)于管道混合脫硫和陶瓷管塵餅層兩次干法脫硫），脫硫效率高；搭配添加相應(yīng)的添加劑，可以有效地去除SO2、HCl、H2S、HF等酸性氣體；兼容各種干法/半干法脫硫工藝，減少了煙氣中煤焦油、焦炭、粉塵以及粉塵中重金屬離子對脫硝催化劑的影響，增加了催化劑的使用壽命。

（2）在一體化反應(yīng)器前段噴入氨時，陶瓷纖維催化濾管負(fù)載高效脫硝催化劑具有一次脫硝功能，且脫硝效率高。

（3）工藝集成度高，占地面積和空間小，分倉室設(shè)計，可以分倉室離線檢修，運行費用少。

2、采用剛性陶瓷慮管結(jié)構(gòu)

（1）陶瓷慮管阻燃、耐高溫、耐腐蝕，不易破損，壽命長。

（2）陶瓷過濾管結(jié)構(gòu)堅硬，不會導(dǎo)致粉塵穿透，而且不具有撓性，過濾效果好。

3、形成了全干法工藝，不產(chǎn)生廢水和固廢等二次污染。

圖5 陶瓷催化慮管與傳統(tǒng)布袋除塵對比

四、應(yīng)用情況與效果

陶瓷催化慮管一體化脫硫脫硝技術(shù)已經(jīng)在漣鋼成功運行，各項性能指標(biāo)均滿足焦?fàn)t煙道氣超低排放要求。投運至今，已經(jīng)安全平穩(wěn)運行超4個月，出口煙氣SO2含量平均在10mg/m3左右，脫硫率在92.7%左右；出口煙氣NOx平均在50.8mg/m3，脫硝率在90.8%左右；出口煙氣顆粒物平均在6.02mg/m3，除塵效率平均在89%左右。企業(yè)實現(xiàn)了焦?fàn)t煙道氣超低排放目標(biāo)，具有良好的環(huán)境效益，履行了企業(yè)的社會責(zé)任。

圖6 工業(yè)化裝置現(xiàn)場