三聚環保焦化煙氣凈化創新技術DDSN開發紀實

　　圖為內蒙古美方能源有限公司焦爐煙氣凈化裝置。

　　2016年入冬以來，我國華北、華東地區大面積長時間的重度空氣污染不僅給百姓的生活帶來極大的不便，同時也使工業企業的生產受到極大的影響。

　　“去年，我們的焦化裝置開工率總體還不到50%。盡管下半年來，市場價格有所回升，但是有錢也掙不到呀。只要污染一加重，企業就得限產停產。”河南一家焦化企業的老總無奈地表示。

　　這位老總反映的問題已經成為焦化行業的常態。焦化行業目前面臨著雙重壓力,一是去產能，二是煙氣治理。隨著霧霾天氣的增多，后者已經成為卡脖子工程，直接決定著企業生死存亡。

　　同樣是在2016年，一項焦化行業煙氣治理創新技術成功在焦化企業推廣應用，這就是北京三聚環保新材料股份有限公司旗下的北京寶塔三聚能源科技有限公司推出的干法脫硫低溫脫硝余熱回收一體化環保技術(DDSN)。

　　傳統焦化產業污染嚴重

　　據中國煉焦行業協會負責人介紹，目前我國已經成為世界上最大焦炭生產國和消費國，焦炭產能超過6.8億噸，年產量達到4億多噸，占全球焦炭產能和產量的70%以上。

　　在2015年前，我國煉焦企業的煙氣幾乎不經過任何處理就直接排放。假設全國每年4億噸焦炭產量，按照焦爐煙氣中二氧化硫含量為250~500mg/Nm3，氮氧化物含量為800~1300mg/Nm3計算，二氧化硫和氮氧化物的排放量分別達到每年15萬~30萬噸和50萬~80萬噸。顯而易見，焦化行業在霧霾的形成中扮演著并不太光彩的角色。

　　我國焦化企業主要集中在煤炭富集區河北、山西、陜西、山東、河南、內蒙古等地。有專家指出，華北地區的重霧霾天氣頻現，與這一地區電廠焦化、鋼鐵、水泥、玻璃等重工業企業集中有直接關系。

　　為更加有效地治理焦爐煙氣的大氣污染問題，我國從2015年1月1日起開始實施《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012。標準要求焦爐煙氣氮氧化物和二氧化硫排放低于500mg/Nm3和50mg/Nm3，特殊地區低于150mg/Nm3和30mg/Nm3。目前新標準已經實施兩年，但焦化行業實際的減排效果并不好，焦化行業煙氣污染問題依然十分嚴重。據業內人士介紹，事實上，焦化行業中只是少數企業安裝了脫硫裝置，極少數企業安裝了脫硝裝置。

　　煙氣治理技術亟待突破

　　“盡管國家2015年1月1日就已經出臺了嚴格的分地區排放標準，但目前焦化行業能做到達標排放的企業并不多，其主要原因是適合于焦化行業煙氣治理的技術嚴重缺失，執法和監管遇到挑戰。”北京三聚環保新材料股份有限公司副總裁任相坤表示。

　　為滿足環保標準以及環保主管部門對于大氣污染物減排愈來愈嚴格的要求，建設焦化煙氣脫硫脫硝裝置成為焦化企業亟待解決的關鍵問題。焦化環保新標準實施以來，幾乎所有焦化企業都無法滿足嚴格的排放要求。焦化企業對于技術成熟、成本低、運營效率高的煙氣脫硫脫硝技術的需求十分迫切。但目前國內焦化行業與電力行業相比，還沒有很好的、成熟可靠的、完整的脫硫脫硝工藝技術路線和規范技術，大家都是在研究過程和示范過程中。

　　河南省順成集團煤焦有限公司董事長王新順表示：“國家的環保法規越來越嚴，焦化企業如果過不了環保這一關，生存都是問題。環保設備不是上不上的問題，而是如何選擇、選擇哪種技術路線的問題。”

　　目前我國燃煤發電等行業污染物控制技術已經較為成熟，各類先進除塵、脫硫、脫硝技術已經進入推廣應用階段，煙氣脫硫裝置、低氮燃燒系統及煙氣脫硝裝置已經普及，超低排放燃煤發電技術已成功示范。有人自然就把目光投向了燃煤電廠的煙氣治理技術。

　　“但焦化行業煙氣治理并不能簡單地照搬燃煤電廠的經驗，兩個行業間存在著在較大差別。燃煤電廠普遍采用的工藝路線是高溫脫硝—余熱回收—濕法脫硫—濕電除塵的工藝路線，并不適合焦化行業的生產實際。”任相坤說。

