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焦炉烟气脱硫脱硝净化技术与工艺探讨

北极星环保网来源:河南冶金 刘永民2018/5/24 9:30:22我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硫脱硝 焦化行业 SCR

3.4.2脱硝机理

喷氨气进行脱硝,活性炭作为脱除NOx的载体和催化剂,NOx和NH3在温度约107℃~167℃下,在焦基表面发生催化反应,将NOx分解为N2和H2O,吸附于活性炭上,主要反应式如下:

4NO+O2+4NH3→4N2+6H2ONH4HSO4+NH3→(NH4)2SO4

活性炭循环使用,吸附SO2后的活性炭输送到再生塔,被加热至400℃左右时,释放出SO2。

3.4.3活性炭除尘原理

由于活性炭自身的吸附特性,活性炭吸附层相当于高效颗粒层过滤器,在惯性碰撞和拦截效应作用下,烟气中的粉尘颗粒在床层内部不同部位被活性炭的大孔吸附,完成烟气除尘净化过程。活性炭吸附的尘和细小的活性炭从再生反应器里通过振动筛一同排出。

3.4.4技术特点

它的处理过程在一个反应器内进行,能够一步达到脱硫脱硝的处理效果,并可以附带脱除二噁英、重金属、尘等其他多种污染物;活性炭干法烟气集成净化技术生产的高浓度SO2气体副产物,加工成多种硫酸盐产品或制酸,回收的硫资源有较高的利用价值,回收的碎炭粉可作为燃料使用;主体工艺无废水产生,无自产固体废物;国内已开发成功烟气脱硫脱硝用活性炭,并批量生产,其生产成本远低于进口的活性炭。活性炭干法烟气集成净化技术符合国家的环保政策,及未来烟气中各类有害物质治理的要求,但较大的投资和运行成本影响了其推广应用。

3.5旋转喷雾半干燥法(SDA)脱硫+除尘+SCR低温脱硝热解析一体化工艺

3.5.1工艺流程

焦炉烟气被引风机抽取,进入SDA脱硫塔,烟气从脱硫塔上部烟气分配器进入塔体,烟气中SO2与塔顶旋转雾化器喷出的雾化的碳酸钠浆液充分混合反应,生成Na2SO3和Na2SO4随烟气进入除尘脱硝反应器(反应器上部为脱硝段,下部为除尘段)。烟气中的颗粒物被除尘滤袋过滤,经压缩空气反吹后由输灰系统收集,其中未反应的Na2CO3可循环利用。净化后的烟气进入SCR脱硝系统,脱硝后烟气经焦炉烟囱达标排放。排烟温度在170℃以上,煤气加热炉负责催化剂在线解析,约9~12个月解析一次。

3.5.2脱硫原理

将Na2CO3粉末加水配成Na2CO3饱和溶液与烟气中的SO2进行反应,生成Na2SO3/Na2SO4,实现SO2脱除。

化学反应式如下:

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

Na2CO3溶液根据原烟气SO2浓度由溶液泵定量送入置于脱硫塔顶部的溶液顶罐,顶罐内的溶液自流入脱硫塔顶部旋转雾化器雾化成50μm~80μm的雾滴,与脱硫塔内烟气接触迅速完成吸收SO2等酸性气体的过程。由于Na2CO3溶液为极细小的雾滴,增大了脱硫剂与SO2接触的比表面积,反应极其迅速且有极高的脱除SO2效率,脱硫效率在90%以上。由于喷入塔内的Na2CO3溶液是极细的雾滴,在200℃温度条件下,完成反应后的脱硫产物为极细的干燥颗粒。

蒸发后未反应的Na2CO3颗粒物通过后续除尘布袋过滤收集,重新配入脱硫溶液制备系统,使脱硫剂得到充分利用。最后脱硫反应生成的Na2SO3、Na2SO4及小部分未反应的Na2CO3干粉通过除尘器过滤收集后集中处置。

