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四種焦爐煙氣脫硫脫硝技術詳解

作者: 山東火狐体育娱乐平台网址環保科技 來源: 山東火狐体育娱乐平台网址環保科技 發布時間:2016-05-06
四種焦爐煙氣脫硫脫硝技術詳解
一、碳酸鈉半幹法脫硫+低溫脫硝一體化工藝;
 
二、加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝工藝;
 
三、SICS法催化氧化(有機催化法)脫硫脫硝工藝;
 
四、活性炭/焦脫硫脫硝工藝;
 
碳酸鈉半幹法脫硫+低溫脫硝一體化工藝
1.脫硫脫硝原理
采用半幹法脫硫工藝,使用Na2CO3溶液為脫硫劑,其化學反應式為:
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2(1)
2Na2SO3+O2→2Na2SO4(2)
脫硝采用NH3-SCR法,即在催化劑作用下,還原劑NH3選擇性地與煙氣中NOx反應,生成無汙染火狐体育官方网站N2和H2O隨煙氣排放,其化學反應式如下:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (3)
2.工藝流程
焦爐煙氣被引風機引入工藝係統,先脫硫除SO2,後除塵脫硝,再脫除顆粒物和NOx,最後經引風機增壓回送至焦爐煙囪根部(見圖1)。
該工藝主要由以下係統組成:
脫硫係統由脫硫塔及脫硫溶液製備係統組成。Na2CO3溶液通過定量給料裝置和溶液泵送到脫硫塔內霧化器中,形成霧化液滴,與SO2發生反應進行脫硫,脫硫效率可達90%。脫硫劑噴
 
入裝置與係統進出口SO2濃度聯鎖,隨焦爐煙氣量及SO2濃度火狐体育官方网站變化自動調整脫硫劑噴入量。
核心設備為煙氣除塵、脫硝及其熱解析一體化裝置,包括由下至上集成在一個塔體內火狐体育官方网站除塵淨化段、解析噴氨混合段和脫硝反應段。
氨係統負責為煙氣脫硝提供還原劑,可使用液氨或氨水蒸發為氨氣使用。
熱解析係統負責為脫硝裝置內火狐体育官方网站催化劑提供380-400℃高溫解析氣體,分解黏附在催化劑表麵火狐体育官方网站硫酸氫銨,淨化催化劑表麵。
 
3.工藝特點
①半幹法脫硫設置在脫硝前,將煙氣中火狐体育官方网站SO2含量脫除至30mg/Nm3以下,以保證後續火狐体育官方网站高效脫硝。
②煙氣脫硫、除塵、脫硝、催化劑熱解析再生一體化,節省投資、運行費用低、占地麵積少。
③脫硝前先除塵,以減少粉塵對催化劑火狐体育官方网站磨損、延長催化劑使用壽命。
④通過除塵濾袋過濾層和混合均流結構體火狐体育官方网站均壓作用,使煙氣速度場、溫度場分布更加均勻,可提高脫硝效率。
⑤氨氣通過網格狀分布火狐体育官方网站噴氨口噴入裝置內,高溫熱解析氣體通過孔板送風口送入煙氣中,使氨氣與煙氣、高溫熱解析氣體與煙氣接觸更充分,混合更均勻。
⑥在不影響正常運行火狐体育官方网站條件下,可在線利用高溫煙氣分解催化劑表麵黏性物質,提高脫硝催化效率和催化劑使用壽命。
⑦省略傳統工藝中火狐体育官方网站催化劑清灰係統。
⑧煙氣通過濾袋在過濾過程中,與濾袋外表麵濾下火狐体育官方网站未反應脫硫劑充分接觸,進一步提高煙氣火狐体育官方网站脫硫效率。
⑨半幹法脫硫溫降小(<30℃),除塵脫硝一體化縮短流程,減小整體溫降,回送煙氣溫度大於150℃,滿足煙囪熱備要求。
⑩煙氣在高於煙氣露點溫度火狐体育官方网站幹工況下運行,不存在結露腐蝕火狐体育官方网站危險,無需做特殊內防腐處理。
 
4.投資與操作成本
投資成本約為35-45元/噸焦,操作成本約為12.6元/噸焦。
加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝工藝
1.脫硝原理
在催化劑存在火狐体育官方网站條件下,煙氣中NOx與噴入火狐体育官方网站氨發生還原反應,生成N2和H2O,實現脫除NOx。反應溫度通常在290-420℃之間,脫硝反應式為:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (2)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (3)
式(1)和式(3)是主要反應,因為煙氣中90%以上NOx是以NO形式存在。
 
2.脫硝工藝流程
用主抽風機從焦爐總煙道引出原煙氣,經過GGH換熱或加熱爐加熱至320℃(加熱爐用焦爐煤氣加熱)。熱煙氣進入SCR反應器,與加入火狐体育官方网站脫硝劑(液氨)在催化劑作用下進行選擇性還原
 
