技術論壇

90萬噸焦爐煙氣脫硫脫硝工程技術方案

2019/03/25

90萬噸焦爐煙氣脫硫脫硝工程技術方案

時間:2019-03-08 11:04

來源:《環境與發展》

作者:楊文明 張小軍等

摘要:本文以90萬噸焦爐煙氣脫硫脫硝工程技術方案為例,同時主要從工藝原理、工藝流程、設計焦爐燃燒廢氣排放指標、主要設備參數及工藝特點等五個方面進行了詳細的論述,從而進一步提高脫硫脫硝工程的技術實施.

焦爐廢氣中的低溫NOx處理技術還屬于本世界技術難題,嚴峻的環保壓力迫使焦化企業又不得不面對NOx的排放控制。尋求一種合理的解決方案很有必要。旋轉噴霧半干法(鈉法)脫硫+ 除塵脫硝一體化已成功運用于寶鋼湛江鋼鐵焦化項目(2015年11月)。本次工藝采用“旋轉噴霧半干法(鈣法)脫硫+ 除塵脫硝一體化”整體技術工藝,以期對其技術進行優化,為國內煤焦化行業焦爐煙氣治理提供參考。

1 工藝原理

1.1 SDA 塔半干法脫硫原理

原煙氣通過煙氣分布器進入SDA 塔,煙氣中的二氧化硫在脫硫塔中與細小的石灰漿液(平均液滴直徑50μm)發生化學反應,煙氣中的酸性組分迅速被細小的研發液滴中和。氫氧化鈣粉顆粒同H2O 、SO2、H2SO3 反應生成干粉產物,整個反應分為氣相、液相和固相三種狀態反應,反應步驟及方程式如下:

⑴ SO2 被液滴吸收 SO2( 氣)+H2O → H2SO3( 液)

⑵吸收的SO2 同溶液的吸收劑消石灰粉反應生成亞硫酸鈣

Ca(OH)2( 液)+H2SO3( 液) → CaSO3( 液)+2H2O

Ca(OH)2( 固)+H2SO3( 液) → CaSO3( 液)+2H2O

⑶液滴中CaSO3 達到飽和后,即開始結晶析出

CaSO3( 液) → CaSO3( 固)

⑷部分溶液中的CaSO3 與溶于液滴中的氧反應,氧化成硫酸鈣

CaSO3( 液)+1/2O2( 液) → CaSO4( 液)

1.2 脫硝原理

脫硝系統以氨(NH3)為還原劑,在低溫 SCR催化劑作用下與煙氣中的 NOX反應,生成 N2 和 H2O,實現 NOX 脫除,并控制NH3 的逃逸率。煙氣中 90%以上 NOx 是以 NO形式存在。NH3選擇性地和 NOX 反應生成無二次污染的 N2和H2O隨煙氣排放。

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2 工藝流程

原煙氣通過煙氣分布器進入SDA 塔,煙氣中的酸性組分迅速被細小的研發液滴中和。同時,其中的水分也被蒸發,一部分干燥產物,包括飛灰和吸收反應產物,落入吸收塔底部,進入粉塵輸送系統。塔內反應完成的煙氣進入布袋除塵器,固體顆粒被收集下來。

完成脫硫和除塵后的煙氣溫度控制在180-200℃。進入除塵脫硝一體化裝置,煙氣在除塵脫硝一體化裝置內先經布袋除塵,除塵后的煙氣與噴氨裝置加入的還原劑(氨氣)充分混合?;旌虾蟮臒煔膺M入脫硝催化劑層,在催化劑作用下發生脫硝反應,脫除 NOX;凈化后的潔凈煙氣經過煙囪排放。在除塵脫硝一體化裝置旁設置煤氣熱風爐,定期對催化劑進行在線加熱,可實現催化劑的活性再生。

3 設計焦爐燃燒廢氣排放指標

廢氣處理后符合《煉焦化學工業污染物排放標準》中表6“大氣污染物特別排放限值要求”。顆粒物15 mg/m3、SO230 mg/m3、NOX150 mg/m3。

4 主要設備參數

4.1 風機系統

主風機采用變頻離心風機,既能滿足焦爐加熱吸力調整要求,又可以達到節能目的。

4.2 脫硫脫硝系統

脫硫脫硝系統包括:脫硫塔單元、制漿單元、循環漿液單元、脫硝除塵一體化單元、氮氣單元組成。

脫硫反應塔主要設計參數如下:

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制漿單元及循環漿液單元由粉倉、振動裝置、計量螺旋給料機、消化罐、漿液罐、漿液泵、輸灰接口、壓縮空氣快速接口等組成。

脫硝系統由脫硝除塵一體化設備單元、熱風爐單元、氨氣單元組成。低溫SCR 催化劑使用壽命為24000 時,設計脫硝效率不小于85%。煙氣熱風爐根據運行情況每年再生1 次,每次再生時間約10h/ 倉。脫硝系統技術參數如下:

氨氣單元由氨汽化器、稀釋風機、氨氣/ 煙氣混合氣組成,氨水槽內氨水泵送氨汽化器蒸發為氨汽,經外線管道送至氨氣/ 煙氣混合器;稀釋風機將主風機后潔凈煙氣送氨氣/ 煙氣混合器將兩者充分混合,導入脫硝反應器內。

5 工藝特點

工藝特點如下:

(1)粘有焦油等黏性物的顆粒物從焦爐煙氣中清除,從而有效地保護脫硝催化劑,保證系統能夠長期、穩定、安全地運行。(2)當焦爐進行加熱換向時,煙氣量及煙氣中的二氧化硫、氮氧化合物、粉塵濃度均有波動,本方案采用的脫硫脫硝處理工藝具有很強的自適應能力,可以滿足不同工況污染物濃度的焦爐煙氣處理需求。(3) 脫硝前除塵,減少煙氣中的粉塵在通過脫硝催化劑層時對催化劑表面的磨損,可以有效延長脫硝催化劑的使用壽命,減少脫硝催化劑的用量,同時可省略傳統意義上的催化劑清灰系統。(4) 采用除塵脫硝噴氨熱解一體化結構形式,利用除塵濾袋過濾層和均流結構體的均流作用,實現煙氣在脫硝催化劑橫截面上的均布,使煙氣速度場、溫度場分布更加均勻,進一步提高脫硝效率。(5)煙氣經高效低溫降脫硫器進入脫硝裝置,可有效抑制在脫硝過程硫酸氫銨的生成量,防止硫酸氫銨在煙氣溫度降低到230℃以下時凝結黏附在催化劑表面,降低脫硝催化劑脫硝效率。(6)“旋轉噴霧半干法(鈣法)脫硫+ 除塵脫硝一體化”工藝產生的固體廢物主要成分為CaSO3、CaSO4 等無毒物質,不會對環境造成危害。脫硫灰的堿性和硬結性對防止堆放場地下水污染有極大幫助。相比“旋轉噴霧半干法(鈉法)脫硫+ 除塵脫硝一體化”產生的鈉鹽,環境更友好。

6 結束語

焦爐燃燒廢氣采用“旋轉噴霧半干法(鈣法)脫硫+ 除塵脫硝一體化”工藝脫硫脫硝在攻克低溫脫硝難題的基礎上環境更友好,整套流程無廢水產生,脫硫副產物有廣泛的綜合綜合利用途徑,煙氣處理指標符合《煉焦化學工業污染物排放標準》中表6“大氣污染物特別排放限值要求”。項目實施在全國焦化行業環保治理領域具有里程碑意義。

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