煙氣脫硫脫硝技術(shù)圖片
中文名 | 煙氣脫硫脫硝技術(shù) | 外文名 | PPCP |
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科學(xué)領(lǐng)域 | 工業(yè)凈化技術(shù) | 分????類 | 環(huán)境科學(xué)類 |
適用學(xué)科 | 大氣污染控制工程 | 性????質(zhì) | 技術(shù) |
為了控制SO2污染, 防治酸雨危害,加快我國煙氣脫硫技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已刻不容緩。國家煙氣脫硫工程技術(shù)研究中心對多種煙氣脫硫脫硝技術(shù)進行了研究開發(fā),主要包括:
磷銨肥法(Phosphate Ammoniate Fertilizer Process,簡稱PAFP),是我校和四川省環(huán)科院、西安熱工所、大連物化所等單位共同研究開發(fā)的煙氣脫硫新工藝(國家“七五”(214)項目新技術(shù)083號)。其脫硫率≥95%,脫硫副產(chǎn)品為氮硫復(fù)合肥料。此技術(shù)的特點是將煙氣中的SO2脫除并針對我國硫資源短缺的現(xiàn)狀, 回收SO2取代硫酸生產(chǎn)肥料,在解決污染的同時,又綜合利用硫資源,是一項化害為利的煙氣脫硫新方法。 而且該技術(shù)已于1991年通過國家環(huán)保局組織的正式鑒定,獲國家“七五”攻關(guān)重大成果獎,四川省科技進步二等獎等多項獎勵。
活性炭纖維法(Activated Carbon Fiber Process,簡稱ACFP)煙氣脫硫技術(shù)是采用新材料脫硫活性炭纖維催化劑(DSACF)脫除煙氣中SO2并回收利用硫資源生產(chǎn)硫酸或硫酸鹽的 一項新型脫硫技術(shù)。
該技術(shù)脫硫率可達95%以上,單位脫硫劑處理能力會高于活性炭脫硫一個數(shù)量級以上(一般GAC處理能力為102Nm3/h.t, 而ACF可達104Nm3/h.t)。由于工藝過程簡單,設(shè)備少,操作簡單。投資和運行成本低,且能在消除SO2污染同時回收利用硫資源,因而可在電廠鍋爐煙氣、有色冶煉煙氣、鋼鐵廠燒結(jié)煙氣及各種大中型工業(yè)鍋爐的煙氣SO2污染控制中采用,改善煙氣脫硫技術(shù)裝置“勉強上得起,但運行不起”的狀況。該煙氣脫硫技術(shù)按10萬KW機組鍋爐機組煙氣計,裝置投資費用3500萬,年產(chǎn)硫酸3萬~4萬噸。僅用于全國高硫煤電廠脫硫每年約可減少SO2排放240萬噸,副產(chǎn)硫酸360萬噸,產(chǎn)值可達數(shù)十億元。該技術(shù)已獲國家發(fā)明專利,并已列入國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目指南。
煙氣脫硫脫硝技術(shù)是應(yīng)用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工業(yè)的一項鍋爐煙氣凈化技術(shù)。氮氧化物、硫氧化物是空氣污染的主要來源之一。故應(yīng)用此項技術(shù)對環(huán)境空氣凈化益處頗多。目前已知的煙氣脫硫脫硝技術(shù)有PAFP、...
目前最常用的脫硫技術(shù):濕法石灰石-石膏脫硫,約90%以上電廠目前均采用此種脫硫方法(利用石灰石和煙氣中SO2反應(yīng)生成石膏以脫除SO2);脫硝技術(shù)采用選擇性催化還原法(SCR),用液氨噴入鍋爐尾部煙氣中...