　　他給出了幾個理由。一是燃煤電廠采用的選擇性催化還原(SCR)脫硝適用的溫度區間在300℃~400℃，而焦化煙氣溫度一般是在200℃~300℃，傳統的高溫脫硝技術在焦化行業沒有用武之地;二是電廠普遍應用濕法脫硫，這個技術雖然比較成熟，但如果應用到焦化行業，脫硫反應后煙氣溫度會低于露點，后續管道和設備腐蝕問題將是一大難題;三是焦爐需要依靠煙囪的自然吸力把燃燒的廢氣排出，否則就會影響焦爐生產安全，這就要求煙氣溫度大于150℃，而采用燃煤電廠的煙氣凈化技術處理后，煙氣溫度遠低于這一溫度。

　　除此之外，半干法技術在焦化企業也有應用，但由于過程有水存在，會損失掉一部分熱能，另外還需要增加一個除塵裝置。另外市場還有活性焦、活性炭吸附法和臭氧氧化法等一些技術。

　　“發電行業成熟的脫硫脫硝技術并不適用于焦化行業，其他一些技術也存在著能耗高、投資大、效率低等一些不利因素，必須開發針對焦爐煙氣特點的低溫脫硝和高效干法脫硫技術。但是，當前國內低溫脫硝和干法脫硫技術尚不成熟，不能直接應用到焦爐煙氣治理，亟待該技術領域的重大突破。”任相坤表示。

　　一體化方案脫穎而出

　　為了解決焦化行業煙氣治理的痛點，三聚環保旗下寶聚科技將業務重點聚焦在了開發針對焦化行業的低溫脫硝和干法脫硫技術上。

　　“根據焦化生產的特點，我們轉變思路，將脫硫工藝放在前面，首先確立了干法脫硫—低溫脫硝—余熱回收的工藝路線。與傳統方法相比，這個工藝路線具有多方面的優勢。一是干法脫硫基本不存在溫降，而且脫硝對溫度有要求，這樣就能夠盡可能多地回收余熱，余熱回收后煙氣直接排入原煙囪，因此熱備不需要再單獨加換熱器。二是如果低溫脫硝過程中存在二氧化硫，脫硝催化劑會受到很大影響，先脫硫，后脫硝，就基本排除了二氧化硫對脫硝的影響，有利于減少了脫硝催化劑填裝量，延長了脫硝催化劑壽命，脫硝后生成氮氣和水不會對大氣環境產生不利的影響。”寶聚科技副總經理于春林表示。

　　于春林介紹，在確立了可靠先進的工藝路線后，充分考慮焦爐生產和焦化煙氣特點，在大量調研、實驗的基礎上，寶聚科技與日本日揮株式會社、日揮觸媒化成株式會社等多家公司合作，在燃煤電廠的干法脫硫、垃圾發電的低溫脫硝技術的基礎上，共同開發了先脫硫后脫硝再進行余熱回收的系統工藝。這樣的設計思路不但實現了煙氣凈化，有效利用了煙氣余熱，同時還解決了鍋爐腐蝕、煙囪熱備等一系列工程難題。

　　其中，這條工藝路線中選用的干法脫硫技術，已在日本電力行業相對低溫條件下成功商業運行多年，并保持了良好的脫硫效率。合作各方還共同摸索中溫干法脫硫工藝，針對焦爐煙氣干法脫硫進行了大量的實驗，獲得了豐富的實驗數據，為應用于焦化煙氣干法脫硫工程化奠定了基礎。

　　工藝中選用的低溫SCR脫硝技術，也充分考慮了焦化煙氣經過干法脫硫后的低硫低灰特點，在脫硝裝置設計上盡可能降低投資。配套的日揮觸媒的低溫高效脫硝催化劑已成功應用于垃圾焚燒等領域。

　　同時，寶聚科技還結合三聚環保在脫硫劑方面的優勢工藝，與日方共同開發了一種新型脫硫劑，煙氣通過這種脫硫劑后，脫硫徹底，廢劑還可以作為有效資源，得以循環利用。

　　就這樣，集多方技術優勢于一體的干法脫硫—低溫脫硝—余熱回收一體化焦化煙氣治理解決方案在中日雙方的共同努力下成功問世。

　　首套工藝示范性能卓越

　　2016年6月，世界首套全流程焦化煙氣干法脫硫低溫脫硝工藝示范裝置在內蒙古美方能源有限公司建成投產。

　　美方能源位于內蒙古烏海市烏達經濟開發區內，建有兩套焦化裝置，產能240萬噸。改造前其焦化裝置煙囪排放的煙氣中二氧化硫含量約200mg/Nm3，氮氧化物含量約1000mg/Nm3，遠遠超出國家標準。

