焦炉烟气处理技术应用手册

焦炉烟气处理技术应用手册一、焦炉烟气特性与处理必要性（一）烟气成分与来源焦炉生产过程中，装煤、推焦、炼焦三个核心环节会产生烟气，成分包括：气态污染物：二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOₓ）、挥发性有机物（VOCs，如苯系物、多环芳烃）、二噁英类物质；颗粒物：总悬浮颗粒物（TSP）、PM₁₀、PM₂.₅（含焦粉、煤尘、硫酸盐/硝酸盐细颗粒）；余热资源：烟气温度通常为150-300℃（炼焦段）或800-1200℃（装煤/推焦段），蕴含大量热能。（二）环保政策与合规要求国家及地方出台超低排放标准（如《炼焦化学工业大气污染物排放标准》GB____-2012修改单），要求：颗粒物排放浓度≤10mg/m³；SO₂≤35mg/m³；NOₓ≤50mg/m³；VOCs及二噁英类物质同步管控（如二噁英排放≤0.1ngTEQ/m³）。未达标企业面临限产、罚款、环保信用降级等风险，合规处理是企业生存的必要条件。（三）企业价值与资源回收环保合规：避免行政处罚，保障生产连续性；资源利用：烟气中SO₂可回收制硫酸/硫磺，余热可用于发电或供热，降低能源消耗；经济效益：脱硫脱硝副产品（如石膏、硫酸铵）可外卖创收，智能化运维可降低运行成本。二、主流烟气处理技术详解（一）脱硫技术1.干法脱硫（活性焦/炭吸附法）原理：活性焦（炭）通过物理吸附+化学反应（SO₂+O₂+H₂O→H₂SO₄，被活性焦吸附）脱除SO₂，吸附饱和后通过“加热再生”释放高浓度SO₂（用于制酸）。适用场景：烟气含硫量低（SO₂≤200mg/m³）、需回收硫资源的企业（如配套硫酸装置）。优缺点：无废水、副产品价值高；但投资大（活性焦再生系统复杂）、脱硫效率中等（80%-90%）。2.半干法脱硫（钙基喷雾干燥法）原理：将Ca(OH)₂浆液雾化后与烟气混合，SO₂与Ca(OH)₂反应生成CaSO₃/CaSO₄（干态粉尘），随烟气进入后续除尘系统。适用场景：烟气含硫量中等（SO₂≤800mg/m³）、场地紧张且需控制废水排放的企业。优缺点：脱硫效率较高（90%-95%）、无废水；但需精准控制喷入量（避免结露/堵塞），副产品（亚硫酸钙）综合利用难度大。3.湿法脱硫（石灰石-石膏法/氨法）原理：石灰石-石膏法：CaCO₃浆液吸收SO₂生成CaSO₃，氧化后转化为CaSO₄·2H₂O（石膏）；氨法：NH₃吸收SO₂生成(NH₄)₂SO₃/(NH₄)₂SO₄（硫酸铵）。适用场景：高硫烟气（SO₂≥1000mg/m³）、需规模化回收硫资源的企业（如年产10万吨以上石膏/硫酸铵）。优缺点：脱硫效率高（≥95%）、副产品资源化；但存在废水处理（石灰石法）、氨逃逸（氨法）问题，投资及运行成本较高。（二）脱硝技术1.选择性催化还原（SCR）原理：在催化剂（V₂O₅-WO₃/TiO₂）作用下，NH₃（或尿素）与NOₓ在300-400℃反应生成N₂和H₂O。适用场景：烟气温度适配催化剂活性窗口（需设置预热/余热利用装置）、对脱硝效率要求高（≥85%）的企业（如超低排放改造）。优缺点：脱硝效率高（80%-95%）、技术成熟；但催化剂易受砷/碱金属中毒（需预处理烟气），更换成本高（寿命3-5年）。2.选择性非催化还原（SNCR）原理：还原剂（尿素/氨水溶液）直接喷入高温烟气（850-1100℃），与NOₓ反应生成N₂，无需催化剂。