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钙基移动床干法脱硫除尘一体化技术处理焦炉烟气的实践应用崔建恒，乔树峰，李洪兵（迁安中化煤化工有限责任公司，河北唐山 064404）摘要随着环保标准的不断提高，为进一步满足环保排放要求及特殊管控时段指标调节空间，实现脱硫脱硝双系统互为备用功能，迁安中化公司采用“钙基移动床干法脱硫除尘一体化+低温 SCR 脱硝”工艺对原脱硫脱硝系统进行了升级改造。介绍了改造前后的工艺流程、项目投运后的性能测试结果及运行成本分析，结果表明：改造后脱硫脱硝烟气指标能够满足超低排放要求，且运行成本降低约 30%，大大降低了能源消耗及碳排放。指出了系统运行存在的不足及在后续运行中需进一步优化的改进建议。关键词焦炉烟气；钙基移动床；干法脱硫；脱硫除尘一体化；低温 SCR 脱硝文章编号：1005-9598(2023)-03-0049-04中图分类号：X701文献标识码：B收稿日期：2023-02-28第一作者：崔建恒（1984），男，汉族，河北衡水人，助理工程师，学士，2008 年本科毕业于山东科技大学环境科学专业，主要从事煤化工环境保护方面工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.03.012引用格式：崔建恒，乔树峰，李洪兵.钙基移动床干法脱硫除尘一体化技术处理焦炉烟气的实践应用J.煤化工，2023，51（3）：49-52，63.引言迁安中化煤化工有限责任公司（以下简称迁安中化公司）于 2005 年 3 月成立，现有 6 座 JN60-82 型顶装焦炉，设计焦炭产能 330 万 t/a，根据 GB 161712012 炼焦化学工业污染物排放标准 中焦炉烟气排放要求，迁安中化公司于 20172018 年配套建设了3 套脱硫脱硝系统，每两座焦炉为一组共用 1 套系统。随着环保标准的不断提高，河北省地方标准 DB13/28632018炼焦化学工业大气污染物超低排放标准 于 2019 年 1 月 1 日起开始实施；根据唐山市下发的 关于印发钢铁、焦化、水泥行业全流程烟气达标治理工作方案的通知(唐环气 2019 3 号)通知要求，排放标准进一步加严，并要求焦炉烟气连续稳定达标排放。由于脱硫脱硝系统设备检修过程中废气得不到有效处理，废气不能稳定达标，为进一步满足超低排放和特殊时段的管控要求，实现设备检修过程中的稳定达标排放，迁安中化公司决定对原脱硫脱硝系统进行升级改造。1原有工艺方案介绍1.1原工艺方案迁安中化公司原有的 3 套脱硫脱硝系统均采用“低温 SCR 脱硝+GGH 换热器+引风机+氨法脱硫+湿电除尘+GGH 换热器（烟气换热器）”工艺路线。GGH换热器分上下两部分，下部为脱硫前原烟气，温度高，上部为脱硫后净烟气，温度低，其作用是利用原烟气将脱硫后的净烟气加热，使排烟温度达到露点之上，减轻烟气对烟道和烟囱的腐蚀，所以烟气流向为先经过换热器下部降温后进入脱硫塔，从脱硫塔出来经湿电除尘、换热器升温后进入烟囱排放。1.2原系统设计参数迁安中化公司的焦炉为复热式焦炉，均能使用高炉煤气和焦炉煤气加热，废气指标变化较大，每组脱硫脱硝系统入口烟气参数及烟气治理要求见表 1。1.3原工艺路线存在问题（1）迁安中化公司原工艺路线采用先脱硝后脱硫工艺，由于脱硫布置在脱硝后，受烟气中的焦油、粉尘第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.20232023 年煤 化 工等影响，脱硝塔运行阻力高且阻力增长较快，催化剂使用寿命相比前脱硫工艺短约 1/3。（2）迁安中化公司焦炉为顶装焦炉，焦炉烟气温度偏低，为 200 220，为满足前脱硝效果，脱硝升温用煤气量较高，能源消耗量大。（3）脱硫使用湿法脱硫，浓缩循环液呈酸性，对设备腐蚀较强，脱硫塔管道易出现漏点，设备维修维护时间长，维护量大。（4）湿法脱硫后经过换热器烟气温度达到 130 以上，烟气含水量为饱和状态，回原烟囱温度偏低，长时间运行会对焦炉烟囱造成一定腐蚀1。（5）脱硫脱硝没有备用系统，设备停机检修过程中烟气不能稳定达标排放。（6）原系统设计风量偏低，风机长时间处于或接近满负荷运行状态，可控调节余量较小，不能满足特殊管控期间的指标调节。2改造方案选择迁安中化公司经过对各脱硫脱硝工艺路线对比、考察2-4，考虑场地条件限制、系统改造后能够与原系统互为备用及固体废物的资源化利用等因素，确定脱硫除尘采用“钙基移动床干法脱硫除尘一体化”工艺；脱硝仍使用“低温 SCR 脱硝”工艺，利用原脱硝单元，并新建备用脱硝单元，保证系统能够在线更换催化剂；增加 1 台新引风机；预留分支管道，以备后续提标改造使用；考虑接纳干熄焦常规放散气体，干熄焦放散气体在脱硫前端与焦炉烟气充分混合后进入脱硫塔脱硫；考虑系统漏风率，引风机烟气量留有一定可调节性余量。综上因素，1#3#新增焦炉烟气脱硫及引风机烟气量按照 370 000 m3/h 设计。2.1设计参数钙基移动床干法脱硫除尘一体化工艺的设计参数见表 2。