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MnO2是一種良好的脫硫劑。在水溶液中,MnO2與SO2發(fā)生氧化還原發(fā)應(yīng),生成了MnSO4。軟錳礦法煙氣脫硫正是利用這一原理,采用軟錳礦漿作為吸收劑,氣液固湍動劇烈,礦漿與含SO2煙氣充分接觸吸收,生成副產(chǎn)品工業(yè)硫酸錳。該工藝的脫硫率可達90%,錳礦浸出率為80%,產(chǎn)品硫酸錳達到工業(yè)硫酸錳要求(GB1622-86)。
常規(guī)生產(chǎn)工業(yè)硫酸錳方法是:軟錳礦粉與硫酸和硫精沙混合反應(yīng),產(chǎn)品凈化得到工業(yè)硫酸錳。由于我國軟錳礦品位不高,硫酸耗量增大,成本上升。該法與常規(guī)生產(chǎn)工業(yè)硫酸錳相比是,不用硫酸和硫精沙,溶液雜質(zhì)也降低,原料成本和工藝成本都有降低,比常規(guī)生產(chǎn)工業(yè)硫酸錳方法節(jié)約成本25%以上, 加之國家對環(huán)保產(chǎn)品在稅收上的優(yōu)惠,競爭力將大大提高。該工藝原料軟錳礦價廉, 大約200~300元/噸,估計5年左右可收回投資。該工藝不但治理了工業(yè)廢氣,處理了制酸廢水,并且回收了硫酸錳產(chǎn)品,具有明顯的社會環(huán)境和經(jīng)濟效益。
煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)大多處于研究和工業(yè)示范階段,但由于其在一套系統(tǒng)中能同時實現(xiàn)脫硫和脫硝,特別是隨著對NOX控制標準的不斷嚴格化,同時脫硫脫硝技術(shù)正受到各國的日益重視。煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)主要有三類,第一類是煙氣脫硫和煙氣脫硝的組合技術(shù);第二類是利用吸附劑同時脫除SOX和NOX;第三類是對現(xiàn)有的煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)進行改造(如在脫硫液中投加脫硝劑等),增加脫硝功能。
火電廠鍋爐煙氣中SOX和NOX的濃度不高,但總量很大。若用兩套裝置分別脫硫和脫硝,不但占地面積大,而且投資、管理、運行費用也高。近年來世界各國,尤其是工業(yè)發(fā)達國家都相繼開展了同時脫硫脫硝技術(shù)的研究開發(fā),并進行了一定的工業(yè)應(yīng)用。據(jù)美國電力研究機構(gòu)統(tǒng)計,同時脫硫脫硝新技術(shù)有60多種,在SOX/NOX聯(lián)合脫除技術(shù)中,有的采用煙氣脫硫和煙氣脫氮的組合技術(shù),有的利用吸附劑同時脫除SOX和NOX技術(shù),均能達到較高的脫除效率。
電子束輻射法脫硫是一種脫硫新工藝,經(jīng)過20多年的研究開發(fā),已從小試、中試和工業(yè)示范逐步走向工業(yè)化。其主要特點是:過程為干法,不產(chǎn)生廢水廢渣;能同時脫硫脫硝,可達到90%以上的脫硫率和80%以上的脫硝率;系統(tǒng)簡單,操作方便,過程易于控制;對于不同含硫量的煙氣和煙氣量的變化有較好的適應(yīng)性和負荷跟蹤性;副產(chǎn)品為硫酸銨和硝酸銨混合物,可用作化肥。
鍋爐煙氣經(jīng)除塵后,進入冷卻塔,在塔中由噴霧水冷卻到65~70 ℃。在煙氣進入反應(yīng)器之前,按化學(xué)計量數(shù)注入相應(yīng)的氨氣。在反應(yīng)器內(nèi),煙氣經(jīng)受高能電子束照射,煙氣中的N2、O2和水蒸氣等發(fā)生輻射反應(yīng),生成大量的離子、自由基、原子、電子和各種激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性物質(zhì),它們將煙氣中的SO2和NOX氧化為SO3和NO2。這些高價的硫氧化物和氮氧化物與水蒸氣反應(yīng)生成霧狀的硫酸和硝酸,這些酸再與事先注入反應(yīng)器的氨反應(yīng),生成硫酸銨和硝酸銨。最后用靜電除塵器收集氣溶膠狀的硫酸銨和硝酸銨,凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排放,副產(chǎn)品經(jīng)造粒處理后可作化肥銷售。