　　“由于是國內焦化行業的首個干法脫硫—低溫脫硝—余熱回收一體化裝置，正式開工建設前，寶聚科技、日本合作方與美方能源進行了多次深入交流，根據企業實際情況，對脫硫、脫硝工藝進行了反復研究和調整。”任相坤表示。

　　裝置分兩期建設，一期裝置于2015年下半年開工建設，并于2016年6月29日開始正式調試，主要建設了脫硫系統、脫硝系統、余熱回收系統和氨區系統。煙氣首先通過脫硫塔，脫除煙氣中的二氧化硫;之后經過脫硝塔，脫除氮氧化物;最后經過余熱鍋爐。余熱鍋爐入口煙氣溫度與脫硫入口相比降低不到15℃，可以產生數量可觀的蒸汽，真正實現了環保與節能的有機結合，大大減輕了企業運行成本。

　　目前，美方能源兩期煙氣凈化項目已全部完成，裝置自調試開始，已平穩運行半年，排放的二氧化硫和氮氧化物不僅達到了烏海地區的環保要求，而且也滿足國標中特殊地區的要求，對操作進行適當調整甚至可以將二氧化硫降至10mg/Nm3，氮氧化物含量降到達到80mg/Nm3，可以滿足比國家環保標準還要苛刻的要求。這一項目的成功，打破了傳統焦化行業可持續發展的重大環保瓶頸，帶動了企業節能環保技術進步。這樣的效果，讓項目參與各方感到歡欣鼓舞。

　　美方能源總經理孔元說：“我是經過充分考察和比較后選擇的這項技術。在合作之前，我們也做了多方考察調研，當時國內幾乎沒有成熟的技術可選，直到我們遇到寶聚科技。選擇這條技術路線，也是冒了風險的，畢竟我們是第一家，當時國內還沒有成功的案例。但今天回過頭來看，當時的決定是正確的。裝置運行半年多非常平穩，煙氣達標排放。這套路線最大的特點就是投資低、運行成本低、環保指標控制穩定。我們調研過許多技術，運行成本折合每噸焦10~15元，而這個技術運行成本遠遠低于這個水平。”

　　據悉，美方能源作為烏海地區第一家完成脫硫脫硝余熱回收一體化裝置建設的焦化企業，在煙氣排放達標以后，首次實現2015年以來的高負荷生產，又恰逢焦炭價格一路上漲，企業獲得不小的經濟收益。

　　技術推廣多點開花

　　在環境監察越來越嚴苛的形勢下，從去年下半年開始，焦化企業紛紛行動起來，計劃建設煙氣脫硫脫硝裝置。

　　孝義市鵬飛實業有限公司董事長鄭鵬表示：“焦炭是山西第二大支柱產業，大氣污染問題已經成為制約焦化行業發展的最大瓶頸，為了實現青山綠水、藍天白云的目標，我們率先提出了焦化廠超低排放的目標，我們要從自身做起，把企業排放標準做到最好，通過先進的環保技術將傳統污染企業轉型成超低排放零污染的企業。”

　　“當前有很多類似的技術，我們用一年時間對數十家國內外知名的環保公司進行了調研，包括脫硫、脫硝、余熱回收的各種技術，最終我們還是選擇寶聚科技作為合作伙伴。這家企業不僅技術工藝路線先進，而且服務好，更重要的是在內蒙古已經有建好的裝置在平穩運行，讓我們對這項技術更有信心。”鄭鵬表示。

　　“我們做好了，就是焦化行業的示范工程，可以引領行業向環保節能、清潔生產的方向發展。我們正在建設3套135萬噸/年的煙氣凈化裝置，總規模500萬噸/年，今年7月就將建成投產。我們希望成為全國乃至全球焦化行業超低排放的標桿，而不僅僅是在山西。”鄭鵬對這個項目信心十足。

