推荐厂家
暂无
暂无
炼焦行业中焦炉煤气燃烧给焦炉加热时会产生大量的大气污染物,包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及烟尘等,此类污染物经焦炉烟囱呈有组织高架点源连续性排放至大气中,对环境造成严重污染,尤其是SO2和NOx这两类有害气体不仅会形成酸雨,破坏臭氧层,而且还是PM2.5的主要气态物质,严重危害人体健康。鉴于此,国家于2012年6月颁布了《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012),明确规定了现有焦化企业2015年1月1日后焦炉烟道气中污染物的排放限值和特别限值,部分地区更是提出了更为严格的要求,以临汾市为例,《临汾市大气污染防治2018年行动计划》里明确要求:焦化行业分步实施大气污染物特别排放限值改造,2018年10月1日前50%的焦化企业完成大气污染物特别排放限值改造,2019年10月1日前全市焦化企业全部完成大气污染物特别排放限值改造。 在此严苛的环保形势下,位于临汾市洪洞县的山西焦化股份有限公司新上了脱硫脱硝工艺装置,山西焦化股份有限公司2#、3#焦炉烟道气中前期NOx、SO2及颗粒物的排放量分别为1 200mg/m3、200mg/m3 和30mg/m3,不能满足炼焦化学工业污染物排放标准(GB16171-2012)的要求,因此山西焦化股份有限公司于2018年6月建成了焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收工艺装置,该工艺采用“SCR脱硝+余热回收+半干法脱硫”的路线,保证了出口NOx、SO2及颗粒物排放量分别低于150、30、15mg/m3。 1 工艺流程 脱硫脱硝与余热回收工艺流程示意图,如图1所示。焦烟道气自2#、3#焦炉原有地下烟道分别引出汇合经脱硝预处理后,进入脱硝系统,在脱硝反应器上游设置喷氨格栅,将氨气送入烟气中充分混合,混有氨气的烟气进入脱硝反应器中,在催化剂作用下进行还原反应生成N2和H2O,经过脱硝后的烟气继续进入热管式余热锅炉进行热量回收,产生的饱和低压蒸汽输送到公司热力管网,冬季供居民采暖使用,降温后的烟气则进入脱硫系统,脱硫系统采用半干法脱硫,脱硫后的烟气经除尘后通过引风机增压排放至原有烟囱,实现烟气的达标排放。image.png 1.1 烟气脱硝系统 本系统选择中低温SCR脱硝技术,还原剂采用NH3。其脱硝的原理是NOx在催化剂作用下,在一定温度条件(中低温230℃~300℃)下被氨气还原为无害的氮气和水,不产生二次污染,SCR 脱硝的化学反应式见式(1)~式(5): 4NO+4NH3+O2——4N2+6H2O(主反应)(1) 6NO2+8NH3——7N2+12H2O (2) 6NO+4NH3——5N2+6H2O (3) NO+NO2+2NH3——2N2+3H2O (4) 2NO2+4NH3+O2——3N2+6H2O (5) 来自液氨站的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合后与焦炉烟道气一起进入SCR脱硝反应器,反应器内混合烟气竖直向下流动,反应器入口设有气流均布装置和整流装置,确保混合烟气流场均匀;反应器内装有专用的中低温催化剂,催化剂的活性温度230℃~300℃,催化剂能够满足烟气最大量时脱硝效率达到87.5%以上的需求,同时SO2/SO3的转化率控制在1%以内。另外,催化剂采用“2+1”布置方式,具有较高的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性,从而保证了SCR脱硝反应器出口氨逃逸不大于10×10-6。该SCR脱硝反应器适应焦炉50%~100%工况之间任何负荷运行。 1.2 余热回收系统 余热锅炉采用立式布置,自脱硝系统处理后的烟道气竖直进入锅炉蒸发器、省煤器后进入后续脱硫系统。