技术领域
[0001] 本
发明涉及焦炉烟道废气无害化处理技术领域，尤其涉及一种低温焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺。
背景技术
[0002] 焦化厂焦炉烟道废气具有以下特点：
[0003] 1.烟道废气
温度较低，一般在180℃～250℃之间。
[0004] 2.对于以焦炉
煤气为热源的焦化厂，其烟道废气中的SO2含量一般在100～3
150mg/Nm 之间，对于原料煤中有机硫含量比较高的企业，其焦炉烟道废气中的SO2含量可
3
达350mg/Nm。
[0005] 3.对于新建焦化厂，通过废气循环技术、分段加热技术等手段可将NOX含量有效控3
制在<500mg/Nm。对于现有企业或特别地区，无法通过改进焦炉加热工艺满足NOX排放标准要求，必须采取烟气后脱硝措施。
[0006] 4.焦炉烟道废气中的
氧含量较低，约为6%。
含水量则随焦炉加热介质的不同而不同，采用焦炉煤气加热时约为17.25%，采用混合煤气加热时约为6.6%。
[0007] 电
力、
水泥、玻璃等行业对氮氧化合物的处理工艺已相当成熟，但焦化厂排放的焦炉烟道废气温度相对较低，NOX、SO2含量相对较高，如果采用传统脱硝工艺，必然受烟气温度低、SO2含量高等因素的制约，无法满足焦化行业NOX排放标准要求。如果为了降低SO2对低温烟气脱硝效率的影响，而在脱硝工艺中前置传统的脱硫工艺，则由于烟气温度随之降低，会进一步降低脱硝效率。虽然可以通过加热焦炉烟道废气来解决这一问题，但会造成
能源浪费，同时增加一次投资及运行
费用。
[0008] 目前，焦化行业还没有一种经济、可靠的脱硫脱硝工艺应用于生产实际中，因此，开发一种针对焦炉烟道废气的脱硫脱硝工艺及装置十分必要，也是一个很好的环保课题。
发明内容
[0009] 本发明克服
现有技术的不足，提供了一种低温焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺，充分利用焦化厂剩余
氨水，采用干法脱硫与SCR法(
选择性催化还原法)脱硝相结合的工艺，并将脱硝催化剂与除氨催化剂结合在一起，实现对低温焦炉烟气进行高效脱硫脱硝及除氨。
[0010] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
[0011] 一种低温焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺，该工艺将焦化厂剩余氨水
回收利用与焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺相结合，根据流态化原理在脱硝装置入口管处喷入流态化脱硫剂，在脱硝之前先进行干法脱硫；采用焦化厂蒸氨工段产生的剩余氨水
蒸发出来的氨气作为还原剂，利用选择性催化还原法的脱硝工作原理进行脱硝；采用脱硝催化剂与除氨催化剂结合在一起进行脱硝的工艺，脱硝催化剂采用滤袋状结构，除氨催化剂采用V字型结构；该工艺由引
风单元、脱硫单元、氨制备单元、脱硝除氨单元、压缩空气单元、颗粒物输送单元组成的系统实现高效脱硝、脱硫；具体步骤如下：
