烟气脱硫脱硝一体化系统设计

卫晋刚

(山西潞安焦化有限责任公司,山西 长治 047500)

SO2和NOX污染是造成大气污染的主要原因。随着新的污染物排放标准的颁布，烟气脱硫脱硝技术面临着前所未有的压力和挑战。如何经济、有效地提高脱硫脱硝效率，降低SO2和NOX的排放量，成为大气环境污染控制工作者研究的热点问题。

脱硫脱硝一体化系统；系统设计；经济效益

引 言

大气污染是二十一世纪人类社会生存和发展所面临的最严重的环境问题之一。化石燃料燃烧及气化后产生的SO2、NOx、HF、CxHy等有害气体,造成的酸雨、温室效应和臭氧层破坏等大气污染，严重影响着人类的生存环境[1]。因此，削减和控制产生的SO2和NOX污染,是我国能源和环境保护面临的严峻挑战。

本文对某焦化厂采用LCO法烟气脱硫脱硝一体化工艺技术进行了介绍，同时综合考虑了高温烟气余热的利用。该项目具有技术先进、工艺可行、净化效率高、运行成本低的优点。使焦炉烟囱大气污染物排放值最低标准达到《炼焦化学工业污染物排放标准(GB16171-2012)》的要求[ρ(SO2)≤50 mg/m3，ρ(NOX)≤500 mg/m3，ρ(烟尘)≤30 mg/m3]，同时保留了更高排放要求的技改空间[2-3]。

1 LCO法烟气脱硫脱硝一体化工艺优势

LCO法烟气脱硫脱硝一体化技术是利用专用的有机催化剂对烟气中的SO2、NOX等污染物进行强力捕捉，通过中和剂(氨水)中和最终生成硫酸铵或硝酸铵化肥[4-5]。本技术是一项能够同时进行脱硫、脱硝及二次除尘的多效合一的先进技术，其主要创新点和技术优势表现在：

1) 技术集成一体化，脱除效率高。在同一个系统中同时完成多效脱除，脱硫、脱硝及二次除尘效率分别可达99%、85%、85%。

2) 低温脱硝技术(80 ℃～180 ℃)，脱硝效率≥85%。

3) 使用液体催化剂，脱除效率高，催化剂循环使用。

4) 资源化利用，副产品为硫酸铵和硝酸铵的液态复合肥。

5) 无二次污染。无废水与固体废物排放，彻底解决副产品二次污染的重大环保风险。

6) 以废制废。利用焦化自产氨水作为原料，实现资源综合利用。

7) 可满足不断升级的国家环保政策需求，无需进行二次投资。

8) 运行成本低。结合烟气余热利用，可实现环保达标运行费用3元/吨焦～5元/吨焦。

2 系统设计

2.1 系统参数(见表1)

表1 烟气脱硫脱硝一体化系统参数

2.2 各分系统介绍

全系统流程见图1。

图1 全系统流程

1) 烟气系统

焦炉烟气分别从1#、2#地下主烟道引出汇总后，首先进入H2O2氧化烟道，再进入余热锅炉，经增压风机升压后，进入臭氧氧化烟道进一步氧化NOX，最后进入吸收塔。烟气在吸收塔内垂直上升，穿过催化剂吸收液喷淋吸收区，烟气中SO2、NOX及粉尘被吸收液高效去除，再经除雾器除去微滴后，经塔顶直排烟囱排入大气。

系统设置事故烟道，配置事故风机，并加装电动挡板门，事故风机采用柴油发电机作为电源，以确保在紧急事故状态下烟气脱硫脱硝及余热回收装置能快速退出，烟气经事故烟道返回原烟囱。

2) 吸收塔循环系统

吸收塔是烟气脱硫脱硝系统的核心，包括塔体及配套的内部构件、循环泵等，吸收塔塔顶设置直排烟囱。吸收塔采用逆流喷淋，自下而上依次为底部反应池、脱硫脱硝吸收段、除雾器段、烟气出口段。催化剂吸收液从塔上部经喷嘴向下喷淋，与上行的烟气接触反应，然后与反应产物一起进入反应池，反应池内的混合液通过循环泵到塔上部的喷嘴喷出，实现循环喷淋。

吸收了二氧化硫、氮氧化物的催化剂吸收液，在吸收塔吸收段完成氧化反应后，在LCO催化剂的作用下，持续氧化生成硫酸及硝酸，落入反应池中与加入的氨水发生中和反应生成硫酸铵、硝酸铵。

3) 氨水供给系统

氨水供给系统采用焦化氨水(体积分数10%)及部分外购氨水，由管道输送至氨水储罐。氨水通过氨水供给泵泵入吸收塔内，参与脱硫脱硝反应。通过新鲜氨水的加入控制吸收液的pH值(6.0～6.5)，以达到最好的脱硫脱硝效果。

