針對當前焦爐煙氣達標排放形勢,分析了高爐煤氣加熱焦爐煙氣達標排放的難點和問題,并針對高爐煤氣加熱焦爐的煙氣特點,分析了碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝、逆流活性焦脫硫脫硝(CSCR)、新型催化法活性炭脫硫脫硝3種一體化凈化技術的工藝流程、特點和優勢、存在問題和建議,介紹了他們在副產物資源化利用、能耗、裝備、操控等方面的差別,指出兩種炭基催化劑工藝具有可實現低溫脫硝、副產物潔凈易資源化利用、污染物去除效果較好等特點。

　　《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB 16171-2012)對焦爐煙氣排放提出了明確的限值要求，隨著國家《大氣污染防治法》的實施，各省份和相關部門又制定了更嚴格的區域性超低排放標準和相應的達標時段要求(見表1)。焦爐煙氣實施脫硫、脫硝、除塵改造，實現達標排放的形勢緊迫，其中高爐煤氣加熱焦爐的煙氣因溫度低、氣量大等特點，凈化處理難度很大，對此業內開展了多種達標技術的研發，其中近兩年新投用的3種凈化技術:碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝、逆流活性焦脫硫脫硝一體化(CSCR)工藝、新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝,達標效果較好，現予以對比分析，以期給采用高爐煤氣加熱焦爐的企業在選用煙氣凈化技術時提供參考。

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　　1高爐煤氣加熱焦爐煙氣凈化達標需解決的問題

　　1.1高爐煤氣加熱焦爐煙氣凈化的難點和要求

　　(1)溫度偏低。煙氣進煙囪前溫度正常基本在170°C-210°C,與行業中常用的SCR(選擇性催化還原)脫硝工藝的最低溫度要求(230°C-280°C)偏離較多;如果在冬季或限產情況下，引出的煙氣溫度會更低。

　　(2) 污染物含量波動較大。煙氣受焦爐串漏和摻混煤氣等影響,SO2、顆粒物的含量波動較大。而煙氣中S02對脫硝運行影響較大,SO2與脫硝的還原劑NH3易反應形成錢鹽，錢鹽會造成脫硝催化劑通道的堵塞，導致其活性降低或失活。煙氣顆粒物也會造成脫硝、脫硫催化劑填料的堵塞，對工序的副產品品質也會有所影響。

　　(3) 煙氣量大。煙氣量約為焦爐煤氣加熱的1.5倍,一般要達到每小時十幾萬至幾十萬立方米。

　　(4) 空間受限。為已建成焦爐增設脫硫脫硝裝備，重點要考慮占地和空間能力，同時要兼顧焦爐除塵、上升管余熱利用等后改造項目的預留空間，所以工藝系統裝備要盡可能簡潔緊湊。

　　(5) 系統安全應急要求高。煙氣處理系統一旦有問題，必須快速切換到煙囪直排，防止因吸力不足，造成焦爐燃燒系統的爆鳴、爆炸事故，所以要求焦爐煙囪要時刻處于熱備狀態，并保持足夠吸力，一般要求處理后的煙氣溫度高于露點溫度，不低于130°C,同時所需的聯鎖響應、快切裝置要快捷可靠。

　　(6) 環保長效達標要求。現煙囪指標在線聯網監控,環保部門按小時數值記罰，系統必須全天候的運行達標，而各個系統的檢修更換又是必不可少的，如鍋爐的安全閥、風機的轉子等裝置，都需要定期的特檢和專檢,所以煙氣處理系統的裝置要充分考慮在線檢修和備用切換的能力。

　　1.2焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術選擇方向

　　(1) 脫硫由濕法轉向干法。早期焦爐煙氣脫硫大部分采用的是濕法脫硫，利用堿吸收，主要問題是排放煙氣溫度低、濕度高，有白色羽煙現象，且煙囪不能熱備，存在廢水、廢渣的處理難題。目前河北等地在環保規劃中已要求對煙囪白色羽煙進行治理，并明確新建的煙氣脫硫不許采用濕法工藝。現煙氣脫硫工藝已由濕法逐步轉向干法、半干法的脫硫方式。常規干法脫硫主要采用鈣基和鈉基的脫硫劑。