電子束氨法煙氣脫硫脫硝工業(yè)化技術(shù)(簡稱CAEB-EPS技術(shù)),充分挖掘電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術(shù)的潛力,結(jié)合中國具體國情,具有投資省、運行費用低、運行維護簡便、可靠性高等獨有的特點,居國際先進水平。
CAEB-EPS技術(shù)是利用高能電子束(0.8~1MeV)輻照煙氣,將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化成硫酸銨和硝酸銨的一種煙氣脫硫脫硝技術(shù)。該技術(shù)的工業(yè)裝置一般采用煙氣降溫增濕、加氨、電子束輻照和副產(chǎn)物收集的工藝流程。除塵凈化后的煙氣通過冷卻塔調(diào)節(jié)煙氣的溫度和濕度(降低溫度、增加含水量),然后流經(jīng)反應(yīng)器。在反應(yīng)器中,煙氣被電子束輻照產(chǎn)生多種活性基團,這些活性基團氧化煙氣中的SO2和NOx,形成相應(yīng)的酸。它們同在反應(yīng)器煙氣上游噴入的氨反應(yīng),生成硫酸氨和硝酸氨微粒。副產(chǎn)物收集裝置收集產(chǎn)生的硫酸氨和硝酸氨微粒,可作為農(nóng)用肥料和工業(yè)原料使用。
WSA—SNOX法的原理是煙氣先經(jīng)過SCR反應(yīng)器,在催化劑作用下NOX被氨氣還原成N2,隨后煙氣進入改質(zhì)器,SO2催化氧化為SO3,在降膜冷凝中凝結(jié)水合為硫酸,進一步濃縮為可銷售的濃硫酸(>90%)。該技術(shù)除消耗氨氣外,不消耗其他化學(xué)藥品,不產(chǎn)生廢水、固體廢物等二次污染,不產(chǎn)生采用石灰石脫硫所產(chǎn)生的CO2。
SNOX工藝列為美國能源部潔凈煤示范項目,已在俄亥俄州的Edison Niles電站2號108 MW鍋爐進行示范改造,處理相當于35 MW的煙氣量。裝置開始運行后,脫硝率94%,脫硫率95%,生產(chǎn)硫酸23.40×104 t,純度為93%。
脈沖電源產(chǎn)生的高電壓脈沖加在反應(yīng)器電極上,在反應(yīng)器電極之間產(chǎn)生強電場,在強電場作用下,部分煙氣分子電離,電離出的電子在強電場的加速下獲得能量,成為高能電子(5~20eV),高能電子則可以激活、裂解、電離其他煙氣分子,產(chǎn)生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里,煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2,與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情況下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的氣溶膠,再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器的電場本身同時具有除塵功能。具有裝置簡單、運行成本低、有害污染物清除徹底、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。燃煤電廠、化工、冶金、建材等行業(yè)產(chǎn)生的含二氧化硫和氮氧化物的煙氣。
該方法是世界上最成熟的煙氣脫硫技術(shù),采用石灰或石灰石乳濁液吸收煙氣中的SO2,生成半水亞硫酸鈣或石膏。優(yōu)點:(1)脫硫效率高(有的裝置Ca/S=1時,脫硫效率大于90%);(2)吸收劑利用率高,可達90%;(3)設(shè)備運轉(zhuǎn)率高(可達90%以上)。缺點:成本較高、副產(chǎn)物產(chǎn)生二次污染等。