表 1焦炉燃烧烟气参数及治理要求脱硫脱硝前后脱硫脱硝前脱硫脱硝后SO2质量浓度/(mg m-3)30050030NOx质量浓度/(mg m-3)6001200150颗粒物质量浓度/(mg m-3)3015烟气流量/（m3h-1）21053105烟气温度/200220130烟气含氧体积分数/%6108（基准含氧量）烟气含湿量/%615表 2钙基移动床干法脱硫除尘一体化工艺设计参数烟气流量/（m3 h-1）370000入口 NOx质量浓度/(mg m-3)6001200出口颗粒物质量浓度/(mg m-3)10烟气温度/220烟气含氧体积分数/%610烟气含湿量/%615入口 SO2质量浓度/（mg m-3）300入口粉尘质量浓度/（mg m-3）80出口 SO2质量浓度/（mg m-3）15出口 NOx质量浓度/(mg m-3)100最大不超过 500 mg/m3；基准含氧量 8%。2.2钙基移动床干法脱硫除尘一体化工艺的技术原理钙基移动床干法脱硫除尘一体化技术原理是在特定的温度范围内，烟气均匀通过脱硫剂层，脱硫剂自塔上部向下部移动，脱硫剂中的有效组分和烟气中的 SO2进行气固反应，达到脱硫目的，同时粒状脱硫剂对烟气中烟尘进行吸附脱除，达到脱硫除尘一体化，脱硫剂利用重力作用从底部排出，产生的石膏为一般固体废物，可作为水泥原料资源化利用，反应机理见式（1）（2）：SO2+Ca(OH)2CaSO3+H2O（1）2CaSO3+O22CaSO4（2）改造后，通过管道切换可实现烟气首先进入粒状干法脱硫塔中脱硫除尘，脱硫除尘后的气体回到原有脱硝反应器中进行脱硝，脱硝后的气体经过新建的引风机增压后进入烟囱排空；当该工艺段脱硫塔或引风机需要维修维护时，可切换阀门，使烟气重新按照原脱硝+原风机+原湿法脱硫系统中运行，从而达到互为备用的目的。改造后工艺流程示意图见图 1。2.3钙基脱硫剂指标钙基脱硫剂的技术指标见表 3。3项目运行效果迁安中化公司钙基移动床干法脱硫除尘一体化改造项目于 2021 年 11 月开工建设，2022 年 35 月分别对 3 套系统改造完成并投入使用。3.1排放指标分析项目投用后整体运行稳定，对排放数据进行为期一个月性能测试，测试数据见表 4。50-第 51 卷第 3 期表 6改造前后吨焦运行费用统计对比改造前后改造前改造后氨水费用/（元 t-1）2.651.47占比/%13.7311.07电费用/（元 t-1）8.955.21占比/%46.3739.17煤气费用/（元 t-1）7.172.75占比/%37.1520.66水费用/（元 t-1）0.53占比/%2.75钙基脱硫剂费用/（元 t-1）3.87占比/%29.10注：原湿法脱硫采用氨水为脱硫剂。崔建恒等：钙基移动床干法脱硫除尘一体化技术处理焦炉烟气的实践应用表 3钙基脱硫剂技术指标颜色浅灰色颗粒度规格/mm椎：5.07.0；L：5.030.0外观颗粒状颗粒度合格率/%90堆积密度/（kg m-3）650850含水质量分数/%5.0平均径向抗压碎强度/（N cm-1）100硫容（以 SO2计）/%20表 4改造后 1#6#焦炉烟气排放指标测试数据焦炉烟囱编号1#2#3#4#5#6#颗粒物质量浓度/（mg m-3）0.606.490.473.430.591.890.682.860.951.801.703.01SO2质量浓度/（mg m-3）2.109.372.199.522.558.101.407.164.028.243.508.27NOx质量浓度/（mg m-3）22.3170.8927.6959.0932.2055.1924.4156.0825.9671.8124.7575.60氧体积分数/%9.0512.279.3812.566.398.776.329.117.249.996.879.77由表 4 可知：系统改造后焦炉烟气经过脱硫脱硝处理后颗粒物质量浓度10 mg/m3，SO2质量浓度15mg/m3，NOx质量浓度100 mg/m3，能够满足超低排放要求和特殊时段管控时的指标调节要求，且改造后系统能够与原系统互相切换，达到互为备用目的。3.2系统运行阻力分析项目投用后，采用先脱硫工艺，脱硝系统运行阻力明显下降，引风机负荷明显降低（见表 5）。脱硝塔阻力明显下降，说明焦炉烟气中携带的粉尘、焦油等物质在脱硫塔中去除，减少了对脱硝催化剂的毒害作用，延长了脱硝催化剂的使用寿命。系统阻力降低，风机负荷下降，风机能耗减少，节省运行费用。4运行成本分析项目投用后，对吨焦运行成本进行了统计并与改造前进行对比，结果见表 6。表 5改造前后风机负荷及脱硝塔阻力变化改造前后改造前改造后风机负荷/Hz43493442脱硝塔阻力/Pa150024505501450新风机新脱硝塔原脱硝塔汽化器升温热风炉氨水罐钙基脱硫塔湿法脱硫塔湿电除尘器原风机换热器图 1系统改造后工艺流程示意图焦炉烟气焦炉烟气 调节阀 烟道闸板阀焦炉烟囱焦炉烟囱51-2023 年煤 化 工由表 6 可知：系统改造后成本（13.3 元/t）较原来（19.3 元/t）降低约 30%，且电量消耗及煤气用量大幅下降。