　　(2) 脫硝由SCR法(NHs選擇性催化還原法)主導，低溫耐硫是其研發方向。經過幾年的應用驗證比較，中低溫SCR脫硝工藝以其效率高、穩定性好等特點，逐步被行業認同，應用的也越來越多，問題是相對于焦爐煙氣，中低溫SCR脫硝工藝要求的溫度仍然較高,尤其對于高爐煤氣加熱煙氣，差距較大，需要大量能源補熱升溫。

　　(3) 脫硫脫硝一體化工藝多選擇先脫硫后脫硝。煙氣先脫硫凈化,對保護脫硝催化劑免受錢鹽和粉塵的損害是有利的，問題在于脫硫工序要求的煙氣溫度較低，而常規SCR脫硝工序要求的煙氣的溫度較高，這就需要煙氣流程先降溫再升溫，為解決該矛盾，業內采用了高低溫氣流換熱GGH裝置(主要是回轉式的)和燃氣升溫的技術，使能源消耗有所降低,新問題是裝備龐大，管線復雜，占地較多。

　　2三種適合高爐煤氣加熱焦爐煙氣脫硫脫硝—體化工藝分析

　　2.1碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝

　　碳酸氫鈉脫硫屬于常規堿法干法工藝，近兩年行業應用案例較多;中低溫SCR氨法脫硝工藝采用銳基中低溫蜂窩狀催化劑。

　　2.1.1工藝流程

　　碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝流程示意圖見圖1。煙氣自焦爐引出，碳酸氫鈉經磨機研磨達標后注入煙氣中，經高效混合接觸,發生脫硫反應,生成硫酸鈉、亞硫酸鈉的混合物粉末，經布袋除塵器過濾排出;過濾后的煙氣先通過升溫補熱,達到中低溫脫硝需要的溫度,然后把氨水經蒸發器和噴氨格柵噴入，煙氣在SCR反應器催化劑表面發生還原脫硝反應，達標的煙氣經余熱回收后，返回煙囪排放。

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　　2.1.2工藝特點和優勢

　　脫硫和脫硝的工藝相對成熟、可靠、高效。近幾年中低溫SCR脫硝技術發展迅速,在業內已有較多的應用，已運行的案例效果較好;脫硫脫硝的效率較高,處理煙氣污染物的濃度波動幅度和容量較大，對煙氣工況耐受度較好。

　　在脫硝之前先高效脫硫，可對脫硝催化劑形成較好的保護作用，減少硫酸鞍或硫酸氫錢在催化劑表面吸附量，從而延長催化劑壽命,也有利于減少脫硝催化劑填裝量。

　　采用干法脫硫，溫降小，遠低于半干法脫硫和濕法脫硫，可減少脫硝前燃氣升溫的能源消耗。

　　排煙溫度可有效控制在130°C以上，以保證焦爐煙囪始終處于熱備狀態。

　　生產運行較穩定和簡便，維護和運行投入適中。

　　2.1.3存在問題和建議

　　(1 )能耗較高。高爐煤氣加熱煙氣溫度較低,脫硫后需要用煤氣燃燒器升溫,達到脫硝溫度要求，常規中低溫脫硝催化劑要求達到230°C-280°C ,脫硝后要用余熱鍋爐回收部分熱量，由于煙氣總量較大，能耗仍較高。使用GGH換熱器時,補熱前煙氣先與脫硝后煙氣換熱,可適當降低煤氣耗量，換熱后煙氣溫度低于170°C ,一般不再上余熱鍋爐。升溫能耗主要取決于脫硝催化劑溫度要求，建議盡可能選擇可靠的低溫型催化劑(價格相對要稍高);當選用下限180°C的脫硝催化劑時，僅需少量煤氣用于補熱和溫度穩定，工藝將很簡潔。