濕法脫硫可脫除90%以上的SO2,但由于NO在水中溶解度很低,對NO幾乎無脫除作用。一些金屬螯合物,如Fe(11)一EDTA等可與溶解的NOx迅速發(fā)生反應(yīng),具有促進NOx吸收的作用。美國Dravo石灰公司采用6%氧化鎂增強石灰作脫硫劑,并在脫硫液中添加Fe(II)—EDTA,進行了同時脫硫脫硝的中試研究,實現(xiàn)了60%以上的脫硝率和約99%的脫硫率。濕式FGD加金屬螯合物工藝的缺點主要是在反應(yīng)中螯合物有損失,其循環(huán)利用困難,造成運行費用很高。
氯酸氧化法又稱Tri—NOX—NOX Sorb法。脫硫脫硝采用氧化吸收塔和堿式吸收塔兩段工藝。氧化吸收塔是采用氧化劑HCIO3來氧化NO和SO2及有毒金屬,堿式吸收塔則作為后續(xù)工藝采用Na2S及NaOH作為吸收劑,吸收殘余的堿性氣體。該工藝去除率達95%以上。
氯酸是一種強酸,比硫酸酸性強,濃度為35%的氯酸溶液99%可發(fā)生解離。氯酸是一種強氧化劑,氧化電位受液相pH控制。在酸性介質(zhì)條件下,氯酸的氧化性比高氯酸(HCIO4)還要強。 2100433B
該技術(shù)采用新型脫硫劑MN進行煙氣脫硫,脫硫效率高于95%,吸收劑再生容易,損失率小,無阻塞現(xiàn)象,在脫硫過程種再生可回收利用,投資和運行費用低于類似的“W-L”法脫硫技術(shù)。
該法采用適用低濃度的新型催化劑,通過催化氧化,在脫硫過程中,將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸,其脫硫效率高于90%,產(chǎn)品有市場,以國內(nèi)有關(guān)研究為基礎(chǔ),通過與國外合作研究、國內(nèi)留學(xué)基金資助,其技術(shù)正逐步成熟,有望成為一種有競爭力的新型煙氣脫硫技術(shù)。
該技術(shù)利用造紙黑液脫除煙氣中SO2,既治理了SO2煙氣污染又使造紙黑液得以處理,并同時回收生產(chǎn)木質(zhì)素。
以堿性液體(石灰、石灰石、其他堿液廢液)為吸收劑,在一結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全的裝置中去除煙氣中SO2,脫硫效率50~95%,除塵效率>90%,投資省,運行費低,占地面積小,阻力小,適用于35t/h以下鍋爐使用。
利用微生物作用,將千代田法脫硫的低價鐵氧化為高價鐵,循環(huán)使用,脫硫與尾液處理并用。脫硫率>90%,在常溫常壓下,效率優(yōu)于千代田法,為國家自然科學(xué)基金。
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評分: 4.6
2019 年 3月? ? |? 49 塵工作取得了一定的成果, 但是仍存在一些問題。 如 :脫硫設(shè) 備價格昂貴, 且需要占用巨大的場地和耗費大量電力資源等 等,諸多因素重疊, 導(dǎo)致脫硫成本高, 因而部分電廠不愿意購買 設(shè)備。因而加快脫硫及煙氣除塵一體化迫在眉睫, 火力發(fā)電廠 可以選擇在脫硫裝置前安裝低溫省煤器或者在脫硫裝置后安 裝濕式電除塵器, 再選擇石灰石等脫硫技術(shù), 進而達到較高的 煙氣脫硫效果和較低的成本消耗。 2.2? 煙氣脫硝技術(shù) 煙氣脫硝技術(shù)就是利用技術(shù)手段將煙氣中的含氮氧化物 分離開,進而將其轉(zhuǎn)化成為固態(tài)或液態(tài)的物質(zhì), 達到排放量的 降低,使得排放量達到排放標準。 煙氣脫硝技術(shù)主要包括還原 法和氧化法,通過還原氮氧化物- 進行氧化-吸附等環(huán)節(jié)將其進 行轉(zhuǎn)化。而在我國火力發(fā)電廠處理的實際中, 常用的脫硝技術(shù) 是液相反應(yīng)( 濕法)和氣相反應(yīng)( 干法 ) ,干法是我國大部分火力 發(fā)
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評分: 4.5