来自供气的除氧水进入省煤器,预热后送入锅筒。在锅筒内部汽水通过上升、回流管路参与蒸发器换热面的吸热循环,产生压力0.8MPa饱和蒸汽,经气液分离后输出,输出饱和蒸汽外送至蒸汽管网。锅筒、蒸发器、省煤器设有排污口,可定期清除内部残留污物及水垢。锅炉系统中共设置两个安全阀,在系统超压0.85MPa时,安全阀自动依次起跳,泄放压力,保证锅炉系统安全,当系统压力恢复正常时,安全阀回座。 1.3 脱硫除尘系统 烟道气从底部进入脱硫塔,与再循环灰和添加的碳酸钠溶液进行反应,反应除去烟道气中的SO2和其他酸性物质后烟道气到达脱硫塔顶部,供应的碳酸钠通过真空上料机送进碳酸钠粉仓,碳酸钠粉通过粉仓底部的星型卸料阀送至碳酸钠溶液箱内,在溶液箱内与水搅拌制成一定浓度的碳酸钠溶液,碳酸钠溶液通过多级离心泵打入脱硫反应器,通过调节溶液输送管道上的调节阀改变进入脱硫塔的碳酸钠溶液量,以达到最佳的雾化效果。反应后的烟道气以混合物形式从脱硫塔顶部离开进入布袋除尘器,在布袋除尘器进行气体和固体进行分离,分离的固体大部分通过螺旋输送机回到脱硫塔继续脱硫,少部分通过螺旋输送机出口的分料阀送至灰仓,灰仓内物料达到一定高度后经散装机通过运输车外送。布袋除尘器出口的烟道气粉尘含量降低到15mg/m3,除尘后的烟道气经过引风机送入原有烟囱。净化烟道气的排气温度在140℃以上,不会在烟囱周围产生烟囱雨,并可以避免烟气温度低于酸露点而引起的烟囱腐蚀。 在脱硫塔内,碳酸钠浆液与脱硫塔内烟气接触迅速完成吸收SO2的反应,在低温降下具有极高的SO2脱除效率,由于喷入塔内的碳酸钠浆液是小雾滴,因此完成脱硫反应后的脱硫产物也为极细的颗粒,并且完成反应的同时也即迅速干燥。碳酸钠转化成亚硫酸钠和硫酸钠的反应方程式,见式(6)~式(7): SO2+Na2CO3 →Na2SO3+CO2 (6) 2Na2SO3+O2 →2Na2SO4 (7) 2 技术特点 (1)直接利用焦炉烟道气原有温度进行脱硝,最大程度的保证了脱硝温度在较高的温度范围内,同时免去了对烟气进行加热产生的能源消耗,且烟气经过SCR反应器后,温度损失5℃~10℃,不影响后序余热回收系统运转,符合热能回收利用的要求;(2)余热回收系统可以对焦炉尾气显热高效回收利用,实现了按温度梯度进行热量梯级利用,符合国家对企业环保节能的要求;(3)脱硫系统脱硫效率高。 3 工艺运行指标 截止到2019年2月,装置已运行半年多,取得了良好的效果,焦炉烟气各项污染物如NOx、SO2和粉尘质量浓度均符合《炼焦化学工业污染物排放标准》排放限值规定,脱硫脱硝除尘工艺性能参数,如表1所示。image.png 4 结语 山西焦化股份有限公司焦炉烟道气脱硫脱硝及余热回收技术工艺流程设计简单,布置合理,占地面积小,能耗低,热能回收充分,运行成本低,烟道气治理效果好,可有效提升企业环保管理水平和治理能力,该套技术的成功投用,为焦化行业相关企业焦炉烟道气脱硫脱硝提供了经工业验证的技术选择。
[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92247]锅炉麻石水膜除尘器的脱硫改造工艺[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92248]工业锅炉麻石水膜脱硫除尘器的安装改造及使用[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92249]环流式旋风除尘器内压力分布与压降[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92250]麻石泡沫脱硫除尘处理技术的工业应用[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92251]喷雾式湿法除尘器在高炉出铁场的应用[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92252]浅谈麻石水膜除尘器应用效果的影响因素[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92253]湿式除尘器在供热生产中的应用[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=92254]一台麻石水膜除尘器的改造及建议[/url]