系统改造后每年减少的碳排放量计算：吨焦节省电量 6.23 kW h，电价按照企业全年综合平均计算为0.6 元/(kW h)，用电碳排放指数取 0.884 3 t/(MW h)（该指数为 2021 年华北区域电网平均排放因子）；吨焦节省煤气7.37 m3，煤气价格取 0.6 元/m3，焦炉煤气碳排放指数取 2.277 t/万 m3（焦炉煤气碳排放指数根据低位发热值与单位热值含碳量计算，数据来自中国独立焦化企业温室气体排放核算方法与报告指南）。根据以上数据，可计算出迁安中化公司年产焦炭 330 万 t，节省电量减少的碳排放量=3301046.23 0.884 310-3=18 180.32 t；节省焦炉煤气减少 的 碳 排 放 量=330 1047.37 2.277 10-4=5 537.89 t，合计减少碳排放量：23 718.21 t，大大降低了能源消耗及二氧化碳排放量，为实现绿色低碳做出一定贡献。5存在问题及建议（1）脱硫脱硝系统烟气均在原焦炉总烟道进行取气，用闸板阀与原烟囱进行阻隔，烟道闸板阀与烟道处密封不严，存在一定泄漏量，对烟气排放数据造成一定影响。（2）钙基移动床干法脱硫除尘一体化工艺要求入口烟气中颗粒物的浓度不能短时大幅升高，否则除尘效率受限，大幅升高后外排指标面临不达标可能，所以对前端焦炉加热及炉体维护要求较高。（3）改造后新系统与原系统通过调节阀进行隔断切换，各隔断调节阀存在一定漏风率，系统漏风量多，氧含量升高，折算数据随之升高，对系统外排烟气指标造成一定影响，建议使用漏风率低的调节阀。（4）需要实时精准监控入口二氧化硫变化情况，根据入口指标变化情况及时调整废脱硫剂的排料量，预防滞后调节，保证脱硫效率稳定，脱硫指标稳定达标。（5）投产初期使用低硫容脱硫剂，建议后续更换使用高硫容脱硫剂，一方面减少脱硫剂用量和一般固废产生量，另一方面可以提高系统二氧化硫耐受度。6结论（1）钙基移动床干法脱硫除尘一体化工艺简单，占地面积小，设备运行稳定，经过改造能够达到超低排放要求，并能够满足特殊管控时段指标调控要求，产生的脱硫石膏为一般固废，可作为水泥厂原料进行资源化利用。（2）改造后使用先脱硫后脱硝工艺，大大降低了脱硝塔的运行阻力和脱硝升温煤气量的消耗，一方面能够增加催化剂使用寿命，降低风机负荷，另一方面降低了能源消耗，系统改造后，运行成本较原来下降约 30%。（3）改造后新系统与原系统组合实现以新系统为主，原系统作为备用的功能，能够满足系统检维修过程中的互相切换和稳定达标排放要求。（4）系统改造后年降低二氧化碳排放 23 718.21t，为实现绿色低碳做出一定贡献。（5）系统改造后整体运行成本仍偏高，在后续运行中需继续摸索最佳运行方式，进一步降低烟气处理运行费用。（6）新系统与原系统在改造中还存在漏风率偏高、串漏量大的问题，需要在后续运行中继续改进完善，进一步增加系统处理稳定性，持续降低能源消耗及运行费用。参考文献：1 亢辰辰.山西焦化焦炉烟气脱硫脱硝超低排放改造方案选择及应用J.煤化工，2022，50（2）：52-55，63.2 李树华.高炉煤气加热焦炉的烟气净化技术分析J.煤化工，2019，47（2）：16-20.3 钱虎林，江静，杨磊.焦炉烟气污染前端控制措施及脱硫脱硝工艺选择N.世界金属导报，2019-12-10（B12）.4 祁大鹏.焦炉烟气脱硫脱硝工艺及控制技术J.化工设计通讯，2018，44（10）：207，226.（下转第 63 页）52-第 51 卷第 3 期Practical application of integrated dry desulfurization and dust removal withcalcium-based moving bed for treating coke oven flue gasCui Jianheng,Qiao Shufeng,Li Hongbing(Qian忆an Zhonghua Coal Chemical Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 064404,China)AbstractWith the continuous improvement of environmental protection standards,in order to further meet the emissionrequirements and get parameter adjustment space during special control period,and realize the mutual standby ofdesulfurization and denitration systems,the original desulfurization and denitration system was upgraded in Qian忆an ZhonghuaCo.,Ltd.by the野integration of desulfurization and dust removal with calcium-based moving bed+low temperature SCRdenitration冶 