氣態(tài)SO_2和NO_x是PM2.5的前驅(qū)體,據(jù)報道,由SO_2和NO_x前驅(qū)體轉(zhuǎn)化而來的PM2.5占到空氣中PM2.5總量的40%以上。燒結(jié)煙氣中含有大量的SO_2和NO_x,是鋼鐵廠燒結(jié)煙氣重點治理對象。依據(jù)燒結(jié)煙氣特性,提出燒結(jié)煙氣SO_2和NO_x治理方法,為燒結(jié)煙氣治理提供技術(shù)基礎(chǔ)。
書中首先介紹了我國二氧化硫和氮氧化物控制政策與法律標準,二氧化硫與氮氧化物排放及其控制等,然后介紹了煙氣脫硫脫硝技術(shù)的理論基礎(chǔ)。第5~7章分別系統(tǒng)地介紹了濕法、半干法和干法煙氣脫硫技術(shù)。第8、 9章分別敘述了煙氣脫硝和煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)。后面三章分別介紹了煙氣脫硫脫硝技術(shù)經(jīng)濟分析,煙氣脫硫脫硝工程建設(shè)與管理,以及煙氣脫硫脫硝設(shè)備。附錄中介紹了煙氣脫硫脫硝產(chǎn)業(yè)與國內(nèi)外部分公司。書中對應(yīng)用較廣的煙氣脫硫脫硝技術(shù)在相關(guān)章節(jié)給出了工程應(yīng)用實例。本書可供從事大氣污染控制的管理、研發(fā)和工程技術(shù)人員參考,也可作為高等院校環(huán)境工程、熱能工程和化學(xué)工程、火力發(fā)電等專業(yè)師生的參考書。
本書圍繞煙氣脫硫脫硝這一主題,在簡要闡述我國二氧化硫和氮氧化物控制戰(zhàn)略與控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,著重介紹了煙氣脫硫脫硝技術(shù)理論基礎(chǔ)、濕法、半干法和干法煙氣脫硫技術(shù)與設(shè)備、煙氣脫硝及煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)與設(shè)備以及煙氣脫硫脫硝工程建設(shè)管理。
焦爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)
鄭文華
治理焦爐煙氣中的SO2 和NOx 已經(jīng)成為焦化行業(yè)的重點環(huán)保項目。目前在國內(nèi)外焦化領(lǐng)域,針對焦爐煙氣的脫硫脫硝技術(shù)尚處于研發(fā)階段。研發(fā)的公司很多,提出的方法也很多,主要有焦爐煙氣低溫脫硫脫硝一體化、加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝、SICS 法催化氧化(有機催化法)脫硫脫硝、活性炭脫硫脫硝和活性焦脫硫脫硝工藝技術(shù)。但國內(nèi)外尚沒有一家焦化廠有穩(wěn)定運行的實踐和業(yè)績。只有在全面了解和分析工藝原理、流程裝備、運行操作特點的基礎(chǔ)上,才能找出切實可行、經(jīng)濟適用的處理方法。
1 碳酸鈉半干法脫硫+低溫脫硝一體化工藝
1)脫硫脫硝原理。
采用半干法脫硫工藝,使用Na2CO3 溶液為脫硫劑,其化學(xué)反應(yīng)式為:
Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2 (1)
2Na2SO3+O2→2Na2SO4 (2)
脫硝采用NH3-SCR 法,即在催化劑作用下,還原劑NH3 選擇性地與煙氣中NOx 反應(yīng),生成無污染的N2 和H2O 隨煙氣排放。
2)工藝流程。
焦爐煙氣被引風(fēng)機引入工藝系統(tǒng),先脫硫除SO2,后除塵脫硝,再脫除顆粒物和NOx,最后經(jīng)引風(fēng)機增壓回送至焦爐煙囪根部(見圖1)。
該工藝主要由以下系統(tǒng)組成:脫硫系統(tǒng)由脫硫塔及脫硫溶液制備系統(tǒng)組成。Na2CO3 溶液通過定量給料裝置和溶液泵送到脫硫塔內(nèi)霧化器中,形成霧化液滴,與SO2 發(fā)生反應(yīng)進行脫硫,脫硫效率可達90%。脫硫劑噴入裝置與系統(tǒng)進出口SO2 濃度聯(lián)鎖,隨焦爐煙氣量及SO2 濃度的變化自動調(diào)整脫硫劑噴入量。
