高宏亮

(河北航天環(huán)境工程有限公司 北京 100072)

0 引言

石灰作為工業(yè)生產(chǎn)的重要輔料，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、建材等諸多行業(yè)，高品質(zhì)的活性石灰主要應(yīng)用于煉鋼、燒結(jié)及電石行業(yè)。石灰窯在煅燒過程中產(chǎn)生的顆粒物/粉塵已基本得到治理，但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升，其NOx、SOx等的治理也逐漸被提上了日程[1]。鑒于石灰窯煙氣脫硝治理目前在國內(nèi)屬于起步階段，本文介紹一種新型的石灰窯煙氣治理工藝——SDS干法脫硫+布袋除塵脫硝一體化技術(shù)，希望能對石灰窯煙氣治理起到一定的借鑒作用。

1 技術(shù)簡介及工藝流程

SDS干法脫硫[2]采用小蘇打(NaHCO3)作為脫硫劑，研磨后的細(xì)粒度小蘇打(NaHCO3，D90<20 μm)通過配套風(fēng)機(jī)送入SDS脫硫反應(yīng)器，在溫度大于140 ℃的環(huán)境下，NaHCO3會分解生成Na2CO3、H2O和CO2。生成的Na2CO3表面形成微孔結(jié)構(gòu)，猶如爆開的爆米花，具有更大的晶界作用區(qū)。同時，新生成的Na2CO3具有高度的反應(yīng)活性，通過化學(xué)吸附可以脫除煙氣中的SOx、HCl等酸性污染物。

催化布袋除塵脫硝一體化技術(shù)是將表面過濾與催化反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)，在一個裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)塵和NOx的同步去除。對于改造項(xiàng)目，可以充分利用現(xiàn)有布袋除塵裝置，將原有除塵濾袋更換為具有除塵脫硝功能的催化濾袋即可。

工藝流程如圖1所示，袋裝脫硫劑小蘇打(NaHCO3，D50<200 μm)由電動葫蘆送至筒倉頂部，借助筒倉上方的開袋器將粗顆粒小蘇打倒入筒倉內(nèi)。筒倉內(nèi)的粗顆粒小蘇打通過筒倉底部的螺旋給料機(jī)定量地將粗顆粒小蘇打送至小蘇打磨機(jī)；通過磨機(jī)的研磨，粗顆粒小蘇打被研磨成細(xì)粒度小蘇打(D90<20 μm)；最后經(jīng)磨機(jī)配套風(fēng)機(jī)送至SDS脫硫反應(yīng)器入口的煙道處。

從氨水儲罐來的濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%)通過供氨泵送去氨水蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行氣化，當(dāng)氨水蒸發(fā)器內(nèi)的氣氨達(dá)到一定壓力后，進(jìn)入稀釋風(fēng)機(jī)出口管道上的靜態(tài)混合器；在該靜態(tài)混合器內(nèi)，氣氨與稀釋風(fēng)機(jī)送來的稀釋風(fēng)進(jìn)行混合，同時NH3質(zhì)量分?jǐn)?shù)被降至5%～10%；然后被送至除塵脫硝反應(yīng)器進(jìn)口煙風(fēng)道內(nèi)的噴氨格柵。

從石灰窯預(yù)熱器出來的高溫?zé)煔饨?jīng)冷風(fēng)調(diào)節(jié)溫度后(控制在210～240 ℃)首先進(jìn)入SDS脫硫反應(yīng)器脫除其中SO2、HCl等酸性氣體；然后進(jìn)入除塵脫硝反應(yīng)器。在除塵脫硝反應(yīng)器內(nèi)，安裝有除塵脫硝一體化催化濾袋；煙氣在穿越催化濾袋的過程中依次實(shí)現(xiàn)除塵和脫硝兩個過程。為保證除塵和脫硝的正常運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)采用脈沖清灰，采用壓縮空氣定期對濾袋進(jìn)行吹掃；煙氣中的NOx在催化濾袋的作用下被噴氨格柵送入的NH3還原成N2和H2O。凈化后的煙氣(約210 ℃)在主引風(fēng)機(jī)的作用下送去煙囪排放。