　　(2) 部分裝備比較龐大，空間和占地較多。主要是除塵和GGH換熱器等裝備、管道比較大且多。

　　(3) 脫硫副產物為硫酸鈉、亞硫酸鈉粉末，受焦爐串漏等影響,產品雜質較多，需提前考慮消納出路。

　　(4) 銳基低溫脫硝催化劑失效后屬于危廢，處理費用高，需提前考慮回收。

　　(5) 需充分考慮好安保、備用和在線檢修。脫硝催化劑要分室運行，具備定期升溫到350 °C再生的能力;脫硫、除塵要具備不停車切換檢修的能力。

　　(6) 氨法脫硝過程中，容易產生氨逃逸，需要定期檢測，及時調整蒸發器、噴氨格柵和催化劑填料。

　　2.2逆流活性焦脫硫脫硝一體化(CSCR)工藝

　　2.2.1工藝流程

　　逆流活性焦脫硫脫硝一體化工藝流程示意圖見圖2。自焦爐煙道接出煙氣，經余熱鍋爐回收余熱后，由增壓風機增壓、空冷器間接冷卻至140°C后，進入CSCR吸附塔，煙氣經脫硫段脫硫凈化后，與來自氨站的氨煙氣混合后，進入脫硝段，出脫硝段的凈煙氣返回原煙囪排放。從脫硫脫硝反應器排出的活性焦進入再生塔，被煙氣爐產生的熱煙氣間接加熱再生，進入冷卻段后，被空氣風機抽吸的空氣間接冷卻，自再生塔底排出，再送入CSCR吸附塔頂循環。活性焦解吸后的酸氣采用氨水吸收，制取硫酸鞍漿液，送入焦化硫鍍工段母液槽,經飽和器制取硫鞍產品。

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　　2.2.2工藝特點和優勢

　　實現脫除SO2、NOx、粉塵等多種污染物一體化，共用一套裝置。活性焦床層相當于高效顆粒層過濾器,在慣性碰撞和攔截效應作用下,煙氣中的絕大部分粉塵顆粒被捕集，完成煙氣的除塵凈化;SO2經物理、化學吸附后，存儲在活性焦微孔中;活性焦還能同時吸附二噁英、重金屬等多種有害物質。催化脫硝時,按一定的比例加入NH3,NOx在活性焦催化作用下，發生還原反應，生成N2和H2O。

　　該工藝溫度梯度適合。煙氣脫硫和脫硝反應在140 °C下進行，脫硫后不需增加煙氣再熱系統，脫硝后煙氣溫度在130 °C左右，直接煙囪排放，保證焦爐煙囪始終處于熱備狀態,無煙囪羽煙。

　　污染治理的同時,可有效地實現硫的資源化。再生的S02酸性氣體由氨水吸收，經曝氣氧化，副產物為硫酸鞍濃漿液;二噁英在高溫再生時分解,部分粉塵、重金屬等隨篩分后的粉末排出，送煤場或燒結配料。活性焦具有良好的孔道結構和高比表面積，吸附能力、化學穩定性和熱穩定性較高,耐磨、抗壓較好,活性焦來源廣泛,催化劑可循環利用。

　　系統較穩定可靠，脫除效果好，脫硫率可達95%以上，脫硝率可達70%以上。工況適應性較強,通過脫硫脫硝分段、塔床層高度調整、模塊化疊加等設計，可實現更高的脫除效果。主流程較簡潔，占地省,工序基本不消耗水,運行成本適中。通過分室分層模塊設計,可實現在線的隔離維護檢修。

　　2.2.3存在問題和建議

　　(1) 炭基催化劑的特性對該工藝的影響。活性炭深孔微管的結構可保證吸附效率高,而催化反應速率較低,為保證與煙氣足夠的接觸反應時間，需要降低煙氣在反應器的空速，致使凈化反應器體積偏大，初次裝填活性焦量大，初投資較高。同樣原因，該工藝對污染物的濃度波動幅度要求較嚴格，而隨著爐齡老化，焦爐爐墻串漏問題加劇，會造成污染物濃度大幅提高，尤其煙氣中初始SO?濃度過高時，也會聯鎖影響到N0,的脫除效率，所以要充分考慮預留能力或模塊化疊加。