核心設(shè)備為煙氣除塵、脫硝及其熱解析一體化裝置,包括由下至上集成在一個塔體內(nèi)的除塵凈化段、解析噴氨混合段和脫硝反應(yīng)段。
氨系統(tǒng)負責為煙氣脫硝提供還原劑,可使用液氨或氨水蒸發(fā)為氨氣使用。
熱解析系統(tǒng)負責為脫硝裝置內(nèi)的催化劑提供380-400℃高溫解析氣體,分解黏附在催化劑表
面的硫酸氫銨,凈化催化劑表面。
3)工藝特點。
①半干法脫硫設(shè)置在脫硝前,將煙氣中的SO2 含量脫除至30mg/Nm3 以下,以保證后續(xù)的高效脫硝。
②煙氣脫硫、除塵、脫硝、催化劑熱解析再生一體化,省投資、降費用、占地少。
③脫硝前先除塵,以減少粉塵對催化劑的磨損、延長催化劑使用壽命。
④通過除塵濾袋過濾層和混合均流結(jié)構(gòu)體的均壓作用,使煙氣速度場、溫度場分布更加均勻,可提高脫硝效率。
⑤氨氣通過網(wǎng)格狀分布的噴氨口噴入裝置內(nèi),高溫熱解析氣體通過孔板送風(fēng)口送入煙氣中,
使氨氣與煙氣、高溫熱解析氣體與煙氣接觸更充分,混合更均勻。
⑥在不影響正常運行的條件下,可在線利用高溫煙氣分解催化劑表面黏性物質(zhì),提高催化效率和催化劑使用壽命。
⑦省略傳統(tǒng)工藝中的催化劑清灰系統(tǒng)。
⑧煙氣通過濾袋在過濾過程中,與濾袋外表面濾下的未反應(yīng)脫硫劑充分接觸,進一步提高煙氣的脫硫效率。
⑨半干法脫硫溫降小(<30℃),除塵脫硝一體化縮短流程,減小整體溫降,回送煙氣溫度大于150℃,滿足煙囪熱備要求。
⑩煙氣在高于煙氣露點溫度的干工況下運行,不存在結(jié)露腐蝕的危險,無需做特殊內(nèi)防腐處理。
4)投資與操作成本。
投資成本約為35-45 元/噸焦,操作成本約為12.6 元/噸焦。
2 加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝工藝
1)脫硝原理。
在催化劑存在的條件下,煙氣中NOx 與噴入的氨發(fā)生還原反應(yīng),生成N2 和H2O,實現(xiàn)脫除NOx。反應(yīng)溫度通常在290-420℃之間,脫硝反應(yīng)式為:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
式(3)和式(5)是主要反應(yīng),因為煙氣中90%以上NOx 是以NO 形式存在。
2)脫硝工藝流程。
用主抽風(fēng)機從焦爐總煙道引出原煙氣,經(jīng)過GGH 換熱或加熱爐加熱至320℃(加熱爐用焦爐煤氣加熱)。熱煙氣進入SCR 反應(yīng)器,與加入的脫硝劑(液氨)在催化劑作用下進行選擇性還原反應(yīng),達到高效脫硝目的。脫硝后的潔凈煙氣進入GGH,加熱原煙氣,從GGH 出來的潔凈煙氣經(jīng)余熱鍋爐加熱冷水,回收熱能后,進入煙囪排至大氣(見圖2)。
該脫硝工藝裝置主要由GGH(煙氣一煙氣換熱器)、煙氣加熱爐、余熱鍋爐、SCR 反應(yīng)器、氨站等組成。
3)高溫脫硝工藝特點。
①脫硝效率可達70%,能夠滿足150mg/m3 排放標準。
②脫硝效率穩(wěn)定,對低NOx 排放有更穩(wěn)定的脫硝能力。
③一般SCR 脫硝系統(tǒng)的最佳反應(yīng)溫度為350℃,為此設(shè)置了煙氣一煙氣換熱器GGH,讓SCR出口350℃凈化后的煙氣與180℃原焦爐煙氣換熱,使原焦爐煙氣升高至350℃,減少COG 燃料的消耗量,極大地降低了系統(tǒng)能耗。
④為使進入SCR 反應(yīng)器的原焦爐煙氣達到最佳脫硝溫度(320-370℃),系統(tǒng)還設(shè)置一套以焦爐煤氣或高爐煤氣為主燃料的加熱爐。從加熱爐出來的煙氣溫度為700-800℃,和原焦爐煙氣進行混合加熱,將欲脫硝的焦爐煙氣溫度升高至350℃。
⑤設(shè)置了一套余熱鍋爐系統(tǒng)。從GGH 出來的潔凈煙氣溫度為200℃,進入余熱鍋爐,將冷水(20℃)加熱至100℃,生產(chǎn)熱水用于采暖或供熱,達到節(jié)能降耗目的。