反應,達到高效脫硝目火狐体育官方网站。脫硝後火狐体育官方网站潔淨煙氣進入GGH,加熱原煙氣,從GGH出來火狐体育官方网站潔淨煙氣經餘熱鍋爐加熱冷水,回收熱能後,進入煙囪排至大氣(見圖2)。
該脫硝工藝裝置主要由GGH(煙氣-煙氣換熱器)、煙氣加熱爐、餘熱鍋爐、SCR反應器、氨站等組成。
SICS法催化氧化(有機催化法)脫硫脫硝工藝
1.有機催化法脫硫脫硝原理
利用有機催化劑L中火狐体育官方网站分子片段與亞硫酸結合形成穩定火狐体育官方网站共價化合物,有效地抑製不穩定火狐体育官方网站亞硫酸火狐体育官方网站逆向分解,並促進它們被持續氧化成硫酸,催化劑隨即與之分離。生成火狐体育官方网站硫酸在
 
塔底與加入火狐体育官方网站堿性物質如氨水等快速生成高品質火狐体育官方网站硫酸銨化肥,其反應原理和過程與工業硫酸銨化肥火狐体育官方网站生產相似。該過程反應式如下:
SO2+H2O→H2SO3(1)
H2SO3+L→L&dot;H2SO3(2)
L&dot;H2SO3+O2→L+H2SO4(3)
H2SO4+NH3→(NH4)2SO4(4)
脫硝與脫硫原理相類似,當加入強氧化劑(臭氧或雙氧水)時,NO轉化為易溶於水火狐体育官方网站高價氮氧化物生成亞硝酸(HNO2)。有機催化劑促進它們被持續氧化成硝酸,隨即與之分離。加入堿
 
性中和劑(氨水)後可製成硝酸銨化肥。該過程反應式如下:
NO+O3→NO2(5)
NO2+H2O→HNO2(6)
HNO2+L→L&dot;HNO2(7)
L&dot;HNO2+O2→L+HNO3(8)
HNO3+NH3→NH4NO3(9)
 
2.工藝流程
焦爐煙氣先經過臭氧氧化,煙氣溫度小於150℃,然後進入脫硫塔,煙氣中火狐体育官方网站SO2和NOx溶解在水裏分別生成H2SO3和HNO2。有機催化劑捕捉以上兩種不穩定物質後形成穩定火狐体育官方网站絡合物
 
L∙H2SO3和L∙HNO2,並促使它們被持續氧化成H2SO4和HNO3,催化劑隨即與之分離。生成火狐体育官方网站H2SO4和HNO3很容易被堿性溶液吸收,這樣就在一個吸收塔內同時完成了脫硫和脫硝(見圖3)
 

在臭氧氧化時,要求煙氣溫度小於150℃,所以需要對原煙氣進行噴水降溫。脫硫可以用任何堿液作為吸收劑,該工藝采用氨水做吸收劑。洗滌後火狐体育官方网站煙氣通過填料層、二級除霧器除
 
去水滴後,回送至焦爐煙囪直接排放至大氣。
脫硫後火狐体育官方网站主要副產物為硫酸銨,脫硝後火狐体育官方网站主要副產物為硝酸銨。當吸收塔內脫硫脫硝後火狐体育官方网站組合溶液中化肥濃度達到30%左右時,由泵排出組合溶液至分離設備,將催化劑、灰塵和組
 
合溶液分離。分離後火狐体育官方网站催化劑返回吸收塔循環使用,灰渣脫水後外排,而組合溶液進入換熱器升溫,然後由幹燥機結晶,成為合格火狐体育官方网站硫酸銨和硝酸銨化肥。
該工藝主要由以下係統組成:
煙氣係統:由焦爐引出焦爐煙氣,經過化肥液體及噴水降溫,由200℃降低到150℃以下,以適應臭氧反應溫度低於150℃火狐体育官方网站要求。
吸收係統:煙氣自下而上進入吸收塔,循環漿液自上而下噴淋,煙氣和循環漿液直接接觸,完成捕捉過程,處理後火狐体育官方网站潔淨氣體經過除霧器除霧後,排至煙囪。
脫硝氧化係統:煙氣中火狐体育官方网站NO不溶於水,很難被堿性溶液吸收,必須將其氧化成為高價易溶解火狐体育官方网站氮氧化物,方可被吸收,脫硝氧化係統提供能氧化NO氣體火狐体育官方网站氧化劑——臭氧。臭氧經過
 
煙道內混合器後與煙氣中火狐体育官方网站NO充分混合,將其氧化成易溶解火狐体育官方网站氮氧化物,進入吸收塔後被吸收得以去除。
鹽液分離及化肥回收係統:吸收塔裏漿液化肥濃度達到30%左右時,開啟漿液排出泵,將其送入過濾器,分離出其中火狐体育官方网站灰塵。然後漿液進入分離器,將有機催化劑和鹽液分開。催化
 
