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90万吨焦炉烟气脱硫脱硝工程技术方案

时间:2019-03-08 11:04

来源:《环境与发展》

作者:杨文明 张小军等

摘要:本文以90万吨焦炉烟气脱硫脱硝工程技术方案为例,同时主要从工艺原理、工艺流程、设计焦炉燃烧废气排放指标、主要设备参数及工艺特点等五个方面进行了详细的论述,从而进一步提高脱硫脱硝工程的技术实施.

焦炉废气中的低温NOx处理技术还属于本世界技术难题,严峻的环保压力迫使焦化企业又不得不面对NOx的排放控制。寻求一种合理的解决方案很有必要。旋转喷雾半干法(钠法)脱硫+ 除尘脱硝一体化已成功运用于宝钢湛江钢铁焦化项目(2015年11月)。本次工艺采用“旋转喷雾半干法(钙法)脱硫+ 除尘脱硝一体化”整体技术工艺,以期对其技术进行优化,为国内煤焦化行业焦炉烟气治理提供参考。

1 工艺原理

1.1 SDA 塔半干法脱硫原理

原烟气通过烟气分布器进入SDA 塔,烟气中的二氧化硫在脱硫塔中与细小的石灰浆液(平均液滴直径50μm)发生化学反应,烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。氢氧化钙粉颗粒同H2O 、SO2、H2SO3 反应生成干粉产物,整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应,反应步骤及方程式如下:

⑴ SO2 被液滴吸收 SO2( 气)+H2O → H2SO3( 液)

⑵吸收的SO2 同溶液的吸收剂消石灰粉反应生成亚硫酸钙

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

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

⑶液滴中CaSO3 达到饱和后,即开始结晶析出

CaSO3( 液) → CaSO3( 固)

⑷部分溶液中的CaSO3 与溶于液滴中的氧反应,氧化成硫酸钙

CaSO3( 液)+1/2O2( 液) → CaSO4( 液)

1.2 脱硝原理

脱硝系统以氨(NH3)为还原剂,在低温 SCR催化剂作用下与烟气中的 NOX反应,生成 N2 和 H2O,实现 NOX 脱除,并控制NH3 的逃逸率。烟气中 90%以上 NOx 是以 NO形式存在。NH3选择性地和 NOX 反应生成无二次污染的 N2和H2O随烟气排放。

1.jpg

2 工艺流程

原烟气通过烟气分布器进入SDA 塔,烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。同时,其中的水分也被蒸发,一部分干燥产物,包括飞灰和吸收反应产物,落入吸收塔底部,进入粉尘输送系统。塔内反应完成的烟气进入布袋除尘器,固体颗粒被收集下来。

完成脱硫和除尘后的烟气温度控制在180-200℃。进入除尘脱硝一体化装置,烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘,除尘后的烟气与喷氨装置加入的还原剂(氨气)充分混合。混合后的烟气进入脱硝催化剂层,在催化剂作用下发生脱硝反应,脱除 NOX;净化后的洁净烟气经过烟囱排放。在除尘脱硝一体化装置旁设置煤气热风炉,定期对催化剂进行在线加热,可实现催化剂的活性再生。

3 设计焦炉燃烧废气排放指标

废气处理后符合《炼焦化学工业污染物排放标准》中表6“大气污染物特别排放限值要求”。颗粒物15 mg/m3、SO230 mg/m3、NOX150 mg/m3。

4 主要设备参数

4.1 风机系统

主风机采用变频离心风机,既能满足焦炉加热吸力调整要求,又可以达到节能目的。

4.2 脱硫脱硝系统

脱硫脱硝系统包括:脱硫塔单元、制浆单元、循环浆液单元、脱硝除尘一体化单元、氮气单元组成。

脱硫反应塔主要设计参数如下:

2.jpg

制浆单元及循环浆液单元由粉仓、振动装置、计量螺旋给料机、消化罐、浆液罐、浆液泵、输灰接口、压缩空气快速接口等组成。

脱硝系统由脱硝除尘一体化设备单元、热风炉单元、氨气单元组成。低温SCR 催化剂使用寿命为24000 时,设计脱硝效率不小于85%。烟气热风炉根据运行情况每年再生1 次,每次再生时间约10h/ 仓。脱硝系统技术参数如下:

氨气单元由氨汽化器、稀释风机、氨气/ 烟气混合气组成,氨水槽内氨水泵送氨汽化器蒸发为氨汽,经外线管道送至氨气/ 烟气混合器;稀释风机将主风机后洁净烟气送氨气/ 烟气混合器将两者充分混合,导入脱硝反应器内。

5 工艺特点

工艺特点如下:

(1)粘有焦油等黏性物的颗粒物从焦炉烟气中清除,从而有效地保护脱硝催化剂,保证系统能够长期、稳定、安全地运行。(2)当焦炉进行加热换向时,烟气量及烟气中的二氧化硫、氮氧化合物、粉尘浓度均有波动,本方案采用的脱硫脱硝处理工艺具有很强的自适应能力,可以满足不同工况污染物浓度的焦炉烟气处理需求。(3) 脱硝前除尘,减少烟气中的粉尘在通过脱硝催化剂层时对催化剂表面的磨损,可以有效延长脱硝催化剂的使用寿命,减少脱硝催化剂的用量,同时可省略传统意义上的催化剂清灰系统。(4) 采用除尘脱硝喷氨热解一体化结构形式,利用除尘滤袋过滤层和均流结构体的均流作用,实现烟气在脱硝催化剂横截面上的均布,使烟气速度场、温度场分布更加均匀,进一步提高脱硝效率。(5)烟气经高效低温降脱硫器进入脱硝装置,可有效抑制在脱硝过程硫酸氢铵的生成量,防止硫酸氢铵在烟气温度降低到230℃以下时凝结黏附在催化剂表面,降低脱硝催化剂脱硝效率。(6)“旋转喷雾半干法(钙法)脱硫+ 除尘脱硝一体化”工艺产生的固体废物主要成分为CaSO3、CaSO4 等无毒物质,不会对环境造成危害。脱硫灰的碱性和硬结性对防止堆放场地下水污染有极大帮助。相比“旋转喷雾半干法(钠法)脱硫+ 除尘脱硝一体化”产生的钠盐,环境更友好。

6 结束语

焦炉燃烧废气采用“旋转喷雾半干法(钙法)脱硫+ 除尘脱硝一体化”工艺脱硫脱硝在攻克低温脱硝难题的基础上环境更友好,整套流程无废水产生,脱硫副产物有广泛的综合综合利用途径,烟气处理指标符合《炼焦化学工业污染物排放标准》中表6“大气污染物特别排放限值要求”。项目实施在全国焦化行业环保治理领域具有里程碑意义。

编辑:刘影

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