燃煤锅炉烟气脱硫途径通常可分为三种:1,燃烧前脱硫,如机械浮选法、强磁分离法等;2,燃烧中脱硫,如炉内喷钙以及采用CFBC等;3,燃烧后脱硫,即烟气脱硫(FGD),这是当今世界上普遍采用的方法。而烟气脱硫按反应产物的物质形态(液态、固态)可分为湿式、半干式和干式三种,湿法烟气脱硫技术占85%左右,其中石灰石石膏法约占36.7%,其它湿法脱硫技术约占48.3%;喷雾干燥脱硫技术约占8.4%;吸收剂再生脱硫法约占3.4%;炉内喷射吸收剂及尾部增湿活化脱硫法约占1.9%;其它烟气脱硫形式有电子束脱硫、海水脱硫、循环流化床烟气脱硫等。由于对环境保护的日益重视和大气污染物排放量的更加严格控制,我国新建大型火电厂和现役电厂主力机组必须安装相应的烟气脱硫装置以达到国家环保排放标准。 就我国的烟气脱硫技术而言,西南电力设计院早在80年代就完成了旋转喷雾干燥法烟气脱硫技术的研究,并在四川白马电厂建立了处理烟气量为70000Nm3/h的旋转喷雾干燥法脱硫工业试验装置,1991年正式移交生产运行。“八五”期间电力部门在有关部门的支持下进行了华能珞璜电厂2台360MW机组石灰石-石膏法湿式烟气脱硫、山东黄岛电厂旋转喷雾干燥法烟气脱硫、山西太原第一热电厂高速水平流简易石灰石-石膏法湿式烟气脱硫、南京下关电厂2台125MW机组的炉内喷钙尾部增湿活化脱硫、四川成都热电厂电子束烟气脱硫、深圳西部电厂300MW机组海水脱硫等不同工艺的中外合作示范项目或商业化试点脱硫项目。国家经贸委在《“九五”国家重点技术开发指南》中确定了燃煤电厂脱硫主要技术开发内容有1,石灰/石灰石洗涤法脱硫技术;2,喷雾干燥法脱硫技术;3,炉内喷钙及尾部增湿活化脱硫技术;4,排烟循环流化床脱硫技术,这给我国烟气脱硫技术的研究与开发指明了方向。其中湿式石灰/石灰石洗涤法脱硫技术已经由国家电力公司引进国外技术消化吸收并形成国产化;喷雾干燥法脱硫技术我国通过多年的研究和试验已基本掌握设计、制造100MW机组烟气脱硫技术的实力。 纵观当今烟气脱硫技术的现状,目前世界上大机组脱硫以湿法脱硫占主导地位,选用湿法脱硫装置的机组容量占总数的85%,但湿法脱硫一次性投资昂贵、设备运行费用较高。随着经济的发展,发展中国家的环保形势越来越严重,为适应这些国家脱硫市场的需要,许多国家都在致力开发高效干法脱硫技术。本文简单介绍目前有广泛市场前景的几种干式烟气脱硫技术,结合这些脱硫方法的特点和我国特别是上海地区的实际情况,提出并着手研究开发高钙粉煤灰增湿活化脱硫和循环流化床烟气脱硫,并建立国内规模较大的多功能烟气脱硫试验台。1, 炉内喷钙及尾部增湿润活化脱硫技术 LIFAC(Limestone Injecyion into Furnace and Activation of Unreacted Calcium)烟气脱硫工艺即锅炉炉膛内喷射石灰石粉,并配合采用锅炉尾部烟道增活化反应器,使未反就的CaO通过雾化水进行增湿活化的烟气脱硫工艺。目前世界许多厂商研究开发的以石灰石喷射为基础的干法脱硫工艺中,芬兰Tampella和IVO公司开发的这种脱硫工艺最为典型,并于1986年首先投入商业性运行。LIFAC工艺主要包括以下几个子系统:(1) 石灰石粉系统 包括石灰石粉的制备、计量、运输、贮存、分配和喷射等设备。(2) 水利化反就器系统 包括水利化水雾化、烟气与水混合反应、下部碎渣与除渣、器壁防垢等设备。