[0012] 1）焦炉烟道废气在引风机作用下，从焦炉烟囱根部吸出，并通过管道进行输送；同时，贮存在干粉贮槽中的NaHCO3细粉被压缩空气流化，通过流态化设备输送至焦炉烟道废气输送管道中；大部分NaHCO3细粉在高温环境中分解成Na2CO3，Na2CO3或NaHCO3与烟气中的SO2反应均生成Na2SO3，从而脱除烟气中的SO2；
[0013] 2）经过脱硫的焦炉烟道废气通过管道继续输送，在脱硝除氨单元入口管道上设有喷氨格栅及静态混合器，煤气
净化工艺蒸氨工序产生的浓度为15～18%的剩余氨水在氨喷淋
蒸发器中蒸发为氨气，并与一部分经过脱硫脱硝处理的烟气混合后，通
过喷氨格栅均匀送入
烟道气输送管道中，在经过静态混合器时氨气与焦炉烟道废气进一步混合均匀；
[0014] 3）与氨气混合后的烟气从底部侧面进入脱硝除氨单元，首先通过脱硝催化剂层；脱硫时生成的Na2SO3细粉、未参加反应的NaHCO3及Na2CO3细粉、烟气中含有的粉尘均被过滤到滤筒状脱硝催化剂层的外表面；而烟气则在引风机的
负压作用下，由筒状脱硝催化剂层外表面强制性渗透并穿过催化剂层进入筒状脱硝催化剂层内表面，在此过程中，低温焦炉烟道废气与催化剂充分
接触，烟气中的NOx在催化剂作用下，被氨还原成N2，同时烟气穿过脱硝催化剂层外表面粉尘层时，烟道气中的SO2会与NaHCO3及Na2CO3细粉继续反应，进一步脱除焦炉烟道废气中的SO2；
[0015] 4）含有一定NOx及逃逸氨的烟气在引风机的负压吸引下，离开脱硝催化剂层，穿过除氨催化剂层；烟气与除氨催化剂层的反应为穿越式表面接触反应，在除氨催化剂催化作用下，NH3优先与NOx强氧化气体反应，进一步将NOx还原成N2；经过脱硝除氨后的烟道气从脱硝除氨单元顶部或顶部侧面流出，并回送至焦炉烟囱根部外排。
[0016] 所述脱硝除氨单元为复合式结构，具有脱硝及除氨一体化功能；脱硝催化剂被加工成滤筒形状，其孔隙率仅为PM2.5，可将粉尘及颗粒物过滤在滤筒外表面，而烟气则被强制性的由滤筒外壁渗透、穿过催化剂滤筒层进入催化剂滤筒内部，并穿过V字形除氨催化剂；除氨催化剂可同时处理逃逸氨及烟气中的NOx，进一步提高工艺系统脱硝效率；
覆盖在滤筒外表面的粉尘和颗粒物通过压缩空气脉冲反吹清灰。
[0017] 所述脱硝除氨单元颗粒物收集仓出料口设密闭排料
锁气设备，防止由于室外空气通过出料口渗透进设备中降低处理烟气温度。
[0018] 所述引风机配有变频
电机，通过对引风机进行变频调速，并调节烟道气入口风量调节
阀，既可以保证焦炉正常生产所需要的负压值，也可以保证脱硫脱硝工艺系统正常工作所需要的压力值。
[0019] 所述氨水来自煤气净化工艺蒸氨工序产生的剩余氨水，其浓度为15～18%；根据焦炉烟道废气中的NOx含量，可变频调节氨水供给
泵的供给量；氨水贮罐用于稳定脱硝系统氨水流量及浓度。
[0020] 所述氨喷淋蒸发器所用热媒为经过脱硫脱硝后的焦炉烟道废气，经过脱硫脱硝后的焦炉烟道废气还用于稀释氨气浓度，提高氨气温度，同时可以使喷入的氨更好的与焦炉烟道气混合，并减少由于氨气喷入而引起的烟气温度下降。
[0021] 所述喷氨格栅用于将氨气均匀喷入焦炉烟道废气，静态混合器用于使氨气与焦炉烟道废气进一步均匀混合。
[0022] 所述引风单元由引风机、烟道气入口风量调节阀组成，用于吸引并回送焦炉烟道废气；引风机安装在靠近脱硝除氨单元出口附近的烟气管道上，烟道气入口风量调节阀设在焦炉烟囱底部两侧烟道气入口处；