4) 化肥盐液处理系统

化肥盐液处理系统设置一个硫酸铵/硝酸铵混合盐液储罐，容量按7 d储量设计。系统设计2台盐液输送泵，将硫酸铵/硝酸铵混合盐液定期输送至焦化厂硫铵车间统一处理。

5) 粉尘过滤及催化剂分离回收系统

当吸收塔内盐液达到一定质量分数(35%～45%)后由混合液排出泵排出，进入过滤器，去除大颗粒后送入离心机。经离心分离后，混合盐液分成2个部分：渣浆进入渣储罐，密度轻的催化剂和盐液进入液相储罐静置分离。上层催化剂返回回收地坑，并打入吸收塔重复利用，下层混合盐液用液相供给泵打入液液过滤器，经过滤进入盐液储罐储存，经盐液泵打入硫铵车间，进行统一浓缩、结晶、干燥处理。

6) 脱硝氧化系统

脱硝氧化系统包括H2O2氧化系统和臭氧氧化系统。高温烟道内的NOx通过雾化的H2O2部分被氧化，随后再被臭氧氧化。经臭氧强制氧化后的烟气进入吸收塔，被吸收塔内雾化的LCO催化剂吸收液吸收，完成脱硝。H2O2采用外购27.5%的工业级H2O2，经双氧水输送泵送入高温烟道，通过喷嘴汽化成微小颗粒，与烟气充分混合，氧化其中的NOx。氧气源采用空分氧气，经臭氧发生器放电作用产生高质量浓度(120 g/m3～150 g/m3)的臭氧，经稀释风机配风后送入吸收塔入口。

7) 余热回收系统

余热回收系统配置余热锅炉一台，设备包括蒸发器、汽包、汽水连接管路等，实现对高温烟气热量回收，转化为生产用蒸汽。

8) 控制系统

整套系统采用分散控制系统(LCO-DCS)进行监视和控制。LCO-DCS控制系统实现模拟量控制、顺序控制和数据采集功能，以满足各种运行工况的要求，确保脱硫脱硝系统安全、高效运行。控制系统安全可靠、使用方便、通讯接口灵活、人机界面友好、控制性能优越、组态功能丰富。

3 经济效益分析

系统投运后，焦化厂焦炉烟囱基本实现达标排放，其中，SO2质量浓度为35 mg/m3～45 mg/m3，NOX质量浓度为230 mg/m3～400 mg/m3，烟尘质量浓度为8 mg/m3～22 mg/m3，符合《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)新的环保排放要求，并大大降低了对周边自然环境的影响。

同时，两厂烟道余热回收装置总计回收余热蒸汽量达到24t/h，用于厂内正常生产用汽，产生巨大的经济效益。按投产后每小时实际生产8 t蒸汽,一年能节约蒸汽费用18万元。

4 存在的问题

由于本技术在焦化烟气治理上为首次应用，投资费用较高，设计时参照电厂锅炉烟气脱硫脱硝工艺。但是，因与电厂锅炉烟气工况存在很大不同，焦化烟气温度偏高且存在大量煤焦油粉尘等杂质，实际运行过程出现粉尘量大、氨水消耗大等问题。现已通过各项技术改造进行完善：通过对塔底部安装氧气曝气装置提高氧化脱除效果，通过源头操作控制减少粉尘量，降低后续处理负荷；部分设计设备选型偏小，像分离系统主要设备离心机及过滤器存在选型不当影响正常运行的情况，现已更换整改。

5 总结

本文介绍了某焦化厂脱硫脱硝一体化系统的设计。通过实际运行的结果对脱硫脱硝的设备提出了更为合理、系统的改造方案。对进一步的设计、运行调试和改造提供了重要的基础。

[1] 王智化，周俊虎，温正城，等.利用臭氧同时脱硫脱硝过程中的NO的氧化机理研究[J].浙江大学学报(工学版)，2007，41(5)：765-769.

[2] 刘涛，曾令可，税安泽，等.烟气脱硫脱硝一体化技术的研究现状[J].工业炉，2007，29(4)：12-15，32.

[3] 纪晓雯.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术的研究与应用[J].能源与环境，2004(4)：53-56.

[4] 徐长香，傅国光．氨法烟气脱硫技术综述[J]．电力环境保护，2005，21(2)：17-20.

[5] 王洁，孙石，和晓荣，黄贤峰，周小兰．液相催化氧化净化烟气中SO2和NOX的研究[J]．云南大学学报(自然科学版),2006,28(6):526-529.