⑥SCR 反應(yīng)器系統(tǒng)采用蜂窩波紋板式催化劑;布置形式為“2+1”,即兩層運行一層預(yù)留;脫硝劑為液氨;最佳反應(yīng)溫度約320℃;催化劑能承受運行溫度400℃不少于5h,且不產(chǎn)生任何損壞。SCR 反應(yīng)器設(shè)置一套氨/煙氣混合均布系統(tǒng)。
4)投資與操作成本。
裝置占地面積為95m×20m;裝置投資費用約7720 萬元(對應(yīng)247 萬噸/年焦炭產(chǎn)能);噸焦投資成本為31.3 元;噸焦脫硝操作成本約12.8 元。
3SICS 法催化氧化(有機催化法)脫硫脫硝工藝
1)有機催化法脫硫脫硝原理。
利用有機催化劑L 中的分子片段與亞硫酸結(jié)合形成穩(wěn)定的共價化合物,有效地抑制不穩(wěn)定的亞硫酸的逆向分解,并促進它們被持續(xù)氧化成硫酸,催化劑隨即與之分離。生成的硫酸在塔底與加入的堿性物質(zhì)如氨水等快速生成高品質(zhì)的硫酸銨化肥,其反應(yīng)原理和過程與工業(yè)硫酸銨化肥的生產(chǎn)相似。該過程反應(yīng)式如下:
SO2+H2O→H2SO3 (6)
H2SO3+L→L·H2SO3 (7)
L·H2SO3+O2→L+H2SO4 (8)
H2SO4+NH3→(NH4)2SO4 (9)
脫硝與脫硫原理相類似,當加入強氧化劑(臭氧或雙氧水)時,NO 轉(zhuǎn)化為亞硝酸(HNO2)。有機催化劑促進它們被持續(xù)氧化成硝酸,隨即與之分離。加入堿性中和劑(氨水)后可制成硝酸銨化肥。
2)工藝流程。
焦爐煙氣先經(jīng)過臭氧氧化,煙氣溫度小于150℃,然后進入脫硫塔,煙氣中的SO2 和NOx 溶解在水里分別生成H2SO3 和HNO2。有機催化劑捕捉以上兩種不穩(wěn)定物質(zhì)后形成穩(wěn)定的絡(luò)合物L(fēng)·H2SO3 和L·HNO2,并促使它們被持續(xù)氧化成H2SO4 和HNO3,催化劑隨即與之分離。生成的H2SO4 和HNO2 很容易被堿性溶液吸收,這樣就在一個吸收塔內(nèi)同時完成了脫硫和脫硝(見圖3)。
該工藝由以下系統(tǒng)組成:
煙氣系統(tǒng):由焦爐引出焦爐煙氣,經(jīng)過化肥液體及噴水降溫,由200℃降低到150℃以下,以適應(yīng)臭氧反應(yīng)溫度低于150℃的要求。
吸收系統(tǒng):煙氣自下而上進入吸收塔,循環(huán)漿液自上而下噴淋,煙氣和循環(huán)漿液直接接觸,完成捕捉過程,處理后的潔凈氣體經(jīng)過除霧器除霧后,排至煙囪。
脫硝氧化系統(tǒng):提供能氧化NO 的氧化劑——臭氧。臭氧經(jīng)過煙道內(nèi)混合器后與煙氣中的NO充分混合,將其氧化成易溶解的氮氧化物,進入吸收塔后被吸收得以去除。
鹽液分離及化肥回收系統(tǒng):吸收塔里漿液化肥濃度達到30%左右時,開啟漿液排出泵,將其送入過濾器,分離出其中的灰塵。然后漿液進入分離器,將有機催化劑和鹽液分開。催化劑返回吸收系統(tǒng)循環(huán)利用,鹽液則進入化肥回收系統(tǒng)。
氨水儲存供給系統(tǒng):將氨送入吸收塔進行脫硫脫硝。
催化劑供給系統(tǒng):捕捉漿液中不穩(wěn)定的H2SO3 和HNO2 后形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,在氧化空氣下將其持續(xù)氧化成H2SO4 和H2NO3,與堿液生成硫酸銨和硝酸銨。
3)工藝特點。
①脫硫效率>99%,脫硝效率>85%;氨回收利用率>99.0%。
②在同一系統(tǒng)中可同時實現(xiàn)脫硫、脫硝、脫重金屬汞、二次除塵等多種煙氣減排效果。
③對煙氣硫分適應(yīng)強,可用于150-10000mg/Nm3 甚至更高的硫分,因此,可使用高硫煤降低成本。
④整個過程無廢水和廢渣排放,不產(chǎn)生二次污染。同時凈煙氣中NH3 含量小于8mg/Nm3(完
全滿足環(huán)保部NH3<10mg/Nm3 的要求)。
⑤催化劑使用壽命可長達15 年。
⑥運行成本低(據(jù)某鋼廠統(tǒng)計噸焦運行成本不超過2 元)。