process.The process flow before and after the renovation,performance test results after the project was put intooperation,and operation cost were introduced.The results showed that after the renovation,the desulfurization and denitrationcoke oven flue gas parameter could meet the ultra low emission requirements,and the operating cost was reduced by about30%,greatly reducing the energy consumption and carbon emissions.Also,the shortcomings of the system operation andimprovement suggestions on the subsequent operation were pointed out.Key wordscoke oven flue gas;calcium-based moving bed;dry desulfurization;integration of desulfurization and dustremoval;low temperature SCR denitration（上接第 52 页）剂结焦速度的重要因素。通过调整工艺操作条件，提高原料草酸二甲酯的品质，降低草酸二甲酯中含氮化合物和水、酸的含量，可以延缓加氢催化剂结焦的速度，延长催化剂的使用寿命。参考文献：1 刘华伟，孔渝华，陈伟健，等.WHB 煤制聚合级乙二醇新技术J.化肥工业，2014，41（6）：81-85.2 张素华，张博，惠胜国，等.一氧化碳和乙醇酸甲酯对草酸二甲酯加氢制备乙二醇 CuSiO2催化剂的影响J.天然气化工（C1 化学与化工），2012，37（3）：5-9，13.3 陈伟建.WHB 煤制乙二醇技术加氢催化剂粉化和结焦原因分析J.化肥设计，2018，56（1）：27-29.4 时鹏，张彦民，王静静，等.草酸二甲酯加氢制乙二醇 Cu/SiO2催化剂工业应用常见问题及分析J.煤化工，2020，48（4）：70-72，75.Discussion on coking of WHB coal-to-ethylene glycol hydrogenation catalystCheng Chunxi,Jiang Tian,Liu Yingjie,Lei Jun,Liu Huawei(Hubei Industrial Gas Purification and Utilization Key Laboratory,Haiso Technology Co.,Ltd.,Wuhan Hubei 430074,China)AbstractThe present utillization of dimethyl oxalate hydrogenation catalyst in WHB coal-to-ethylene glycol processwas introduced.Combined with the current operation of ethylene glycol industry,the influence of the process conditions ofhydrogenation system and the quality of dimethyl oxalate raw material on the catalyst coking was analyzed.The results showedthat the process operating conditions and the content of trace nitrogen-containing compound,water and acid in dimethyloxalate were important factors affecting the coking speed of the catalyst.By adjusting process operating conditions andimproving the quality of dimethyl oxalate,the catalyst coking speed could be delayed,thus prolonging the service life of thecatalyst.Key wordscoal-to-ethylene glycol;dimethyl oxalate;hydrogenation catalyst;coking;operating condition;impurity成春喜等：WHB 煤制乙二醇工艺加氢催化剂结焦问题探析63-