　　(2) 加熱再生會造成活性焦損耗和能耗高。活性焦連續部分采出再生，加熱到450 °C ,需要外接能源介質;再生、輸送、篩分、塔內流動等會造成活性焦填料的磨損、破損，焦丁隨廢料排出后,需要不斷補充活性焦吸附劑，增高了運行成本。

　　(3 )對裝備和運行要求較高o流化床、輸送與篩分等工序運轉設備多，對裝備可靠性要求高;各過程檢測的壓差、溫度、含氧量等要求精密、充分、可靠，尤其高溫再生部分，雖然采取了氮氣保護措施，一旦局部熱量集聚或氣體成分異常,易出現燃燒著火安全事故。

　　(4) SO2副產物的處理。經氨水洗滌、氧化后，母液經過過濾,潔凈度較好,可直接送往焦化化產回收車間硫鞍工段，處理途徑較好。但部分焦化廠無硫鞍工序，需要獨立處理則比較復雜，辦法一是母液收集后集中提鹽，能耗和裝備需要較多;二是把再生后的酸性氣體凈化、濃縮制酸，此工藝需設置硫酸生成車間，造價高,能耗高,并且安評取證難度很大。

　　(5)煙氣冷卻可選擇簡單可靠的工藝裝備。高爐煤氣加熱煙氣溫度較低,部分余熱回收的低壓飽和蒸汽對焦化節能意義不大,尤其余熱鍋爐的年度特檢和維護，對系統持續運行不利。建議用冷風機間接冷卻和直接噴水汽化冷卻結合,控制進塔煙氣溫度,裝備要盡可能少占用空間并可控性好，要注意噴水量，保障煙囪最終排放溫度在露點以上。

　　2.3新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝

　　2.3.1工藝流程

　　新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝流程示意圖見圖3。煙道引出的煙氣首先經過余熱回收，將溫度降低到160 °C-170 °C后，通過增壓風機、調質管段,進入脫硫塔催化劑床層，在脫硫塔中，將煙氣中的S02質量濃度降低至30 mg/m3以下，然后進入脫硝工序，進行催化脫硝凈化，經過處理后的溫度不低于130 °C潔凈尾氣通過原煙囪排放;脫硫劑在工作一段時間后，脫硫容量飽和，切出該室催化劑，水噴淋再生，設隔油池過濾沉淀凈化再生液,得到質量分數5%~10%的稀硫酸,送往硫錢工段使用。

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　　2.3.2工藝特點和優勢

　　新型催化法脫硫不同于傳統的炭法煙氣脫硫技術，前者活性炭載體上負載有活性催化成分山。傳統的炭法煙氣脫硫是利用活性炭孔隙的吸附作用，將煙氣中的S02吸附富集，飽和后加熱再生，解析出高濃度的S02氣體，再制酸或用氨堿洗滌。新型催化法技術既具有吸附功能,又具有催化劑的催化功能。煙氣中的SO2,H2O,O2被吸附在催化劑的孔隙中，在活性組分的催化作用下,變為具有活性的分子，同時反應生成H2SO4。催化反應生成的硫酸富集在載體中，孔隙內硫酸達到飽和后，進行再生,釋放出催化劑的活性位，催化劑的脫硫能力得到恢復。新型催化法脫硫技術作為一種干法催化脫硫技術,其固定床可很好地適應低濃度so2的去除需求，達到近零排放,徹底解決后續脫硝面臨的硫干擾問題。

　　新型低溫脫硝催化劑不同于常規銳基催化劑，實現了低溫高效脫硝。該催化劑采用活性炭為載體，以專有技術制備，相比于鈦基催化劑，制備工藝高效簡便。該催化劑以較低的成本解決了常規銳基SCR催化劑起化溫度高的缺陷，能夠在120°C-160 °C達到85%以上的脫硝效率;配合在煙氣脫硫后使用，溫度梯度更匹配,大幅降低了高溫脫硝的補熱能耗。

