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        焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝技術(shù)路線探討

        2021-03-08 04:53:54余志剛
        關(guān)鍵詞:煙氣工藝系統(tǒng)

        余志剛

        (中鋼集團(tuán)天澄環(huán)??萍脊煞萦邢薰?,武漢430205)

        1 引言

        我國現(xiàn)有800 多家焦化廠,2 000 多座焦?fàn)t,焦炭產(chǎn)能高達(dá)4.5×108t/a,其中多數(shù)焦?fàn)t沒有煙氣余熱利用和脫硫脫硝裝置,不僅大量250~320℃高溫?zé)煔庵苯优欧牛速M(fèi)能源,焦?fàn)t煙道氣中含有的大量SO2和氮氧化合物還會(huì)在大氣中形成酸雨或酸霧,造成環(huán)境污染。目前,焦?fàn)t煙道氣已成為我國主要大氣污染源之一,通過焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝能大幅降低污染物排放,改善大氣質(zhì)量,對(duì)構(gòu)建天藍(lán)水綠美好環(huán)境,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

        2 工藝路線選擇的原則

        焦?fàn)t的脫硫脫硝需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)原則:(1)經(jīng)脫硫脫硝除塵后的煙氣應(yīng)滿足GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的特殊地區(qū)排放限值,排放指標(biāo)如表1 所示。系統(tǒng)年運(yùn)行率:設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率為24h/d,全年運(yùn)轉(zhuǎn)率不低于95%。(2)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)煤氣種類的變換及加熱系統(tǒng)定時(shí)切換,導(dǎo)致的煙氣量及污染物濃度的變化,脫硫脫硝除塵裝置需要滿足各種工況條件。(3)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)為自然通風(fēng)的形式,要求選擇的脫硫脫硝除塵裝置具有獨(dú)立的動(dòng)力源,克服系統(tǒng)自身的阻力。處理裝置故障狀態(tài)時(shí),可以迅速切換至原有煙囪,原有煙囪要始終保持熱備狀態(tài),保證焦?fàn)t的安全生產(chǎn)。(4)焦?fàn)t為連續(xù)生產(chǎn)的工業(yè)窯爐,要求脫硫脫硝除塵裝置故障及維修時(shí)有相應(yīng)的預(yù)案,不影響焦?fàn)t的正常工作。(5)受現(xiàn)場場地的局限性,裝置占地以能布置下且占地小為首選原則。(6)脫硫脫硝除塵脫硫副產(chǎn)物、固廢及廢水均須有相應(yīng)的處理方案。

        表1 煙氣排放指標(biāo)

        3 幾種焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝工藝比較

        3.1 SDS 脫硫+布袋除塵器+中低溫脫硝工藝

        工藝流程說明:焦?fàn)t煙道氣—SDS 脫硫反應(yīng)器脫硫—布袋除塵器除塵—煙氣加熱器—SCR 脫硝反應(yīng)器脫硝—余熱回收鍋爐余熱回收—原煙囪排放。

        技術(shù)優(yōu)點(diǎn):(1)干法脫硫,脫硫劑為碳酸氫鈉,煙氣基本無溫降,能保證煙囪安全熱備狀態(tài);(2)低溫脫硝在脫硫后,煙氣中SO2含量低,催化劑表面不易形成硫酸氫銨,催化劑不易中毒,能保證系統(tǒng)的脫硝效率;(3)脫硫脫硝系統(tǒng)簡單、投資少、阻力低、運(yùn)行費(fèi)用低、占地小;(4)系統(tǒng)不耗水,尤其適合缺水地區(qū);(5)不存在廢水、白煙、腐蝕,無其他環(huán)保敏感熱點(diǎn)問題。

        技術(shù)缺點(diǎn):(1)對(duì)脫硫劑碳酸氫鈉品質(zhì)要求高,來源受限;(2)不適合高濃度SO2,尤其SO2濃度≥500㎎/m3,不宜采用;(3)干法脫硫,氣固反應(yīng),脫硫效率不高,目前最高脫硫效率只能達(dá)到90%;(4)脫硫副產(chǎn)物為NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物,目前產(chǎn)物沒有較好的運(yùn)用前景,只能堆放或填埋,存在固廢的二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2 SDA 半干法+布袋除塵器+中低溫脫硝工藝

        工藝流程:焦?fàn)t煙道氣—SDA 半干法脫硫反應(yīng)器脫硫—布袋除塵器除塵—煙氣加熱器加熱—SCR 脫硝反應(yīng)器脫硝—余熱回收鍋爐余熱回收—原煙囪排放。