[0023] 所述脱硫单元由干粉贮存槽、变频定量给料设备、干粉流态化设备组成，用于向焦炉烟道废气输送管道提供流态化的脱硫剂干粉；干粉贮存槽设在氨制备单元之前的烟气管道旁，底部设置变频定量给料设备及干粉流态化设备，干粉流态化设备另一端接入烟气管道；
[0024] 所述氨制备单元由氨水储罐、氨水定量供给泵、氨喷淋蒸发器、氨气缓冲罐、氨气-烟气混合器、喷氨格栅、静态混合器组成，用于贮存氨溶液及制备氨气，并将氨气与焦炉烟道废气混合，通过喷氨格栅送入烟道废气输送管道；氨水储罐出口处设氨水定量供给泵，并通过管道依次连通氨喷淋蒸发器、氨气缓冲罐、氨气-烟气混合器，氨喷淋蒸发器的两端通过管道接入脱硫脱硝处理后的烟气管道，形成回路，其位于氨喷淋蒸发器前的管路另设一管道支路依次连通氨气-烟气混合器和安装在脱硝除氨单元入口管道上的喷氨格栅，静态混合器安装在喷氨格栅位于烟气输送方向前方的烟气管道中；
[0025] 所述脱硝除氨单元由脱硝催化剂层、除氨催化剂层、催化剂反吹装置、密闭排料锁气设备、颗粒物收集仓组成，脱硝除氨单元内部为复合结构：底层为滤筒状脱硝催化剂层，其上为催化剂反吹装置，最顶层为V字型除氨催化剂层，其下为颗粒物收集仓和密闭排料锁气设备；
[0026] 所述压缩空气单元由压缩空气贮罐及连接管道组成，用于输送设备清灰、脱硫剂干粉流态化、密闭排料锁气设备启闭所用压缩空气，并稳定压缩空气压力，压缩空气贮罐通过连接管道分别连通催化剂反吹装置、干粉流态化设备及密闭排料锁气设备；
[0027] 所述颗粒物输送单元由刮板
输送机、链斗式提升机、颗粒物贮仓、螺杆式插板阀组成，用于输送并收集从焦炉烟道废气中分离出来的颗粒物及粉尘；刮板输送机位于颗粒物收集仓的下方，其尾部通过管道接入链斗式提升机下部，颗粒物贮仓的上方连接链斗式提升机，下方出料口设有螺杆式插板阀。
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029] 1)脱硫脱硝一体化
[0030] 通过在烟道气输送管道中喷入流态化的NaHCO3细粉，干法脱除烟气中绝大部分的SO2，降低SO2的外排浓度，防止低温烟气中SO2在脱硝催化剂的催化作用下转
化成SO3，SO3与NH3反应生成
硫酸铵盐潮解后堵塞催化剂，同时避免采用传统脱硫工艺产生的烟气温降，进一步保证脱硝效率，延长催化剂的使用寿命。
[0031] 2)结构形式新颖，脱硝效率更高
[0032] 脱硝催化剂采用滤筒状结构，改变了传统催化剂所采用的蜂窝型、板型、波纹型等结构形式，传统结构中烟气在催化剂中流动状态为
层流状，烟气与催化剂为表面接触式反应，催化剂表面如果覆盖粉尘或由于烟气中粉尘浓度过高而磨损催化剂表面，都会使催化剂的使用寿命及脱硝效率降低。而滤筒状结构中烟气与催化剂的反应为强制性的过滤、渗透式反应，孔隙仅为PM2.5，
纳米级的催化剂孔隙不仅可以高效滤除粉尘及颗粒物，同时由于滤筒结构本身即由催化剂组成，所以即使滤筒外表面被粉尘磨损，暴露的仍然是催化剂层，且烟道气被强制性的从滤筒外表面过滤、渗透至滤筒内表面的过程中，会与催化剂充分接触、反应，具有更高的脱硝效率，使用寿命也更加长久。同时滤筒状结构具有一定阻力，稳压效果明显，更利于设备中气流场均布。
[0033] 3)除氨催化剂进一步提高脱硝效率