适用场景：烟气温度适配反应窗口、脱硝要求中等（效率50%-70%）、预算有限的企业。优缺点：投资低、无催化剂中毒风险；但脱硝效率受温度窗口限制，还原剂消耗大（氨逃逸风险高）。3.联合脱硝（SCR+SNCR）原理：SNCR预脱硝（降低NOₓ浓度）+SCR深度脱硝，结合两者优势。适用场景：烟气NOₓ浓度高（≥500mg/m³）、需超低排放（NOₓ≤50mg/m³）的企业。（三）除尘技术1.电除尘（ESP）原理：高压电场使颗粒物荷电，吸附于极板后振打收集。适用场景：烟气含尘量高（≥50g/m³）、粒径分布较粗（≥0.1μm）的工况（如焦炉荒煤气净化前的除尘）。优缺点：处理风量大、阻力低；但对细颗粒物（PM₂.₅）捕集效率低（≤95%），易受烟气湿度、粉尘比电阻影响。2.袋式除尘（FF）原理：通过滤袋（PPS、PTFE等材质）的筛分、惯性碰撞作用捕集颗粒物。适用场景：对细颗粒物要求严格（排放≤10mg/m³）、烟气成分复杂（含VOCs、腐蚀性气体）的工况。优缺点：除尘效率高（≥99%）、适应宽浓度范围；但滤袋易磨损/堵塞（需控制烟气温度≤200℃，高温需掺冷或选用高温滤料）。3.电袋复合除尘（ESP+FF）原理：前级电除尘去除大部分粉尘，后级袋式除尘捕集细颗粒，结合两者优势。适用场景：烟气含尘量高且需超低排放的企业（如焦炉烟气深度除尘改造）。（四）VOCs与二噁英治理1.催化燃烧（CO）原理：VOCs在催化剂（Pt、Pd或非贵金属催化剂）作用下，于200-400℃氧化为CO₂和H₂O。适用场景：低浓度VOCs（≤1000mg/m³）、连续排放的工况（如焦炉装煤烟气）。优缺点：净化效率高（≥95%）、无二次污染；但催化剂易受硫/氯中毒（需预处理烟气）。2.吸附-脱附（活性炭吸附+蒸汽脱附）原理：活性炭吸附VOCs后，用蒸汽脱附再生，脱附气冷凝回收溶剂或焚烧。适用场景：中高浓度VOCs（≥500mg/m³）、需回收溶剂的工况（如焦化苯系物回收）。三、工艺设计与系统集成要点（一）烟气参数分析烟气量计算：结合焦炉产能、装煤/推焦频次、烟气温度，采用经验公式（如V=k×Q，k为系数，Q为焦炉产量）或实测法确定设计烟气量（需考虑1.1-1.2倍裕量）。污染物浓度：通过在线监测或离线采样分析SO₂、NOₓ、颗粒物、VOCs的浓度及波动范围，作为技术选型和设备设计的依据。（二）技术路线选择1.组合工艺推荐高硫高尘+超低排放：袋式除尘+湿法脱硫+SCR脱硝（如某大型焦化厂：入口含尘50g/m³→出口10mg/m³，SO₂1500mg/m³→35mg/m³，NOₓ600mg/m³→50mg/m³）。中等含硫+成本控制：半干法脱硫+SNCR脱硝+电袋除尘（如某中型焦化厂：SO₂800mg/m³→50mg/m³，NOₓ400mg/m³→150mg/m³）。2.顺序优化原则除尘前置：避免粉尘堵塞脱硫/脱硝设备（如袋式除尘需在脱硫前，防止浆液污染滤袋）；脱硫与脱硝的顺序：若采用SCR脱硝（需300-400℃），烟气经湿法脱硫降温后需设置再热器（或利用余热锅炉预热）；若采用SNCR（需850-1100℃），脱硝可前置（如装煤烟气高温段直接脱硝）。（三）设备选型与设计脱硫塔：湿法塔材质选用耐腐蚀不锈钢或衬胶，半干法塔需设防结露保温层；喷淋层设计需保证液气比（L/G）与雾化效果（如湿法L/G=10-15L/m³）。