⑦通過增加催化劑,提高亞硫酸銨的氧化效率,運行pH 值低于氨法脫硫,能有效抑制氨的逃逸(≤1%)。
⑧可實現(xiàn)焦爐煙氣低溫脫硝(目前國內(nèi)普遍使用的SCR 屬于高溫脫硝),減少對設(shè)備的腐蝕。
⑨對煙氣條件的波動性有較強的適應(yīng)能力。
⑩副產(chǎn)品硫銨質(zhì)量達標,且穩(wěn)定。
4)投資與操作成本。
對于110 萬噸/年焦炭產(chǎn)能而言,SICS 裝置的運行指標、投資及操作成本見表1。
4 活性炭,焦脫硫脫硝工藝
1)活性炭/焦脫硫脫硝原理。
根據(jù)涪性焦的吸附特性和催化特性,煙氣中SO2、O2 及水蒸氣分別吸附在活性焦表面,經(jīng)過表面反應(yīng)生成H2SO2 吸附在活性焦微孔中,從而達到煙氣脫硫的效果。
2SO2+O2+2H2O→2H2SO4 (10)
活性焦脫硝主要利用活性焦的催化性能進行選擇性催化還原(SCR)反應(yīng),在還原劑(NH3)的作用下將NO 還原為N2。反應(yīng)式見式(3)和式(4)。
活性焦再生機理:將吸附SO2 飽和的活性焦加熱到400-500℃,蓄積在活性焦中的硫酸或硫酸鹽分解脫附,產(chǎn)生的主要分解物是SO2、N2、CO2、H2O,其物理形態(tài)為高濃度的SO2 氣體。再生反應(yīng)能夠恢復(fù)活性焦的活性,而且其吸附和催化能力不但不會降低,還會得到提高。
2)工藝流程。
焦爐煙氣在煙道總翻板閥前被引風(fēng)機抽取進入余熱鍋爐,煙氣溫度從180℃降低至140℃,
然后進入活性炭脫硫脫硝塔,在塔內(nèi)先脫硫、后脫硝,煙氣從塔頂出來經(jīng)引風(fēng)機送回煙囪排放(見
圖4)。從塔底部出來的飽和活性炭進入解析塔,SO2 等氣體出來后送化工專業(yè)處理,再生后的活性炭重新送入反應(yīng)塔循環(huán)使用。
該工藝主要由熱力余熱鍋爐、活性炭脫硫脫硝塔、引風(fēng)機、解析塔、熱風(fēng)爐及氨系統(tǒng)等組成。
3)工藝特點。
①SO2 脫除效率可達98%以上,NOx 脫除效率可達80%以上,同時粉塵含量小于15mg/m3。
②實現(xiàn)脫除SO2、NOx 和粉塵一體化,脫硫脫硝共用一套裝置。
③煙氣脫硫反應(yīng)在120-180℃進行,脫硫后煙氣排放溫度120℃以上,不需增加煙氣再熱系統(tǒng)。
④運行費用低,維護方便,系統(tǒng)能耗低(每萬立方米焦爐煙道氣耗能約2.51kgce,相當于噸焦脫硫脫硝耗能為0.587kgce)。
⑤工況適應(yīng)性強,基本不消耗水,適用于水資源缺乏地區(qū);能適應(yīng)負荷和煤種的變化,活性焦來源廣泛。
⑥無廢水、廢渣、廢氣等二次污染產(chǎn)生;資源回收、副產(chǎn)品便于綜合利用。
4)投資與操作成本。
兩套活性炭焦爐煙道氣凈化裝置(處理煙氣量2×40m3/h、年焦炭產(chǎn)能2×150 萬噸)的工程投
資費用為1.05 億元,噸焦投資成本約35 元;噸焦脫硫脫硝操作成本約13 元。以上焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)的噸焦投資成本和操作成本的對比,見表2。
本書圍繞煙氣脫硫脫硝這一主題,在簡要闡述我國二氧化硫和氮氧化物控制戰(zhàn)略與控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,著重介紹了煙氣脫硫脫硝技術(shù)理論基礎(chǔ),濕法、半干法和干法煙氣脫硫技術(shù)與設(shè)備,干法、濕法煙氣脫硝及煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)與設(shè)備,以及煙氣脫硫脫硝工程建設(shè)管理。對應(yīng)用較廣的煙氣脫硫脫硝技術(shù),在相關(guān)章節(jié)給出了工程應(yīng)用實例。
本書可供從事大氣污染控制的管理、研發(fā)和工程技術(shù)人員參考,也可作為高等院校環(huán)境工程、熱能與動力工程、化學(xué)工程、火力發(fā)電等專業(yè)師生的參考書。