(3) 脱硫灰再循环系统 包括电除尘器下部集灰、贮存、输送等装置。(4) 烟气再热系统 包括烟气再热装置和主烟气混合用喷嘴等。LIFAC脱硫工艺的基本原理如下: 炉膛内喷钙脱硫的基本原理:石灰石粉借助气力喷入炉膛内850~1150度(摄氏)烟温区,石英钟灰石煅烧分解成CaO和CO2,部分CaO与烟气中的SO2。炉膛内喷入石灰石后的SO2。反应生成CaSO4,脱除烟气中一部分SO2。炉膛内喷入石灰石后的SO2脱除率随煤种、石灰石粉特性、炉型及其空气动力场和温度场特性等因素而改变,一般在20%~50%。 活化器内脱硫的基本原理:烟气增湿活化售硫反应的机理主要是由于脱硫剂颗粒和水滴相碰撞以后,在脱硫剂颗粒表面形成一层水膜,脱硫剂及SO2气体均向其中溶解,从而使脱硫反应由原来的气-固反应转化成水膜中的离子反应,烟气中大部分未及时在炉膛内参与反应的CaO与烟气中的SO2反应生成CaSO3和CaSO4。活化反应器内的脱硫效率通常在40%~60%,其高低取决于雾化水量、液滴粒径、水雾分布和烟气流速、出口烟温,最主要的控制因素是脱硫剂颗粒与水滴碰撞的概率。 由于活化反应器出口烟气中还有一部分可利用的钙化物,为了提高钙的利用率,可以将电除尘器收集下来的粉尘返回一部分到活化反应器中再利用,即脱硫灰再循环。活化器出口烟温因雾化水的蒸发而降低,为避免出现烟温低于露点温度的情况发生,可采用烟气再加热的方法,将烟气温度提高至露点以上10~15度(摄氏)加热工质可用蒸气或热空气,也可用未经活化器的烟气。 整个LIFAC工艺系统的脱硫效率η为炉膛脱硫效率η和活化器脱硫效率η之和,即η=η1+(1-η1)η2,一般为60%~85%。LIFAC脱硫方法适用于燃用含硫量为0.6%~2.5%的煤种、容量为50~300MW燃煤锅炉。与湿式烟气脱硫技术相比,投资少,占地面积小,适合于现有电厂的改造。2 新型一体化脱硫技术 NID技术是瑞典ABB公司80年代初开发的新颖脱硫技术,借鉴了旋转雾干燥法的脱硫原理又克服了使用制浆系统的种种弊端,既具有干法的廉价、简单等优点,又有湿法的高脱硫效率,且原料消耗和能耗都比喷雾干燥法有大幅度下降。1996年在波兰的2*125MW样板机上运行成功,进一步拓展了它在欧洲的垃圾焚烧、煤粉炉及其它工业炉中的脱硫市场份额,迄今已有10套装置在欧洲各国运行。 NID烟气脱硫系统,从锅炉或除尘器排出的未经处理的热烟气,经烟气分布器后进入NID掇应器,与增湿的可自由流动的灰和石灰混合粉接触,其中的活性组份立即被子混合粉中折碱性组份吸收,同时,水分蒸发使烟气达到有效吸收SO需要的温度。对烟气的分布、混合粉的供给速率及分布和增湿用水量进行有效控制,可以达到最佳期脱硫效率。经处理的烟气进入除尘器(布袋除满面春风器或静电除尘器)除去其中的粉尘,再经引风机排入烟囱。除尘器除掉的粉尘经增湿后进入NID反应器,灰斗的灰位计控制副产品的排出。 NID系统可以采用生石灰(CaO)或消石(Ca(OH)作为吸收剂。采用生石灰时,,生石灰要在一体式的消化器中消化。如果采用消石灰,则不需提供石灰消化器。加入NID系统的水量取决于进入和排出NID反应器的烟气温度差(即喷水降温量)。温差越大,需要蒸发的水量也越大。一般情况下,吸收效率和石灰石利用率与离开反应器的烟气的相对湿度有关。出口温度低限受最终产物的输送特性限制,最佳状态是将“接近温度”保持在15~20度(摄氏)。 增湿润搅拌机是NID工艺的主要部件之一,增湿搅拌机根据控制出口烟气温度和SO脱除效率的要求,按需要的比例混合石灰、循环飞灰和水。培湿搅拌机独特的设计,保证在搅拌时间很短的情况下能达到良好的搅拌效果。加入的水在粉料微粒表面上形成一层几μm的水膜,从而增大了酸性气体与碱性粉料的接触表面。大面积的密切接触保证了吸收剂和SO之间几乎是瞬间的高效反应,所以可以将反应器的体积保持在最小。二氧化硫与氢氧化钙反应生成容易处理的亚硫酸钙/硫酸钙。