焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化研究应用

低碳环保与节能减排

节能 ENERGY CONSERVATION

NO.04 2019

焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化研究应用

王 伟 冯 侃

（北京龙电宏泰环保科技有限公司，北京 100097）

摘 要：就目前而言，我国在发展的过程中离不开煤炭工业，因此，为了能够有效避免环境污染等问题的发生，我国在管理和控制炼焦化学工业污染物排放的时候，出台了更加严格的标准，相关的化工型技术科研人员也在不断的研究和开发新型的脱硝催化剂等。采用新型的镁法烟气脱硫工艺等对炼焦化学工业污染物排放进行控制，可以更好地满足和符合我国相关法律法规，有效降低对环境的污染和对人们身体的危害。通过采用焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化技术，有效解决了焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收利用的问题，使经济效益得到有效提高，因此，针对焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化技术进行分析研究，对相关技术展开说明，从而更好的提高化工企业的科研、环保能力。

关键词：煤炭工业；二氧化硫；一氧化氮；焦炉烟道；环境污染；脱硫脱硝；余热回收

中图分类号：TQ 522.59 文献标识码：B 文章编号：1004-7948（2019）04-0113-02doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2019.04.045

引言

目前，我国的煤炭工业受到了一定的整改，其原因是因为煤炭工业在生产过程中，焦炉烟道释放出了很多含有污染成分的有害气体，例如二氧化硫（SO2）、一氧化氮（NO）等。这些有害气体不仅严重污染空气，还会导致人类的身体健康受到危害[1]。通过对焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化技术进行分析研究，开发新型的脱硝催化剂等，采用新型的镁法烟气脱硫工艺等对炼焦化学工业污染物排放进行控制，从而有效提高工厂的焦炉烟气脱硫脱硝余热回收能力，降低对大气的污染。1 焦炉烟道气的特点与现状1.1 焦炉烟气的特点

焦化厂是专门从事冶金、冶炼焦炭生产，对焦化产品进行加工、回收的工厂，焦化厂在冶炼上述各种产品的时候会产生大量的焦炉烟气，其中，焦炉烟气的成分主要是以焦炉煤气燃烧以后产生的各种废气为主，这些废气中，最主要的成分包括SO2、NO等[2]。焦炉烟气温度范围基本为180~300 ℃左右，且温度的波动较大，焦炉烟气中的成分较为复杂，其中，NOx的含量相对较高，浓度在350~1 200 mg/m3之间，其次是SO2，该气体容易与氨反应，然后转化为硫酸铵，导致反应器的管道堵塞，造成设备被腐蚀的现象。

1.2 焦化厂在处理焦炉烟气中存在的难点

焦炉烟气在处理过程中，最大的难点就在于脱硫处理。传统的焦炉烟气处理方法中，脱硫技术需要的温度在320~420 ℃之间，需要使烟气中的SO2会和NH3进行反

应，如果温度较低的，会导致结晶产生，从而堵塞脱硝催化剂表面微孔，导致脱硝催化剂中毒。目前，因为温度不够，导致SO2中毒现象等是非常常见的，因此，如果想要避免SO2中毒，就要进行脱硫，这是目前焦化厂在处理焦炉烟气中存在的最大难点之一。1.3 对焦炉烟气的环保措施

就目前而言，我国最常见的大气污染物就是二氧化硫以及氮氧化合物等，且危害性较高，性质非常严重。为了能够有效改善我国的环境问题，我国在相关会议中就环境保护问题和大气污染排放问题进行了专门的研究和探讨，并制定了相关的标准，其中，包括2012年制定的《炼焦化学工业污染物排放标准》[3]。

2 焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化工艺流程与处理技术2.1 焦炉烟气处理流程

为了能够更好地对焦炉烟气脱硫脱硝余热进行回收，相关技术人员对设备进行改造，主要流程包括烟气通过焦炉进入焦炉烟道气，然后在脱硝反应器进行反应，采用热管式烟气换热器进行热交换，利用增压风机对其进行处理，并通过脱硫塔进行反应，最后从塔顶烟囱将处理后的气体进行排放[4]。对该流程做进一步的阐述，并对脱硝、脱硫、余热回收展开说明。2.2 焦炉烟气处理技术2.2.1 常用的脱硝方法

就目前而言，采用脱硝反应器进行脱硝是目前常用的脱硝方法，在处理硝酸过程中，主要采用的方法有非催化还原法、氧化吸收法、催化还原法等。其中，在使用催化还原法的过程中，选择性催化还原法在进行脱硝处理的过程中技术最为成熟，且效率相对其他方法最高。

作者简介：王伟，硕士，工程师，研究方向为大气环保治理。收稿日期：2019-03-19

目前，在进行选择性催化还原法对一氧化氮、二氧化氮等气体进行处理的时候，主要原理是在这些尾气中加入

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一定的还原剂，可以利用氨气作为还原剂，在此过程中，能够有效将一氧化氮、二氧化氮等气体还原为氮气，其中，涉及的化学反应方程式主要为：NOx+NH3+O2→N2+H2O。在本次研究和设计中，主要采用的脱硝催化剂为新型材料，该催化剂的基体为陶瓷蜂窝状，结构为整体涂层式结构，主要组成物质为陶瓷蜂窝、金属氧化物以及各种活性组分。同时，在使用该催化剂的过程中，仅需要在中低温度下就可进行，有效解决了焦化厂在处理焦炉烟气中存在的难点。采用该催化剂能够有效提高脱硝效率，通过采用高空作业的方式，降低反应过程中的阻力，加大催化剂的选择性，降低氨的逃逸率，使温度得到良好的控制，减小反应过程中的热膨胀系数，能够有效消除和治理烟气中的一氧化氮、二氧化氮等氮氧化合物[5]。2.2.2 偏心型径向热管换热器