[0034] 在脱硝催化剂结构层上部设有除氨催化剂结构层，在催化剂作用下，NH3优先与NOx等强氧化气体反应，不仅可以有效降低逃逸氨的浓度，使氨排放浓度满足国家排放标准要求，同时进一步降低烟道气中的NOx浓度，提高脱硝效率，使低温烟气的脱硝效率达90%以上。
[0035] 4）节省能源，降低运行费用及一次投资
[0036] 采用脱硫脱硝一体化工艺，可高效脱除焦炉烟道气中的SO2，将低温烟气中SO2含量对脱硝效率的影响降至最低，同时将脱硝催化剂结构层与除氨催化剂结构层结合使用，高效脱除焦炉烟道气中的NOx，不需要对低温焦炉烟道废气采取加热措施，节省能源，降低运行费用及一次投资。
[0037] 5）充分回收利用煤气净化工艺中的剩余氨水
[0038] 采用煤气净化蒸氨工段中产生的浓度约为15%～18%的剩余氨水作为还原剂，降低焦化厂外排污染物浓度，同时降低处理污染物运行成本及一次投资。
[0039] 6）充分回收利用余热
[0040] 氨蒸发及氨气混合均采用经过脱硝后的焦炉烟道废气，充分回收利用烟道废气的余热，不需另外增设加热媒，大大节约能源。
[0041] 7）清灰模式简单、便捷
[0042] 脱硝催化剂结构层采用压缩空气脉冲清灰，脱硫系统生成的硫酸钠经过脱硝反应装置时会被过滤在催化剂表层，利用压缩空气系统反吹清灰，吹下的积灰及颗粒物经输灰系统送入粉尘仓，集中回收外卖，提高系统收益。
附图说明
[0044] 图2是本发明中除氨催化剂结构简图。
[0045] 图3是本发明中脱硝催化剂结构简图。
[0046] 图中：1.引风单元 1a.引风机 1b.烟道气入口风量调节阀 2.脱硫单元2a.变频定量给料设备 2b.干粉流态化设备 2c.干粉贮存槽 3.氨制备单元 3a.氨水贮罐 3b.氨水供给泵 3c.氨喷淋蒸发器 3d.氨气缓冲罐 3e.氨气-烟气混合器
3f.喷氨格栅3g.静态混合器 4.脱硝除氨单元 4a.脱硝催化剂层 4b.除氨催化剂层
4c.催化剂反吹装置 4d.密闭排料锁气设备 4e.颗粒物收集仓 5.压缩空气单元压缩空气贮罐 6.颗粒物输送单元 6a.刮板输送机 6b.链斗式提升机 6c.颗粒物贮仓
6d.螺杆式插板阀。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
[0048] 见图1，是本发明一种低温焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺的工艺流程图，该工艺将焦化厂剩余氨水回收利用与焦炉烟道废气脱硫脱硝工艺相结合，根据流态化原理在脱硝装置入口管处喷入流态化脱硫剂，在脱硝之前先进行干法脱硫；采用焦化厂蒸氨工段产生的剩余氨水蒸发出来的氨气作为还原剂，利用选择性催化还原法的脱硝工作原理进行脱硝；采用脱硝催化剂与除氨催化剂结合在一起进行脱硝的工艺，脱硝催化剂采用滤袋状结构，除氨催化剂采用V字型结构；该工艺由引风单元1、脱硫单元2、氨制备单元3、脱硝除氨单元4、压缩空气单元5、颗粒物输送单元6组成的系统实现高效脱硝、脱硫；
[0049] 具体步骤如下：
[0050] 1）引风单元1由引风机1a、烟道气入口风量调节阀1b组成，用于吸引并回送焦炉烟道废气；引风机1a安装在靠近脱硝除氨单元4出口附近的烟气管道上，烟道气入口风量调节阀1b设在焦炉烟囱底部两侧烟道气入口处；
[0051] 焦炉烟道废气在引风机1a作用下，从焦炉烟囱根部吸出，并通过管道进行输送；引风机1a配有变频电机，通过对引风机1进行变频调速，并调节烟道气入口风量调节阀1b，既可以保证焦炉正常生产所需要的负压值，也可以保证脱硫脱硝工艺系统正常工作所需要的压力值。
