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干熄焦烟气脱硫技术基础性研究

北极星环保网来源:冶金之家 蔡继莹 吴思成2019/6/28 9:03:51我要投稿

北极星环保网讯:结合国内多家焦化厂干熄焦烟气SO2浓度资料和检测结果,确定干熄焦烟气SO2浓度值。综合分析湿法、半干法、干法脱硫技术优缺点,最终建立干熄焦烟气脱硫除尘最佳工艺流程,以满足国家规定的相关烟气排放标准。

近几年来,我国雾霾天气频频出现,环境问题日趋严峻。大气污染问题已成为环保的重点研究对象,炼焦化学工业企业排放大气污染物的控制当放首位。环保部已经在环保法规制定、执行和监管方面加大力度。《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)规定,全国非限排地区干熄焦装置烟气SO2排放限值为100mg/m3,限排地区干熄焦装置烟气SO2排放限值为80mg/m3。在这样环保标准要求下,干熄焦装置排放的烟气必须经脱硫处理达标后才能排放。以简洁的工艺和最少的投资实现干熄焦烟气脱硫将是焦化行业的首选。

1、干熄焦烟气的组成及SO2浓度

干熄焦是采用惰性气体熄灭赤热焦炭的一种熄焦方法,并且能够回收红焦的显热产生蒸汽用于发电。我国的上海宝钢一期工程引进了日本的4×75t/h干熄焦装置并投产运行,是我国最早引进的干熄焦技术。

截至目前,干熄焦已经代替湿熄焦成为我国主要应用的熄焦方法。干熄焦装置气体循环系统设有相应的空气导入系统,但实际运行中有少量空气和赤热焦炭接触燃烧,烟气中会产生少量的SO2气体。干熄焦生产过程中排放的烟气会产生大量的颗粒污染物(主要是焦粉),为了满足国家规定的排放标准,必须对含SO2以及大量粉尘的烟气进行净化处理。含SO2烟气的主要排放部位有干熄炉顶装入装置、循环风机出口常用放散口、预存段压力调节放散口(烟气量小)、底部排焦处。

目前国内各焦化厂标定的干熄焦烟气SO2浓度差异较大,京唐西山焦化有限公司标定的数据显示,各部分烟气中循环风机出口常用放散烟气排放的SO2总量和浓度最大,炉顶装焦烟气次之、底部排焦烟气最小。为进一步确定干熄焦烟气中SO2浓度,华泰永创(北京)科技股份有限公司煤焦室在鞍山钢铁有限公司焦化厂,对西区190t/h干熄焦装置进行检测,受现场条件所限,仅对循环气体中的SO2浓度进行了检测。干熄焦烟气中SO2排放源强见表1。

基于干熄焦装置装焦、常用放散、排焦的烟气特点,分别确定装焦烟气参数和SO2浓度值。一般装焦时间呈周期性波动,风量变化范围为0%~100%,烟气温度为200℃;循环风机出口常用放散烟气量较稳定,温度约为130℃;排焦烟气含尘量最大,温度约为100℃。通过参考其他人员测定各组干熄焦烟气中SO2浓度,并结合华泰永创焦化有限公司测定值,确定装焦处SO2浓度为858mg/m3、循环风机出口常用放散处SO2浓度为128.4mg/m3、排焦处SO2浓度为55mg/m3。

2、脱硫方法的分析比较

烟气脱硫工艺按照脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态,可分为湿法、半干法和干法三种脱硫工艺。

2.1湿法脱硫

湿法烟气脱硫是利用液体吸收剂洗涤含SO2烟气,达到净化烟气目的。通常设置于烟气系统末端、除尘器之后,具有脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高等特点,适用于大型燃煤火电机组烟气脱硫。石灰石-石膏法是目前世界上技术最成熟,实用业绩最多的湿法脱硫工艺[5]。但湿法烟气脱硫工艺初投资大、运行费用高、产生废水,且脱硫过程温降大、脱硫后烟气温度低于露点温度,不利于烟囱排气的扩散,易产生“白烟”,需二次加热,脱硫后的副产物处理难。