在研究过程中，在对焦炉烟道气的余热进行回收的时候，主要采用的装置为偏心型径向热管换热器，该仪器主要依靠的技术为轴向重力热管技术，能够进行有效热交换，且能够使温度恒定不变，提高生产过程中的换热效率，另外，采用偏心型径向热管换热器，能够更好地进行热传递，能够较好地适应环境，且耐腐蚀性高，能够有效抵抗各种化学物质的腐蚀。其中，偏心型径向热管换热器主要采用的元件为以径向为传热方向的元件，偏心型径向管是由管内、外管、端盖以及相关的夹套组成，且内管和外管的水平不同，形成一个偏心径向结构。在设计过程中，采用偏心径向热管换热器，对焦炉烟道气的余热进行回收的时候，由于在设计换热器的过程中，设计了偏心度，能够有效改善加热管的填充量，使其能够顺利进行工作，提高换热器的热效率，其传热范围在200~300 ℃之间，并有效降低相关的运作成本，使企业的生产效率得到大幅度提高。同时，偏心型径向热管换热器回收的余热一部分从烟囱中排出，另一部分经过管道通往脱硫塔，对脱硫塔进行加温，有效降低成本，提高脱硫效率。2.2.3 常用的脱硫方法

就目前而言，在我国各焦化企业中，最常使用的脱硫方法为石灰法、氨法、钠碱法、金属氧化物法等。在本次研究中，采用的脱硫方法为烟气镁法脱硫湿法，其中，镁法烟气脱硫反应方程式主要为：首先需要进行氧化镁浆液的制备Mg(OH)+H2+2O→Mg(OH)2→Mg+2OH-，然后进行二氧化硫的吸收反应，SO+2+H2O→H2SO3→H+HSO-3→H++SO2-3→Mg2++SO2-3→MgSO3→SO2+MgSO3+H2O→Mg(HSO3)2，然后进行中和再生反应，Mg(HSO3)2+ Mg(OH)2→2MgSO3+2H2O，最后进行脱硫产物氧化与中和反应，MgSO3+1/2O2→MgSO4，Mg(HSO3)2+O2→Mg(HSO4)2，Mg(HSO4)2+Mg(OH)2→2MgSO4+2H2O。

采用镁法脱硫的方法相比于其他方法来说，优点较为突出，其中，该脱硫方法的技术较为成熟，在我国的

应用较广，同时，所使用的原料来源较为充足，氧化镁的储量十分的多，资源分布较广，能够满足日常的生产需要，同时，在进行脱硫反应的时候，效率较高，该催化剂的化学反应活性较强，相比于其他方法来说，脱硫效率更高，投资费用较少，采用镁法脱硫的时候，对吸收塔的结构设计、循环浆液量进行设计的时候，规模要小于其他方法，使成本得到有效降低。3 工程实例

针对柳州化学工业集团在进行焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化进行研究的过程中，通过对采用脱硝反应器进行脱硝处理，利用偏心型径向热管换热器进行换热，采用烟气镁法脱硫湿法进行脱硫，能够有效提高和改善焦炉烟气脱硫脱硝余热回收的效率， 从而有效提高企业的经营效率，降低企业的生产成本，有效实现热循环使用的目的，同时，在此过程中，烟气通过焦炉进入焦炉烟道气，进行脱硝反应，通过热管式烟气换热器进行热交换，并通过脱硫塔进行镁法脱硫湿法脱硫反应以后，能够提高运行效率、降低运行和投资成本、改善工作效率，简化工艺流程。4 结语

炼焦化学工业的污染和三废排放问题，一直是目前我国较为关注的一个问题，在管理和控制炼焦化学工业污染物排放的时候，要对焦炉烟气脱硫脱硝余热进行回收，传统的焦炉烟气脱硫脱硝余热回收装置较为庞大，且流程、工艺复杂、运行慢、成本高、投入大、效率低，在处理焦炉烟气脱硫脱硝余热回收过程中效果不理想。为了能够有效改善这一问题，提出焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化处理方法，该方法值得进行进一步的研究和推广。

参考文献

[1] 李树华.焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化研究应用[J].燃料与化工，

2019，50（1）：48-51.

[2] 王甘霖，吴家珍，梁波.焦炉烟气脱硫脱硝技术在鞍钢的应用[J].燃料与化工，2019，50（1）：62-64.

[3] 马晨红.焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺[J].山西化工，2018，38（6）：80-82.

[4] 曹剑栋.组合式脱硫脱硝工艺在焦炉烟气治理中的应用[J].中外能源，2018，23（12）：83-89.

[5] 张化强，高庆华，李学志，等.安钢6 m焦炉活性炭烟气脱硫脱硝一体化技术实践[J].河南冶金，2018，26（5）：32-33，40.