        技術(shù)優(yōu)點(diǎn):(1)半干法脫硫,脫硫劑為碳酸鈉,脫硫后溫降20~30℃,能保證煙囪長期處于安全熱備狀態(tài);(2)脫硫效率高能達(dá)到95%以上的效率;(3)低溫脫硝在脫硫后,煙氣中SO2含量低,催化劑表面不易形成硫酸氫銨,催化劑不易中毒,能保證系統(tǒng)的脫硝效率;(4)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定簡單,投資較高,占地適中;(5)不存在廢水、白煙和腐蝕;(6)適應(yīng)負(fù)荷范圍比較廣,運(yùn)行業(yè)績較多。

        技術(shù)缺點(diǎn):(1)脫硫后有小幅溫降,為保證脫硝運(yùn)行窗口,有時(shí)需煙氣加熱,需消耗較多的高爐煤氣或焦?fàn)t煤氣。(2)脫硫副產(chǎn)物為NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物,目前產(chǎn)物沒有較好的運(yùn)用前景,只能堆放或填埋,存在固廢的二次污染的風(fēng)險(xiǎn);(3)相比干法脫硫,投資費(fèi)用會(huì)高,運(yùn)行費(fèi)用適中。

        3.3 活性焦脫硫脫硝工藝

        工藝流程:焦?fàn)t煙道氣—余熱鍋爐降溫—活性焦吸附塔脫硫脫硝—原煙囪排放。活性焦吸附塔內(nèi)雙級(jí)反應(yīng)層同時(shí)進(jìn)行脫硫脫硝。吸附飽和的活性焦通過物料輸送設(shè)備提升至再生塔加熱再生,釋放出高濃度SO2混合氣體。

        技術(shù)優(yōu)點(diǎn):(1)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,脫除效果好,脫硫率可達(dá)99%以上,脫硝率可達(dá)80%;(2)多污染物綜合脫除,系統(tǒng)可模塊化設(shè)計(jì)一次性投入多種回報(bào);(3)干式處理,凈化過程中無廢水、廢渣產(chǎn)生,無二次污染;(4)干法脫硫,排煙溫度高;能保證煙囪長期處于安全熱備狀態(tài);(5)流程簡單,工況適應(yīng)性強(qiáng),維護(hù)檢修量少;(6)SO2能回收,可資源化利用。

        技術(shù)缺點(diǎn):(1)由于是協(xié)同治理,含高濃度的SO2的煙氣治理時(shí),會(huì)影響NOx的脫除效率;(2)由于活性焦空速較低,凈化反應(yīng)器體積偏大;(3)初次裝填活性焦量大,活性焦成本和系統(tǒng)初投資較高;(4)加熱再生造成活性焦損耗和加熱能耗較大。

        3.4 低溫有機(jī)催化超潔凈循環(huán)氨法脫硫脫硝技術(shù)

        工藝流程:焦?fàn)t煙道氣—余熱鍋爐—臭氧發(fā)生器—氨法一體化脫硫脫硝塔內(nèi)—煙氣加熱器和脫白處理—原煙囪排放。脫硫脫硝后副產(chǎn)物硫酸銨和硝酸銨溶液可進(jìn)行提鹽制作化肥。

        技術(shù)優(yōu)點(diǎn):(1)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,脫除效果好,脫硫率可達(dá)95%以上,脫硝率可達(dá)70%;(2)一體化技術(shù),多效減排,在同一反應(yīng)塔實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝和除塵;(3)占地面積小,初期建設(shè)費(fèi)用少,運(yùn)行成本低;(4)副產(chǎn)化肥,無二次污染,無廢水排放,催化劑和水資源循環(huán)使用;(5)常溫脫硝,大大降低了能耗。

        技術(shù)缺點(diǎn):(1)低溫脫硫脫硝,進(jìn)入濕法一體化脫硫脫硝塔前需降溫,為保證煙囪熱備溫度(>130℃)需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱且存在熱備風(fēng)險(xiǎn)。(2)適合于低NOx濃度入口參數(shù)(小于500mg/Nm3),硫銨及硝酸銨需送至焦化廠化產(chǎn)回收產(chǎn)品硫銨車間。

        3.5 工藝對(duì)比

        4 種脫硫脫硝工藝對(duì)比分析如表2 所示。

        表2 4 種脫硫脫硝工藝對(duì)比分析

        4 結(jié)語

        上述幾種脫硫脫硝工藝均已投入工業(yè)運(yùn)行,也都有成功或者在建的市場業(yè)績。脫硫脫硝除塵后的煙氣滿足GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的特殊地區(qū)排放限值要求。實(shí)際選擇中要結(jié)合焦?fàn)t現(xiàn)有工藝情況,結(jié)合實(shí)際情況場地、運(yùn)行費(fèi)用、可靠性、運(yùn)行業(yè)績、副產(chǎn)物的處置等綜合考慮。

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