1—小蘇打儲料筒；2—小蘇打磨機(jī)；3—磨機(jī)配套風(fēng)機(jī)；4—SDS脫硫反應(yīng)器；5—氨水罐車；6—卸氨泵；7—氨水儲罐；8—供氨泵；9—氨水蒸發(fā)器；10—稀釋風(fēng)機(jī)；11—管道靜態(tài)混合器；12—噴氨格柵；13—煙道靜態(tài)混合器；14—除塵脫硝反應(yīng)器；15—主引風(fēng)機(jī)；16—氨氣吸收罐

2 技術(shù)優(yōu)勢

(1)SDS干法脫硫在脫除煙氣中SO2的同時不會降低煙氣溫度，既降低了低溫時硫酸鹽對脫硝催化劑的影響，又可保證脫硝合適的溫度窗口。

(2)可充分利用原布袋除塵器相關(guān)裝置，改造工程量小，窯爐停爐時間短(約10 d)；改造后的系統(tǒng)阻力幾乎不變，無需更換/改造原引風(fēng)機(jī)；有利于現(xiàn)有石灰窯爐煙氣治理的改造升級。

(3)催化濾袋功能集合，一體化除塵、脫硝、除氨、脫二噁英，系統(tǒng)簡單，占地面積小,對于場地緊張的項(xiàng)目更具優(yōu)勢。

(4)濾袋工作原理為先除塵再脫硝，保證了濾袋的脫硝性能和使用壽命。

(5)能夠適用于溫度為200～250 ℃中低溫?zé)煔獾拿摿虺龎m脫硝治理，凈化效果好，投資和運(yùn)行成本較經(jīng)濟(jì)。

3 工藝設(shè)計說明

該工藝主要包括煙氣系統(tǒng)、脫硫劑儲存/研磨/供給系統(tǒng)、SDS干法脫硫系統(tǒng)、氨水儲存/供給系統(tǒng)、氨水蒸發(fā)系統(tǒng)、稀釋風(fēng)及氨混系統(tǒng)、氨噴射及混合系統(tǒng)、布袋除塵脫硝一體化系統(tǒng)、地坑系統(tǒng)和自控系統(tǒng)等。其中，氨水儲存/供給系統(tǒng)、氨水蒸發(fā)系統(tǒng)、稀釋風(fēng)及氨混系統(tǒng)和氨噴射及混合系統(tǒng)等同傳統(tǒng)SCR工藝，此處不再贅述。

3.1 煙氣系統(tǒng)

SDS干法脫硫工藝需要的溫度窗口是140 ℃以上，除塵脫硝一體化工藝需要的溫度窗口是200～250 ℃，為了保證煙氣溫度均滿足脫硫工藝和除塵脫硝一體化工藝，工藝設(shè)計中可將煙氣溫度控制在200～250 ℃。

對于石灰回轉(zhuǎn)窯而言，從預(yù)熱器出來的煙氣溫度通常在260～290 ℃，通過調(diào)整進(jìn)入煙道內(nèi)的冷風(fēng)量可將煙氣溫度控制在200～250 ℃。而對于石灰豎窯而言，豎窯出口的煙氣溫度偏低，通常是90～120 ℃[3]。為了滿足上述工藝的溫度窗口，需要在工藝設(shè)計中增設(shè)煙氣補(bǔ)燃系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)。

3.2 SDS干法脫硫系統(tǒng)

此部分的核心設(shè)備是SDS脫硫反應(yīng)器。脫硫反應(yīng)器可設(shè)成套筒式結(jié)構(gòu)，也可設(shè)計成U型結(jié)構(gòu)。為了保證脫硫效果和降低運(yùn)行阻力，脫硫反應(yīng)器的設(shè)計依據(jù)CFD流場模擬進(jìn)行，并保證煙氣在其內(nèi)的停留時間大于2 s，阻力均控制在300 Pa以內(nèi)。