　　河南豫龍焦化有限公司董事長馮地報也談到：“我們選擇寶聚科技有幾個原因：一是它的工藝路線是干法脫硫、低溫脫硝，這項技術在日本的燃煤電廠和垃圾發電廠已經有成功應用，技術成熟風險小。我們在前期的考察時已經排除了其他堿法、氨法脫硫路線，這些都有后患，會有氨逃逸現象，產生的廢棄物處理難度大、成本高。而該技術產生廢物容易處理，而且整個裝置運行費用比較低，可連續操作，技術先進、可靠。我們調查了不少工藝，都有不足，有脫硝沒有脫硫，能做好脫硫的脫硝又做不好。我們也考查了美方能源建設的首套裝置，將運行效果與其他工藝做了對比，還是寶聚科技的技術最靠譜。我們現在正在建設一套60萬噸規模的脫硫脫硝一體化裝置，同時建設脫硫脫硝，投資并不比別人的高，關鍵是技術可靠，后期不用重復投資。”

　　河南省順成集團煤焦公司董事占王順成表示：“目前，焦化企業煙氣脫硫脫硝勢在必行，達標排放刻不容緩。經過多方考察，我們認為三聚環保的DDSN技術可靠、投資合理、煙氣治理效果好。目前土建工程已經開工，預計今年6月份煙氣凈化裝置就能建成投運。在環保達標的基礎上，我們也在不斷開發新產品，延伸產業鏈，將傳統的單一的焦炭產業打造成清潔、環保、高價值的現代煤化工產業。”

　　與內蒙古、山西、河北、河南等地有所不等同，位于環境更為敏感的江蘇省的靖江眾達炭材有限公司環保的約束力更強，該董事長黃達民表示：“焦化企業要生存首先就要補上環保的短板，環保不過關，企業就沒有發展的空間。我們已經與寶聚科技簽訂合作協議采用DDSN技術建設煙氣凈化裝置。項目上馬后，煙氣排放將達到沿海地區的先進水平。與此同時，我們也在進一步加大焦爐煤氣的深加工，回收LNG以及含H產品，提高能源資源的利用率，增強企業的盈利能力。”

　　任相坤說，我們開發的煙氣凈化系統完全根據焦化行業量身定做，對于焦化煙氣凈化來說是一次全面的技術革新。目前，除美方能源外，已有6家焦化企業采用了寶聚科技的焦爐煙氣脫硫脫硝余熱回收一體化技術，計劃建設13套一體化裝置，設計與施工工作正在緊鑼密鼓地進行。還有10余家企業正在洽談之中。

　　此外，中日合作開發的低溫脫硝技術，還成功應用到了高濃度(>7000mg/Nm3)窯爐煙氣脫硝領域，在沈陽三聚凱特催化劑有限公司建設了示范工程，該示范工程也已于2016年8月一次性開車成功。

　　鏈接：干法脫硫低溫脫硝余熱回收一體化環保技術(DDSN)工藝特點

　　●工藝創新性地提出采用先脫硫后脫硝，最后進行余熱回收的方案，脫硫后的煙氣中二氧化硫含量較低，有利于減少脫硝催化劑填裝量，延長催化劑壽命;

　　●工藝首次在煙氣治理的實際工程應用中采用干法脫硫，溫降很小，遠低于半干法脫硫和濕法脫硫，且整套技術除設備與管道散熱外無溫降，可保證脫硝時煙氣的溫度并且有利于最后的余熱回收;

　　●干法脫硫首次采用移動床工藝，且研制特殊的有針對性的脫硫劑，使得脫硫效率達到95%以上，并且壓降僅為1500Pa左右;

　　●工藝采用的移動床干法脫硫具備一定的除塵功能，可將灰塵含量降低至15mg/Nm3，滿足了國標要求，不必另外設置除塵裝置;

　　●工藝中進入余熱鍋爐的煙氣已經被凈化，最大程度地減少了鍋爐腐蝕，延長鍋爐壽命;

　　●工藝采用的低溫脫硝選用日揮觸媒公司的35孔高效低溫脫硝催化劑，效率約為國內常見脫硝催化劑的2倍，催化劑裝填量較少;

　　●工藝在設計過程中采用CFD模擬對噴氨系統進行設計，最大限度提高催化劑效用、降低氨逃逸;

　　●工藝中余熱回收后排煙溫度大于150℃，煙氣處理后可回原煙囪，使原煙囪始終處在熱備狀態;

　　●工藝中設置了煙道閘板門自開啟聯鎖系統，可保證特殊工況下焦爐的安全;

　　●整套工藝僅有脫硫塔、脫硝反應器、余熱鍋爐三臺主要設備，設備數量少，可靈活布置，最大程度減少占地和投資，使得不管是新建一體化裝置或者已建有余熱回收的脫硫脫硝改造都變得可行。