2.2半干法脱硫

半干法烟气脱硫工艺是利用烟气显热蒸发脱硫剂反应中的水分,最终产物为干粉状[6]。半干法烟气脱硫工艺无废水产生、脱硫效率较高(低于湿法烟气脱硫、高于干法烟气脱硫)、投资较少、运行成本较低、无有色烟羽产生,适用于中低硫的烟气治理。半干法烟气脱硫工艺分为旋转喷雾干燥法(SprayDryerAbsorber,SDA)和循环流化床法(CirculatingFluidizedBed,CFB)。

(1)旋转喷雾法(SDA法)

旋转喷雾干燥法是利用喷雾干燥的原理,将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔与烟气中的SO2反应,同时吸收烟气中的热量蒸发水分,脱硫产物以干粉态排出[7]。SDA法关键设备是高速旋转雾化器,通过它将吸收剂浆液雾化成细小雾滴与烟气充分接触进行传质传热反应。喷嘴的转速可以达到15000~20000r/min,与雾化效果、脱硫效率成正比。

(2)循环流化床法(CFB法)

循环流化床法是以循环流化床原理为基础,烟气从底部通过文丘里管进入循环流化床吸收塔内,与具有较大比表面积的脱硫剂颗粒接触。在烟气流作用下,脱硫剂颗粒形成沸腾流化态,大大提高脱硫剂与SO2反应接触时间,提高脱硫反应速度和效率[8]。循环流化床法与旋转喷雾干燥法相比,具有投资省、脱硫效率高、脱硫剂利用效率高等优势,但运行成本高、抗负荷波动能力差。

2.3干法脱硫(SDS法)

干法烟气脱硫工艺是脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行的烟气脱硫工艺。干法烟气脱硫工艺具有无废水排放、设备腐蚀小、脱硫过程温降小、投资省和占地小等优点,但存在脱硫效率低、脱硫反应速度慢等缺点,适用于含硫量不高、烟气量较少的烟气脱硫处理。

3、干熄焦烟气脱硫工艺

考虑烟气脱硫方法的优缺点,结合干熄焦烟气特点,采用钠基SDS法和CFB法相结合的工艺流程,确保干熄焦烟气脱硫能够满足国家要求的排放标准。钠基SDS法脱硫工艺将高效脱硫剂(20~25μm碳酸氢钠粉末)均匀喷射在管道内,NaHCO3受热分解为Na2CO3、H2O和CO2,比表面积迅速增大,其中Na2CO3与反应水相结合作为脱硫剂与烟气中SO2发生反应,达到脱硫目的。

钠基SDS法脱硫工艺具有工艺流程简单、运行阻力小、投资省、占地小、无废水和抗负荷波动能力强等优点。

在干熄焦进行装焦时,有大量含尘及SO2烟气(200℃)逸散到空气中污染环境。装入装置处设置集尘罩将逸散的烟气导入袋式除尘器内,并在除尘管道上设置两个喷射点喷入脱硫剂(NaHCO3)。因此,可以保证装焦时的烟气得到净化处理。

循环风机出口常用放散处的烟气含硫浓度最大,温度为130℃左右,低于脱硫剂的最佳反应温度(180~220℃)。为保证脱硫效果须将常用放散烟气由热管换热器前引出,烟气温度可达到170℃。对于含硫浓度最高的常用放散烟气采用CFB法进行脱硫处理,通过烟气以及脱硫剂的多次循环,可以实现高效脱硫。排焦处烟气中SO2浓度满足国家排放标准要求,无需进行脱硫处理。

4结论

(1)综合考虑多家干熄焦烟气中SO2浓度测定值,确定装焦处SO2浓度为858mg/m3、循环风机出口常用放散处SO2浓度为128.4mg/m3、排焦处SO2浓度为55mg/m3。

(2)对比分析湿法、半干法、干法三种处理含硫烟气方法的优缺点,确定湿法脱硫适用于大型燃煤火电机组烟气脱硫;半干法烟气脱硫较为适用于中低硫的烟气治理;干法烟气脱硫适用于含硫量不高、烟气量较少的烟气脱硫处理。

(3)综合烟气脱硫方法的优缺点,结合干熄焦烟气特点,确定采用钠基SDS法和CFB法相结合的工艺流程处理干熄焦烟气。

延伸阅读:

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