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图5中,吸附反应塔为错流移动床,在床内活性焦和烟气错流接触,活性焦分为三层,各层的颗粒下落速度和停留时间不同,以实现脱硫脱硝。实践中,通过与太钢、住友交流,了解到,当烟气SO2浓度超过2500mg/Nm3时,住友技术难以满足排放要求及保证系统安全。
当前,钢企为降低生产成本,大量采用低价、高硫铁矿生产烧结矿、球团矿,烟气SO2浓度高达4000mg/Nm3;攀枝花钢铁、包头钢铁因为矿粉原因,烟气SO2浓度更高,这就对脱硫技术提出更高要求。因此,研发双级移动床错流吸附塔,如图6所示。
图6中,双级移动床吸附塔,随入口SO2浓度波动,净化后出口SO2浓度统计值如图7所示。
图7表明,双级吸附塔可适应SO2浓度的波动,当入口SO2浓度>4000mg/Nm3时,出口排放浓度始终达标。在烟气条件确定的情况下,通过双级吸附塔调整烟气和活性焦的接触时间,以及低浓度期间蓄积的过量活性焦硫容来处理高浓度冲击峰。
双级串联的吸附塔,实现先脱硫后脱硝,在保证较高的脱硫效率情况下,同时,脱硝效率达到50%以上。相比于太钢烧结活性焦干法烟气治理装置,活性焦利用率高,烟气治理系统循环量下降,活性焦损耗量低。活性焦再生能耗低,系统更节能。系统阻力低(吸附塔、解析塔全系统阻力不高于3000Pa)。所有设备均国产化,系统投资低,系统安全,装置可靠性强,设备维护费用低。
4技术比较与经济分析
技术特征和经济成本是影响技术工业应用和产业化推广的重要因素,太钢(集团)公司从日本住友引进活性炭干法技术,一次性投资昂贵;因此,一次性投资成为活性焦技术在国内推广的巨大障碍。双级吸附塔,与日本住友技术比较,如表7所示。
对比项目住友技术双级吸附塔技术来源进口技术和设备,投资高自主研发,投资费用降低近40%运行费用活性焦利用率低,运行费用高通过对系统和设备的优化,活性焦的利用率提高,系统循环量降低,再生所需能耗降低,活性焦的磨损消耗量也降低,运行费用降低约1/3综合治理五位一体综合脱除,脱硝效率40%左右在五位一体的基础上,通过对系统和设备的优化,提高活性焦的催化功能,脱硝效率50%以上系统安全SO2浓度<2500mg/Nm3浓度以下运行稳定,难处理超过3000mg/Nm3浓度烟气采用密封卸料器结合氮气气封,隔绝空气,并有氮气、蒸汽和水三级应急措施;采用惰性气体作为换热介质,并设计氧浓度报警,系统安全在首钢京唐球团烟气治理项目确定工艺前,对MgO湿法、SDA半干法与活性焦干法技术进行了运行成本趋势比较,如图8所示。
由图8看出,与MgO湿法、SDA半干法相比,活性焦干法技术一次性投资还是要高,但后期装置的维修费、综合运行费活性焦干法技术更具优势。活性焦干法技术累计运行费曲线斜率较小,经过2年以后,运行费用低于MgO湿法和SDA半干法;随着年份增加,差距会越来越大,活性焦综合治理技术的优势体现得更加明显。
5结论
(1)鉴于首钢京唐烧结脱硫的教训及太钢烧结烟气治理的成功经验,首钢京唐球团烟气治理采取活性焦干法技术。烟气净化设计参数,SO2外排浓度≤50mg/Nm3,NOx外排浓度≤200mg/Nm3,远低于国标及河北省标,副产品将实现1046万~1784万元/年收益。
(2)管道内烟气均匀分布Fluent软件研究表明,6个吸附塔单元烟气流量差异最大值为4.939%,在允许范围内。吸附塔内烟气均匀分布Fluent软件研究表明,整个塔内烟气均匀。双级吸附塔可适应SO2浓度的波动,在保证较高的脱硫效率情况下,同时,脱硝效率达到50%以上。
(3)与日本住友技术比较,研发的双级吸附塔,不仅脱除效率高,而且一次性投资、运行费用低。与MgO湿法、SDA半干法相比,活性焦干法具有广阔的发展和应用前景。
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