　　該工藝效率高,裝備簡潔,運行便捷。為脫硫脫硝分別設置兩個相對獨立的專門催化反應單元,效率較高,對工況、指標適應性較強、適應范圍較廣,反應塔空間和催化劑裝填量較小，流程短、設備少、占地面積較小;干法技術不存在濕法技術的結垢、堵塞等一系列問題;固定床結構的運轉裝備和控制系統較簡單，不需要頻繁更換和增加催化劑，總體操作和維護工作量較少。

　　該工藝能耗等運行成本較低。固定床的結構使催化劑壽命大幅提高，減少了催化劑填料的損耗和整體設備設施的維修、維護費用。催化劑再生采用水吸收置換和沖刷清洗，干燥利用系統凈化后熱煙氣進行，外接能源介質簡單，消耗少。

　　2.3.3存在問題和建議

　　(1) 安保和長效運行需要強化。催化劑再生后液體為稀酸,腐蝕性較強,需要用不銹鋼、復合板等防腐材料,投資會有所增高。固定床分室運行,具備在線隔離檢查、檢修的能力,需定期查看催化劑使用情況,及時對有問題之處進行篩分、補充和更換，確保運行阻力和效率正常。針對高爐煤氣加熱煙氣溫度較低情況，同樣建議取消余熱回收工序，僅用冷風機間接冷卻和直接噴水汽化冷卻，即可實現較低煙氣溫度的穩定。建議增設風機在線備用，這樣可大幅提高系統的設備有效作業率。

　　(2) 硫酸等副產品的處理。由于再生池有隔油過濾功能,副產品稀酸品質較好,可直接用于硫錢工段，正常煙氣含硫量下，稀酸產量與硫鞍的補水量能夠匹配，如果煙氣含硫過高,或硫鞍補水消納過低(硫錢煤氣進出溫差較低)，則稀酸消納不足。部分企業無硫錢工序時，可考慮硫酸的濃縮，或生產市場需求較好的硫酸鹽產品。催化劑吸收的雜質經沖洗，隨粉化的活性炭進入隔油池,再排渣排出，與脫硝定期篩分出的炭粉一道送煤場處理，這少部分廢棄物的輸送、處理要與廠焦油渣配煤系統結合好,實現內部循環消化。

　　(3 )脫硝工序催化劑的再生維保要進一步研究改進。炭基脫硝催化劑的高溫再生有一定難度和風險，現主要采用加預防護層和定期循環切出清洗方式，作業效率、效果有限，需要在如何安全、高效、簡便再生上予以改進。

　　3結 語

　　3種脫硫脫硝工藝均有在運行的業績案例，能夠達到國家和地方的排放限值要求，有效解決了煙囪熱備和煙氣消白等問題，也符合干法脫硫、低溫脫硝的技術發展方向。

　　3種工藝在副產物資源化利用、降低能耗、裝備、操控等方面各有不同的側重和差異。以碳酸氫鈉為代表的干法脫硫和中低溫脫硝一體化工藝，工藝成熟，效率高，工況適應性強;主要不足在于有固態硫酸鹽副產物,能耗較高,裝備占地較大，脫硝催化劑低溫化是其工藝改善的關鍵。兩種炭基催化劑工藝，更適應高爐煤氣加熱煙氣的低溫工況，實現了低溫脫硝;催化劑脫硫再生時,均與煙氣分離，副產物相對潔凈,資源化利用較好,與硫鞍工段結合,工藝較簡便,綜合去除煙氣的多種污染物效果較好。CSCR工藝為國外技術國內應用，新型催化法為國產技術，相比較,新型催化法的固定床分離運行結構在裝備、控制、運維、成本方面有一定優勢,近年在業內推廣較快，其低溫脫硝技術給煙氣凈化開辟了一個新途徑，但在催化劑的再生和維護上需要研究改進。

　　3種工藝在技術應用中需要同步解決的問題是：系統故障時煙囪快速聯鎖切換問題，以保障焦爐加熱系統安全;通過分室運行、備用系統等辦法,實現在線不停工檢查檢修,以保障煙囪在線的時刻達標;作為后脫硝工藝，還要重點關注并控制好排出煙氣的氨含量。