[0052] 脱硫单元2由干粉贮存槽2c、变频定量给料设备2a、干粉流态化设备2b组成，用于向焦炉烟道废气输送管道提供流态化的脱硫剂干粉；干粉贮存槽2c设在氨制备单元之前的烟气管道旁，底部设置变频定量给料设备2a及干粉流态化设备2b，干粉流态化设备2b另一端接入烟气管道。
[0053] 根据焦炉烟道废气中的SO2浓度，变频调节给料设备2a给料量，利用压缩空气，通过流态化设备2b，将流态化的NaHCO3细粉送入焦炉烟道废气输送管道中。在烟道气输送过程中，将发生如下化学反应：2NaHCO3->Na2CO3+H2O+CO2；Na2CO3+SO2->Na2SO3+CO2；2NaHCO3+SO2->Na2SO3+H2O+2CO2。NaHCO3细粉在热烟气中分解生成细度更小、
比表面积更大、活性度更高的Na2CO3，提高SO2脱除效率。脱硫生成的Na2SO3可以回收外卖。
[0054] 在脱硝之前先脱除烟气中的SO2，可降低SO2的外排浓度，同时防止SO2在脱硝催化剂作用下转化成SO3，从而防止SO3与NH3反应生成粘性硫酸氢氨堵塞催化剂，可以进一步保证脱硝效率、延长催化剂的使用寿命。
[0055] 2）氨制备单元3由氨水储罐3a、氨水定量供给泵3b、氨喷淋蒸发器3c、氨气缓冲罐3d、氨气-烟气混合器3e、喷氨格栅3f、静态混合器3g组成，用于贮存氨溶液及制备氨气，并将氨气与焦炉烟道废气混合，通过喷氨格栅3f送入烟道废气输送管道；氨水储罐3a出口处设氨水定量供给泵3b，并通过管道依次连通氨喷淋蒸发器3c、氨气缓冲罐3d、氨气-烟气混合器3e，氨喷淋蒸发器3c的两端通过管道接入脱硫脱硝处理后的烟气管道，形成回路，其位于氨喷淋蒸发器3c前的管路另设一管道支路依次连通氨气-烟气混合器3e和安装在脱硝除氨单元4入口管道上的喷氨格栅3f，静态混合器3g安装在喷氨格栅3f位于烟气输送方向前方的烟气管道中。
[0056] 煤气净化工艺蒸氨工序产生的浓度为15～18%的剩余氨水通过管道运至氨水贮罐3a中贮存，可稳定脱硝系统氨水流量及浓度；根据焦炉烟道废气中的NOx含量，可变频调节氨水供给泵3b的供给量；氨水定量供给泵3b将氨水贮罐3a中的氨水喷入氨喷淋蒸发器3c进行蒸发，蒸发后一定压力的氨气先进入一个氨缓冲罐3d，然后进入氨气-烟气混合器
3e与一部分脱硝后的排气混合，混合后的氨气由经过仿真模拟后设计的喷氨格栅3f均匀喷入脱硫后的焦炉烟气管道中，而静态混合器3g则可以使氨气与焦炉烟道气进一步充分混合均匀。
[0057] 氨喷淋蒸发器3c的热源来自脱硝后的焦炉烟道废气，充分利用烟气的余热，不需另外增设加热系统。
[0058] 氨气-烟气混合器3e起到稀释氨气浓度，提高氨气温度的作用，可以使喷入的氨气更好的与焦炉烟道气混合，并减少由于氨气喷入而引起的烟气温度下降。与氨气混合的介质采用经过脱硫脱硝处理的烟道废气。
[0059] 3）脱硝除氨单元4由脱硝催化剂层4a、除氨催化剂层4b、催化剂反吹装置4c、密闭排料锁气设备4d、颗粒物收集仓4e组成，脱硝除氨单元4内部为复合结构：底层为滤筒状脱硝催化剂层4a，其上为催化剂反吹装置4c，最顶层为V字型除氨催化剂层4b，其下为颗粒物收集仓4e和密闭排料锁气设备4d。