3.5.3技术特点

在烟气脱硝之前设置半干法脱硫,将烟气中的SO2含量脱除至30mg/m3以下,降低了生成黏稠的硫酸氢铵对催化剂的影响,保证后续的高效脱硝;核心设备旋转雾化器的雾化粒径为50μm~80μm,大大增加了雾滴与烟气接触面积,提高吸收效率;实现烟气脱硫除尘、脱硝、脱硝催化剂现场热解析再生一体化,减少占地面积;系统温降小(<30℃),回送烟气温度大于150℃,满足烟囱热备要求。整个系统干况运行,不存在结露腐蚀的危险,烟囱无须做特殊内防腐处理。缺点是采用Na2CO3作为脱硫剂,副产物硫酸钠属于危废需要专门处置,Na2CO3成本也较高,同时投资与运行成本也相对较高。

3.6移动层式干法脱硫+SCR法低温脱硝技术

移动床干法脱硫技术原理是在100℃~300℃的温度范围内,脱硫剂中的Ca(OH)2粒子和烟气中的SOx进行气固反应,达到脱硫目的。

3.6.1移动层式干法脱硫工艺流程

脱硫剂由输送机输送至脱硫塔顶部,并通过调节脱硫塔上下两端的旋转控制阀使其在脱硫塔内从上往下缓慢移动。焦炉烟气通过水平管道由脱硫塔的中部进入,穿过脱硫剂,脱硫剂中的Ca(OH)2与SO2发生化学反应,实现烟气净化的目的,然后烟气从脱硫塔出口排出。脱硫塔中的脱硫剂从上往下移动,即保持脱硫塔上部的脱硫剂为最新的,经使用一段时间后去往脱硫塔下部。反应后产物(主要是CaSO4和CaSO3)通过塔底脱硫剂排出阀排出,如图2所示。

该干法脱硫装置,脱硫剂粒子在向下流经移动床过程中,烟气中的SO2会被吸收,同时飞灰会被移动媒体捕捉。同半干法相比较,由于不使用水,因此温度不会下降,也不会产生大量灰尘,所以脱硫后可直接进入脱硝装置,不需再进行除尘,简化了流程,也节省了除尘部分的设备投资和后期运行成本。

该工艺采用的脱硫剂在100℃~300℃温度范围内,可良好地吸收SO2。在烟气中有NOx、O2、H2O共存情况下,SO2的吸收显著加快。

3.6.2低温SCR脱硝装置技术

采用日本日挥35孔或40孔蜂窝状催化剂,单位体积活性高,低温状态下活性高,可以实现催化剂用量减少和反应器的紧凑化,在日本广泛应用。

3.6.3技术特点

专用干法脱硫剂,不使用水,无温降,不影响后续脱硝装置的效率,脱硫塔兼具除尘效果,可降低飞灰浓度,有利于提高脱硝效果;脱硫后的脱硫剂,是含有较多石膏的中性硬化物,易进行填埋处理,也可用在污泥处理和脱臭方面。该工艺无需设置除尘设施,投资相对其它半干法/干法较低,但使用专用脱硫剂及脱硝剂提高了运行成本。

4结论

1)焦炉烟气属低温、低NOx浓度、低SO2含量、含氧、微尘烟气,NOx和SO2波动较大,各企业焦炉炉型、炉龄、燃料结构不同,所在地环保标准也不同,需考虑不同的工艺技术对自身烟气的适应性,兼顾投资运行成本等;

2)采用湿法脱硫方案脱硫效率高,外排烟气含湿量高,可能产生有腐蚀性冷凝水不能直接回原烟囱,需考虑原烟囱的热备。在未设精除雾装置情况时外排烟气也可能会产生较严重的拖尾现象。氨法脱硫由于腐蚀强,设备制作时必须考虑特殊防腐或采用专用防腐材料;

3)选择性催化还原法(SCR)是最为成熟的脱硝技术,但适应较低温度尤其是燃料为高炉煤气下的低温高效催化剂有待进一步开发。氨吸收湿法脱硝可以和氨法脱硫实现一体化,但因臭氧发生器运行成本高,技术成熟度需进一步验证;

4)干法/半干法不会在烟囱周围产生烟囱雨,并可以避免烟气温度低于酸露点而引起的烟囱腐蚀,由于烟气降温低可直接回烟囱,同时也解决烟囱热备问题。在SO2含量不高尤其是燃料为高炉烟气时,应该优先考虑。

延伸阅读:

90万吨焦炉烟气脱硫脱硝工程技术方案研究

焦炉烟气脱硫脱硝技术进展与建议

焦炉烟气污染物排放控制

【硫老师】几种焦炉烟气脱硫脱硝技术详解

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