脱硝催化剂：根据烟气成分（如砷含量）选择抗中毒催化剂，活性窗口需匹配烟气温度（可通过余热锅炉或电加热器调节）。管道与风机：烟气流速控制在12-18m/s（避免积灰），风机选型需考虑系统阻力（脱硫塔阻力500-1500Pa，脱硝100-300Pa，除尘1000-2000Pa）。四、运行维护与故障处理（一）日常巡检与参数控制脱硫系统：湿法：监测pH值（5-6）、浆液密度（1100-1300kg/m³）、脱硫效率（在线监测数据）；半干法：控制喷入量，避免塔内结露（烟气出口温度需高于露点温度15-20℃）。脱硝系统：监测氨逃逸浓度（≤8mg/m³）、催化剂压差（超过设计值1.5倍需清灰或更换）、还原剂用量（与NOₓ浓度匹配）。除尘系统：袋式除尘：监测滤袋压差（≤1500Pa），超限时需清灰或更换滤袋；电除尘：监测极板积灰厚度（通过振打频率调节，振打周期宜为1-2小时/次）。（二）典型故障排查脱硫效率低：原因：浆液浓度不足、喷淋层堵塞、烟气短路；排查：检测浆液pH、检查喷淋头流量、烟气流向（通过示踪气体或温度分布判断）。脱硝催化剂中毒：砷中毒：脱硝效率骤降、压差升高（需元素分析确认），可尝试水洗再生；碱金属中毒：催化剂活性下降、氨逃逸增加（需更换催化剂）。袋式除尘滤袋破损：表现：排放浓度超标、压差异常；排查：通过烟气流向检测（上游浓度高、下游低，破损位置在中间）定位破损滤袋，更换后密封。（三）耗材管理与环保监测吸附剂/催化剂更换：干法脱硫活性焦每2-3年更换（再生后性能下降时）；SCR催化剂每3-5年更换（根据活性衰减情况，可通过氨逃逸率、脱硝效率判断）。在线监测维护：定期校准CEMS（烟气连续监测系统），确保SO₂、NOₓ、颗粒物数据准确；数据需实时上传至生态环境部门，异常数据需在24小时内说明原因。五、工程案例与效益分析（一）案例一：某大型焦化厂超低排放改造技术路线：袋式除尘（入口含尘50g/m³→出口10mg/m³）+石灰石-石膏湿法脱硫（SO₂1500mg/m³→35mg/m³）+SCR脱硝（NOₓ600mg/m³→50mg/m³）。投资与运行：总投资约8000万元，年运行成本约1200万元（含电费、药剂费、催化剂更换费）；改造后年减排SO₂1200吨、NOₓ900吨，避免环保处罚约500万元/年。（二）案例二：某中型焦化厂低成本改造技术路线：电袋复合除尘（入口含尘30g/m³→出口15mg/m³）+半干法脱硫（SO₂800mg/m³→50mg/m³）+SNCR脱硝（NOₓ400mg/m³→150mg/m³，后续计划升级SCR）。效益：总投资约3500万元，年运行成本约600万元；满足区域排放要求，产能利用率提升10%。六、技术发展趋势（一）多污染物协同治理一体化装置：如“脱硫-脱硝-除尘”一体化（活性焦同时脱硫脱硝除尘），减少系统阻力和占地，降低投资（较传统分设系统节约20%-30%成本）。（二）智能化与低碳化智能控制：通过物联网传感器（温度、压力、浓度）和AI算法优化运行参数（如脱硫浆液量、脱硝还原剂喷入量），降低能耗30%以上。碳捕集耦合：烟气中CO₂的捕集与利用（如制干冰、合成甲醇），实现“减污降碳”协同增效。（三）新材料与新技术新型催化剂：开发抗中毒、长寿命的脱硝催化剂（如金属有机框架材料），降低更换成本（寿命延长至5-8年）。