[0060] 见图3，是脱硝催化剂结构简图；脱硝催化剂层4a为滤筒状结构，其结构形式与布袋
除尘器中的滤袋相似，其滤筒由催化剂加工而成，催化剂孔隙为PM2.5。经过脱硫剂脱硫并与氨气均匀混合后的焦炉烟道废气，从侧面底部进入脱硝除氨单元4，首先通过脱硝催化剂层4a。脱硫时生成的Na2SO3细粉、未参加反应的NaHCO3及Na2CO3细粉、烟气中含有的粉尘均被过滤到滤筒状脱硝催化剂层4a的外表面，而烟气则在引风机1a的负压作用下，由滤筒状脱硝催化剂层外表面强制性渗透并穿过催化剂层进入滤筒状脱硝催化剂层4a内表面，在此过程中，低温焦炉烟道废气与脱硝催化剂充分接触，烟气中的NOx在催化剂作用下，被氨还原成N2，同时烟气穿过脱硝催化剂层外表面粉尘层时，烟道气中的SO2会与NaHCO3及Na2CO3细粉继续反应，进一步脱除焦炉烟道废气中的SO2。脱硝催化剂层4a的脱硝效率随烟气温度的变化而变化，针对焦化厂烟气温度工况，其脱硝效率约为60～80%。
[0061] 4）见图2，是除氨催化剂结构简图；除氨催化剂层4b为V字型结构，其内填充物为颗粒状除氨催化剂。经过脱硝催化剂层4a脱硝后的烟道气中仍存在一定的NOx及逃逸氨。上述烟气在引风机1a的负压吸引下，继续穿过除氨催化剂层4b。烟气与除氨催化剂层4b的反应为穿透式表面接触反应。在除氨催化剂催化作用下，NH3优先与NOx等强氧化气体反应，进一步将NOx还原成N2。除氨催化剂层4b对逃逸氨的脱除效率高达98%以上，同时对NOx的脱除效率也高达90%以上。
[0062] 经过脱硝除氨后的烟道气从脱硝除氨单元4顶部或顶部侧面流出，并回送至焦炉烟囱根部外排。外排焦炉烟道废气必须保证具有一定的温度，以便保证焦炉烟囱始终处于热备状态。
[0063] 随着设备运行时间的增加，脱硝除氨单元4的设备运行阻力也会逐步增加，当这一阻力达到一定数值时，催化剂反吹装置4c通过压缩空气脉冲反吹，清除覆盖在滤筒外表面的颗粒物及粉尘，将颗粒物及粉尘吹落至颗粒物收集仓4e。
[0064] 脱硝除氨单元4中的脱硝催化剂层4a及除氨催化剂层4b具有一定的阻力，均压效果好，利于设备内部气流场及温度场均布。
[0065] 脱硝除氨单元4颗粒物收集仓4e出料口设密闭排料锁气设备4d，防止由于室外空气通过出料口渗透进设备中降低处理烟气温度。
[0066] 压缩空气单元由压缩空气贮罐5及连接管道组成，用于输送设备清灰、脱硫剂干粉流态化、密闭排料锁气设备启闭所用压缩空气，并稳定压缩空气压力，压缩空气贮罐5通过连接管道分别连通催化剂反吹装置4c、干粉流态化设备2b及密闭排料锁气设备4d；
[0067] 颗粒物输送单元6由刮板输送机6a、链斗式提升机6b、颗粒物贮仓6c、螺杆式插板阀6d组成，用于输送并收集从焦炉烟道废气中分离出来的颗粒物及粉尘；刮板输送机6a位于颗粒物收集仓6c的下方，其尾部通过管道接入链斗式提升机6b下部，颗粒物贮仓6c的上方连接链斗式提升机6b，下方出料口设有螺杆式插板阀6d。颗粒物输送单元可随工艺设备布置情况进行调整，被压缩空气反吹下来的Na2SO3等粉末通过刮板输送机6a及链斗式提升机6b被输送至颗粒物贮仓6c贮存，定期外运。
[0068] 焦炉烟道废气输送管道、脱硝除氨单元4、氨喷淋蒸发器3c、氨气缓冲罐3d、氨气-烟气混合器3e、氨气输送管道等均采取保温措施，防止烟道气及氨气在输送过程中出现温降，影响脱硝效率。
