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                        燒結煙氣脫硫脫硝處理技術的比較分析

                                                                                                             作者:jzhxkyjx  來源:本站  發表時間:2020/3/31 17:36:31  點擊:2618

                          

                        摘要:基于我國鋼鐵工業燒結煙氣各污染物的排放標準要求和污染控制技術現狀,分析國內外典型鋼鐵燒結煙氣多污染物協同控制技術——活性炭吸附工藝、LJS-FGD多污染物協同凈化工藝和催化氧化法綜合清潔技術等多種技術的主要特點、存在問題,對其技術經濟及減排效果進行比較。

                        在燒結過程中,在高溫燃燒條件下,燃料與燒結混合料發生燒結反應而產生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多種污染物和粉塵等廢氣,其主要特性包括煙氣量大、溫度波動大、粉塵濃度高、氣體腐蝕性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年國家環保部頒布實施了《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》,嚴格要求污染物排放標準。因此,對燒結煙氣進行脫硫脫硝處理勢在必行。
                        1燒結煙氣脫硫脫硝處理的現狀
                        我國燒結煙氣脫硫早在2004年由廣州鋼鐵廠在24m2燒結廠初步實施,于2007年全面實施。據環保部統計數據,至2014年,全國燒結機脫硫設施共有526臺(見表1),已有脫硫設施的燒結機面積達8.7萬m2,占燒結機面積的63%。從公布的清單分析,干法、半干法占17%,濕法占87%。除部分已建的干法(活性炭法)燒結脫硫脫硝一體化處理設施外,燒結機煙氣脫硫脫硝的實例較少。
                        《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》(GB28662—2012)自2015年10月1日起執行第二時段的排放標準,規定了NOx和二噁英的排放限值要求,嚴格要求SO2、顆粒物和氟化物的排放,而現有的燒結煙氣脫硫設施無法滿足新的排放標準,因此實現燒結煙氣多污染物協同處置和一體化處理勢在必行。
                        2燒結煙氣脫硫脫硝的分析
                        目前,對燒結煙氣的污染處理主要以脫硫為主。新標準的實施對煙氣處理提出了更嚴格的要求,尤其是對于已建的脫硫設施,由于技術、用地、建設和運行成本等因素的限制,直接導致煙氣處理系統變得復雜和處理成本增加。因此,應針對項目建設特點,對新建燒結機、已建成的脫硫設施區別對待,綜合考慮一種一體化的處理技術。由于現有的燒結煙氣脫硫工藝主要集中于傳統的干法、半干法、濕法,因此分別選取干法、半干法、濕法脫硫脫硝一體化等技術進行分析對比。
                         
                        2.1活性炭煙氣凈化技術
                        20世紀50年代德國開始研發活性炭吸附工藝,20世紀60年代日本也開始研發[2]。目前,國內外大型鋼鐵企業在燒結煙氣脫硫脫硝中已取得多項工程應用,包括新日鐵名古屋制鐵所燒結機(1987年8月投運)、浦項鋼鐵(POSCO)燒結機(2004年投運)等。太鋼從日本住友株式會社引進相關技術應用于3號、4號燒結機,于2010年建成活性炭煙氣處理設施。其反應原理包括以下幾方面:
                        1)燒結機排出的煙氣經除塵器除塵后,由主風機排出。煙氣中的SO2、H2O與O2在排煙溫度為120~150℃時,被活性炭吸附富集,然后被催化轉化為吸附態的SO3,之后和吸附態的H2O結合生成吸附態的H2SO4。
                        2)當SO2的出口濃度達到排放標準后,將活性焦移動至再生器,在溫度達到450℃左右時按照反應式解吸出濃度在20%~25%之間的高濃SO2氣體。這種SO2氣源可以根據市場需求用作生產硫酸、硫磺、硫銨鹽、液態SO2等硫化工原料。
                        3)脫硝反應被稱之為選擇性催化還原(SCR)反應,在活性焦催化作用下將NO(x包括NO、NO2等)和NH3轉化為無害的N2和H2O,達到脫除NOx的目的。
                        2.1.1脫硫反應
                        脫硫反應有:(SO2)氣→(SO2)吸附;(O2)氣→(O2)吸附;(H2O)氣→(H2O)吸附;(SO2)吸+l/2(O2)吸→(SO3)吸;(SO3)吸+(H2O)吸→(H2SO4)吸。
                        2.1.2再生反應
                        2(H2SO4)吸附+C→2SO2+2H2O+CO2.
                        2.1.3脫硝反應
                        4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O;
                        2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
                        根據太鋼活性炭處理的監測參數得知,3號燒結機的脫硫率為98.8%、脫硝率為61.O%、除塵率為82.5%、脫二噁英率為90%,實現了良好的煙氣脫硫、脫硝、脫二噁英和除塵的集成凈化功能,環保效果顯著。
                        活性炭吸附工藝的優點是污染物一體化處置效率高,缺點是建設和運行成本高。以太鋼450m2燒結機為例,活性炭設施投資為3.4億元,運行成本為4870萬元/年。
                        2.2循環流化床脫硫+SCR脫硝工藝
                        循環流化床工藝主要由吸收劑制備與供應、吸收塔、物料再循環、工藝水、布袋除塵器以及副產物外排等構成。一般采用干態的消石灰粉作為吸收劑,也可采用其他對二氧化硫有吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。
                        由鍋爐排出的煙氣從吸收塔(即流化床)底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置,煙氣流經文丘里管后速度加快,與細的吸收劑粉末互相混合,使顆粒之間、氣體與顆粒之間產生劇烈摩擦,形成流化床,在噴入均勻水霧、降低煙溫的條件下,吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出,進入再循環除塵器處理后被排放。
                        脫硫后煙氣溫度為75~80℃,經過GGH換熱、加熱爐將溫度加熱至160~300℃,以高爐煤氣為熱源進行加熱,熱煙氣進入SCR反應器,與加入的脫硝劑在催化劑作用下進行高效脫硝反應,最后潔凈煙氣經系統引風機排往煙囪。SCR脫硝裝置主要由GGH換熱器、煙氣加熱爐、SCR反應器、氨站等組成。在催化劑的作用下,當煙氣溫度為280~300℃時,利用氨作為還原劑,與煙氣中的NOx反應,產生無害的氮氣和水。同時,二噁英經過催化劑會裂解成CO2、水及HCl。
                        脫硝機理為:
                        4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;
                        2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O;
                        NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。
                        “循環流化床+SCR”工藝的優點為:一是脫硝技術成熟、污染物脫除效率高、適用范圍廣,可滿足最嚴格的污染物排放標準要求,工程總投資和運行費用適中。二是對于目前已建設脫硫裝置的燒結球團企業,為滿足新標準對氮氧化物的排放要求,可繼續建設脫硝部分,不存在重復建設問題,維護和運行簡單。缺點是脫硫、脫硝副產物產生量大,尚無公認的最佳應用途徑或資源回收價值,需作為廢物進行處理。

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