安鋼6 m 焦爐活性炭煙氣脫硫脫硝一體化技術實踐

張化強  高慶華  李學志  張俊  張海英

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要：以安鋼6 m 焦爐為例，針對焦爐加熱后產生的SO₂、NO_x，采取活性炭焦爐煙氣脫硫脫硝一體化工藝進行處理。該工藝裝置投產后運行穩定，各項工藝指標均達到設計要求，既達到《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171－2012) 規定最低限值排放的標準，又實現了脫硫后資源的回收。對該工藝存在的問題提出了改進建議。

關鍵詞：焦爐煙道氣；二氧化硫氮；氧化物；廢氣凈化；活性炭

0 前言

安鋼焦化分公司6 m 焦爐為鞍山焦耐院設計的2×55 孔JN60－6 型大容積焦爐，年產焦炭110 萬t。公司地處河南安陽市，屬于國家京津冀及周邊重點區域“2+26”城市，到2017 年10 月開始執行《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171－2012) 特別排放限值。安鋼六米焦爐于2017 年8 月底和9 月中旬分別投入兩套活性炭工藝一體化裝置對焦爐煙氣進行凈化，脫硫脫硝后的潔凈煙氣從煙囪排放到大氣中，同時降低煙氣中顆粒物排放。裝置投用后，運行穩定，效果明顯，煙氣中SO₂、NO_x的含量遠低于標準要求，做到了超低排放。

1 原理與應用

該工藝采用活性炭同時脫除煙氣中SO₂、NO_X。焦爐燃燒后的廢氣，經過空冷換熱進入活性炭凈化系統。在空冷換熱器前，噴入質量分數為18%的氨水，提取氨氣作為脫硝還原劑隨煙氣進入活性炭系統。在凈化塔內活性炭吸附床層上，SO₂被活性炭吸附脫除; 在活性炭的催化作用下，NOx被還原成N₂和H₂O 實現脫除; 同時，還能將粉塵滯留在炭層中。凈化后的煙氣經增壓風機重新進入煙囪排放。

吸附了SO₂的活性炭，經刮板機系統進入再生塔加熱到400 ℃，被吸附的SO₂釋放出來生成再生氣體，再生氣體被輸送至硫酸制備單元處理，最終生成10%的硫銨溶液。硫銨溶液送到化產系統硫銨母液槽，與焦化廠區硫銨溶液混合后進行結晶制備硫酸銨。活性炭經冷卻后被刮板機回送到凈化塔繼續使用。系統流程示如圖1 所示。

煙氣SO₂吸附及解析的原理如下^［1］:

( 1) SO₂吸附過程( * 表示吸附狀態)

①物理吸附( SO₂分子的向AC 細孔移動)

SO₂→SO₂*

②化學吸附( 在AC 細孔內的化學反應)

SO₂* +O* →SO₃*

SO₃* +nH₂O* →H₂SO₄* +( n－1) H₂O*

③生成硫酸鹽

H₂SO₄* +NH₃→NH₄HSO₄*NH₄HSO₄* +NH₃→( NH₄)2SO₄*

( 2) SO₂解析再生過程

①硫酸的分解反應

H₂SO₄·H₂O→SO₃+2H₂O

SO₃+1 /2C→SO₂+1 /2CO₂

( 化學損耗)

H₂SO₄·H₂O+1 /2C→SO₂+2H₂O+1 /2CO₂

②硫酸銨鹽的分解反應

NH₄HSO₄→SO₃+NH₃+H₂O

SO₃+2 /3NH₃→SO₂+H₂O+1 /3N₂

NH₄HSO₄→SO₂+H₂O+1 /3N₂+1 /3NH₃

2 運行效果

該裝置在我廠投用后，運行平穩，效果良好，使用前后煙氣組分含量見表1。

從表1 可以看出，活性炭煙氣脫硫脫硝系統投用后，焦爐煙氣中的各項組分均有顯著降低，達到了《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171－2012)特別排放限值。經過測算，每年可以減少污染物排放量分別是: 煙塵118 t /a、NO_x 2 079 t /a，SO₂178 t /a。特別是該系統充分利用了焦化系統的各項資源，沒有新的污染物產生，系統占地面積小，所用物資均可市場采購。

3 存在問題

系統在運行約3 個月后，出現了空冷換熱器堵塞的問題，主要表現為系統阻力增加、需要的增壓風機工作頻率越來越高、空冷換熱器風機震動大、空冷換熱器下部有白色或黃白色固態結晶體凝結并堵塞觀察口。

4 原因分析與解決方法

空冷換熱器是煙氣進入系統的第一個大型設備，之后將進入凈化塔。在空冷換熱器前，設置了氨水噴灑系統。由于氨水可直接與煙氣中的SO₂反應生成硫酸鹽，部分硫酸鹽液滴隨煙氣附著在空冷換熱器的換熱管上并固化。隨著系統運行，固化的硫酸鹽越來越多，導致空冷換熱效果差，系統阻力增加。

要從根本上解決該問題，需要將氨水噴灑系統設置在空冷換熱器后、凈化塔之前，這樣即使生成硫酸鹽也會固化在活性炭上，并隨著活性炭的再生而解決。但由于我單位空間限制，不能滿足氨水噴灑系統與凈化塔的距離要求，故只能將氨水噴灑系統設置在空冷換熱器前。

由于氨水噴灑系統不能改進，所能考慮的只有如何控制氨水噴灑的量，使其既能滿足系統要求又不至于過多的固化在空冷換熱器上。氨水噴灑量與空冷換熱器堵塞狀況見表2。

從表2 可以看出，二套相同的活性炭脫硫脫硝系統的氨水噴灑量與空冷換熱器的堵塞狀況，故可將氨水噴灑量控制在140 m³ /h ～ 160 m³ /h，在特殊狀況下可控制在170 m³ /h～200 m³ /h。

對于已經堵塞的空冷換熱器，必須進行清理，保證換熱效果及系統阻力。經試驗，凝結的固態硫酸鹽可溶于水，因此可用水來沖洗空冷換熱器。在系統停止運行的狀態下，將空冷換熱器上端打開( 可加裝檢修人孔) ，用消防帶或高壓水管對換熱管進行沖洗。沖洗后，系統運行正常，滿足生產要求。

5 結語

焦爐煙氣活性炭脫硫脫硝一體化凈化系統在安鋼六米焦爐投用以來，運行穩定，凈化后的煙氣達到了《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171 －2012) 特別排放限值，解決了焦爐煙氣排放的瓶頸制約。在系統優化后，具有系統占地面積小，所用物資均可市場采購，特別是該系統充分利用了焦化系統的各項資源，沒有新的污染物產生的優點，在焦化行業具有良好的推廣應用價值。

6 參考文獻

［1］ 張丹，魯力瑋． 煙氣活性炭脫硫富集SO₂制酸技術實踐［J］． 一重技術，2017 ( 2) : 30－34．