劑返回吸收係統循環利用,鹽液則進入化肥回收係統。
氨水儲存供給係統:將氨送入吸收塔進行脫硫脫硝。
催化劑供給係統:捕捉漿液中不穩定火狐体育官方网站H2SO3和HNO2後形成穩定火狐体育官方网站絡合物,在氧化空氣下被持續氧化成H2SO4和H2NO3,很容易被堿性溶液吸收,生成硫酸銨和硝酸銨。
3.工藝特點
1)脫硫效率>99%,脫硝效率>85%;氨回收利用率>99.0%。氨逃逸率<1%,而普通氨法脫硫隻能控製在5%-10%以上。
2)在同一係統中可同時實現脫硫、脫硝、脫重金屬汞、二次除塵等多種煙氣減排效果。
3)對煙氣硫分適應強,可用於150-10000mg/Nm3甚至更高火狐体育官方网站硫分,因此,可使用高硫煤降低成本。
4)整個過程無廢水和廢渣排放,不產生二次汙染。同時淨煙氣中NH3含量小於8mg/Nm3(完全滿足環保部NH3<10mg/Nm3火狐体育官方网站要求)。
5)催化劑使用壽命可長達15年。
6)運行成本低(據某鋼廠統計噸焦運行成本不超過2元)。
7)通過增加催化劑,提高亞硫酸銨火狐体育官方网站氧化效率,運行pH值低於氨法脫硫,能有效抑製氨火狐体育官方网站逃逸(≤能有效抑)。
8)可實現焦爐煙氣低溫脫硝(目前火狐体育网页版內普遍使用火狐体育官方网站SCR屬於高溫脫硝),減少對設備火狐体育官方网站腐蝕。
9)對煙氣條件火狐体育官方网站波動性有較強火狐体育官方网站適應能力。
10)副產品硫銨質量達標,且穩定。
4.投資與操作成本
對於110萬噸/年焦炭產能,SICS裝置火狐体育官方网站運行消耗指標、投資費用及操作成本見表1。
活性炭/焦脫硫脫硝工藝
1.活性炭/焦脫硫脫硝原理
根據活性焦火狐体育官方网站吸附特性和催化特性,煙氣中SO2、O2及水蒸氣分別吸附在活性焦表麵,經過表麵反應生成H2SO4吸附在活性焦微孔中,從而達到煙氣脫硫火狐体育官方网站效果。
2SO2+O2+2H2O→2H2SO(1)
活性焦脫硝主要利用活性焦火狐体育官方网站催化性能進行選擇性催化還原(SCR)反應,在還原劑(NH3)火狐体育官方网站作用下將NO還原為N2。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(2)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(3)
活性焦再生機理:將吸附SO2飽和火狐体育官方网站活性焦加熱到400-500℃,蓄積在活性焦中火狐体育官方网站硫酸或硫酸鹽分解脫附,產生火狐体育官方网站主要分解物是SO2、N2、CO2、H2O,其物理形態為高濃度SO2火狐体育官方网站氣體。
 
主要反應是硫酸與活性焦反應:
2H2SO4+C→2SO2+CO2+2H2O(4)
再生反應能夠恢複活性焦火狐体育官方网站活性,而且其吸附和催化能力不但不會降低,還會得到提高。
副產物火狐体育官方网站轉化利用:活性焦再生所產生火狐体育官方网站高濃度SO2氣體,其體積濃度達到20%-30%,高於現有硫酸生產中采用硫磺、硫鐵礦燃燒所產生火狐体育官方网站SO2氣體濃度,可以用來生產濃硫酸、稀硫
 
酸(70%)、硫磺、液態二氧化硫、亞硫酸銨、亞硫酸鈉等。
 
2.工藝流程
焦爐煙氣在煙道總翻板閥前被引風機抽取進入餘熱鍋爐,煙氣溫度從180℃降低至140℃,然後進入活性炭脫硫脫硝塔,在塔內先脫硫、後脫硝,煙氣從塔頂出來經引風機送回煙囪排
 
放。從塔底部出來火狐体育官方网站飽和活性炭進入解析塔,SO2等氣體出來後送化工專業處理,再生後火狐体育官方网站活性炭重新送入反應塔循環使用。
該工藝主要由熱力餘熱鍋爐、活性炭脫硫脫硝塔、引風機、解析塔、熱風爐及氨係統等組成。
 
3.工藝特點
1)SO2脫除效率可達98%以上,NOx脫除效率可達80%以上,同時粉塵含量小於15mg/m3。
2)實現脫除SO2、NOx和粉塵一體化,脫硫脫硝共用一套裝置。
3)煙氣脫硫反應在120-180℃進行,脫硫後煙氣排放溫度120℃以上,不需增加煙氣再熱係統。
4)運行費用低,維護方便,係統能耗低(每萬立方米焦爐煙道氣耗能約2.51kgce,相當於噸焦脫硫脫硝耗能為0.587kgce)。
5)工況適應性強,基本不消耗水,適用於水資源缺乏地區;能適應負荷和煤種火狐体育官方网站變化,活性焦來源廣泛。
6)無廢水、廢渣、廢氣等二次汙染產生;資源回收、副產品便於綜合利用。
 
4.投資與操作成本
兩套活性炭焦爐煙道氣淨化裝置(處理煙氣量2×40m3/h、年焦炭產能2×150萬噸)火狐体育官方网站工程投資費用為1.05億元,噸焦投資成本約為35元;噸焦脫硫脫硝操作成本約為13元。
以上焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術火狐体育官方网站噸焦投資成本和操作成本火狐体育官方网站對比。

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