3.3 布袋除塵及脫硝一體化系統(tǒng)

本系統(tǒng)的主要裝置是裝有除塵脫硝一體化功能的濾袋的除塵器。對于改造項(xiàng)目，除塵器在原除塵器基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，只要將原來的濾袋更換為除塵脫硝一體化催化濾袋即可。

(1)除塵脫硝一體化催化濾袋。催化濾袋通常包含內(nèi)外兩層，外層為高精度過濾層(除塵)，內(nèi)層為搭載催化劑的催化層(脫硝)。該濾袋根據(jù)不同需求，其長度可以定制(最長可達(dá)10 m)。催化濾袋由玻璃纖維制作，表面附有PTFE薄膜；再經(jīng)過浸漬獨(dú)有的高效催化劑制作而成。

(2)除塵脫硝凈化機(jī)理。如圖2所示，煙氣由外向內(nèi)流經(jīng)催化濾袋，煙氣中的塵及有害的堿性金屬被濾袋表面的濾餅攔截過濾，含有NOx的干凈煙氣與還原劑在催化層內(nèi)的催化劑作用下，NOx被分解成N2和H2O。

圖2 除塵脫硝催化濾袋煙氣凈化示意

3.4 自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)設(shè)計為“自動”和“手動”兩種操作方式。重要的工藝參數(shù)，如進(jìn)出口煙氣參數(shù)、小蘇打研磨量、SDS脫硫反應(yīng)器進(jìn)出口溫度/壓差、氨區(qū)緊急噴淋、氨水儲罐溫度/液位、氨水蒸發(fā)器控制參數(shù)、氨水供給量、布袋除塵脫硝反應(yīng)器進(jìn)出口溫度/壓差等引至控制室進(jìn)行集中顯示、記錄、報警和控制；次要的或不需要頻繁操作的工藝參數(shù)采用現(xiàn)場巡視的方式控制。

4 工程實(shí)例

濰坊市某鋼廠一座800 t/d石灰回轉(zhuǎn)窯，目前煙氣治理已裝有布袋除塵器，出口煙氣：煙塵質(zhì)量濃度<10 mg/m3，SO2質(zhì)量濃度<20 mg/m3。為滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，計劃對煙氣治理進(jìn)行升級改造，增設(shè)脫硝裝置。根據(jù)現(xiàn)場情況，選用布袋除塵脫硝一體化工藝，相關(guān)設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 800 t/d石灰窯煙氣除塵脫硝設(shè)計參數(shù)

項(xiàng)目于2020年4月30日完成項(xiàng)目竣工驗(yàn)收，項(xiàng)目試運(yùn)行和環(huán)保檢測結(jié)果顯示：除塵脫硝反應(yīng)器進(jìn)口NOx質(zhì)量濃度在500～800 mg/m3、粉塵質(zhì)量濃度在30 g/m3的情況下，煙囪檢測口處的NOx質(zhì)量濃度可穩(wěn)定運(yùn)行在60 mg/m3以下，粉塵質(zhì)量濃度也基本穩(wěn)定在3 mg/m3以下，脫硝效率和除塵效率分別為88%～92.5%和99.99%，優(yōu)于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用如表2所示。

表2 800 t/d石灰窯煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

截至2020年9月，布袋除塵脫硝一體化設(shè)施同機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到99%以上。從煙氣在線監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，其凈化后的煙氣NOx和煙塵平均排放質(zhì)量濃度分別為75 mg/m3、3.24 mg/m3，穩(wěn)定滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

SDS干法脫硫+布袋除塵脫硝一體化技術(shù)很好地解決了石灰窯煙氣脫硫除塵脫硝的問題，系統(tǒng)簡單、占地面積小、投資小和運(yùn)行成本低，可保證持續(xù)、穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)運(yùn)行，適用于我國石灰窯煙氣治理的技術(shù)及裝備。