蒸汽余熱鍋爐系統(tǒng)的煙氣凈化

李 巖

（黑龍江省冶金設(shè)計規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 工程概況

山東某化工有限公司是一家以煅燒石油焦生產(chǎn)經(jīng)營為主體的股份制企業(yè)。公司規(guī)劃建設(shè)2×150kt/a針狀焦原料預(yù)處理裝置、100kt/a針狀焦聯(lián)合裝置及相應(yīng)公用工程配套設(shè)施。煅燒石油焦在生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓瑸槌浞掷糜酂幔?jié)約能源，設(shè)計余熱蒸汽鍋爐進(jìn)行熱回收，并對冷凝煙氣進(jìn)行脫硫除塵處理，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 煅燒煙氣凈化

石油焦煅燒煙氣中含有SO2、粉塵等有害物質(zhì)，需凈化處理。本設(shè)計采用凈化效率較高、流程簡單的水浴脫硫除塵凈化方案。

2.1 設(shè)計基本參數(shù)

煅燒石油焦產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐利用生產(chǎn)蒸汽后，煙氣的基本參數(shù)如下：煙氣量：48000～52000 Nm3/h；煙氣出口溫度：120～200℃（最高）；煙氣出口負(fù)壓：1500～2500Pa（最高）；SO2含量：≤212.6mg/m3；粉塵含量：100mg/m3；NOX 含量：140～160mg/Nm3；煙氣成分：CO2：6.9%；H2O：10.0%；O2：8.4%；N2：74.7%。

2.2 煙氣凈化方案及流程

回轉(zhuǎn)窯煅燒針狀石油焦和燃燒爐焚燒碳塵產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐換熱利用，煙氣溫度從1100℃降低到180℃左右，煙氣中含有SO2、NOX和少量的煙塵，經(jīng)計算煙氣中的煙塵含量為100mg/m3，SO2含量為212 mg/m3，NOX 含量：140～160mg/Nm3。煙氣中的 NOX 含量滿足《山東省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/2374-2013）表2中的排放濃度限值的要求，不需處理，本項目主要對煙氣中含有SO2和煙塵采取凈化措施。

本工程采用“預(yù)除塵器、雙堿法脫硫除塵”的混合法凈化流程對余熱鍋爐排放煙氣進(jìn)行處理。煅燒煙氣先經(jīng)高效密集干式陶瓷多管除塵器除去其中的大顆粒煙塵，再由水浴脫硫除塵器進(jìn)一步脫除煙氣中的微細(xì)煙塵和SO2，水浴脫硫除塵器屬于濕法除塵，半干法出灰，集除塵脫硫、煙氣分離和出灰泥為一體，自上而下分為水膜除塵段、XL型部件脫硫段和除霧段三部分。水浴脫硫除塵器煙氣凈化流程如下：

全流程分為兩級凈化系統(tǒng)和兩級脫水除霧系統(tǒng)。第一級（下段）：煙氣經(jīng)水膜除塵段除塵后，灰水經(jīng)沉渣池澄清，澄清水循環(huán)返回用于水膜除塵。第二級（中段）：除塵后煙氣自下而上穿過XL型脫硫部件，與來自脫硫循環(huán)池內(nèi)的中間產(chǎn)物亞硫酸鈣懸浮液充分逆流接觸，脫除煙氣中的SO2并進(jìn)一步脫除細(xì)塵。完成脫硫后的懸浮液絕大部分返回脫硫循環(huán)池，少部分由控制地進(jìn)入沉渣池，并將生成的鈣硫渣沉淀分離。新鮮石灰乳不斷補(bǔ)入脫硫循環(huán)池，以保證池內(nèi)石灰乳的流量平衡和質(zhì)量平衡。第三級（上段）：脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器脫水后，從主體設(shè)備進(jìn)入副塔，完成第一步脫水除霧過程。第四級（副塔）：進(jìn)入副塔的煙氣經(jīng)高效汽水分離器進(jìn)行二次脫水除霧，并引煙氣至下部進(jìn)入引風(fēng)機(jī)后排放至煙囪。脫硫除塵系統(tǒng)見附圖1。

采用雙堿法脫硫除塵，雙堿法脫硫是采用NaOH和石灰（氫氧化鈣）兩種堿性物質(zhì)做脫硫劑的脫硫方法。脫硫設(shè)置一個循環(huán)池，NaOH和石灰與除塵脫硫過程中捕集下來的煙灰同在一個循環(huán)池內(nèi)混合，在清除循環(huán)水池內(nèi)的灰渣時煙灰、反應(yīng)生成物亞硫酸鈣、硫酸鈣及石灰渣和未完全反應(yīng)的石灰同時被清除。

雙堿法脫硫的化學(xué)反應(yīng)式為：2NaOH+SO2=NaSO3+H2O； 2NaOH+CO2=NaCO3+H2O；NaCO3+SO2=Na2SO3+CO2；CaO+H2O=Ca（OH）2；Ca（OH）2+SO2=CaSO3+H2O；

雙堿法水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程：清水池一次性加入氫氧化鈉溶劑制成溶液（循環(huán)水），用泵打入脫硫除塵器進(jìn)行脫硫，生成的三種中間產(chǎn)物均溶于水。在脫硫過程中，煙氣夾雜的煙道灰同時被循環(huán)水濕潤而捕集進(jìn)入循環(huán)水，從脫硫除塵器排出的循環(huán)水變?yōu)榛宜ㄏ』覞{）。一起流入沉淀池，煙道灰經(jīng)沉淀池定期清除，上層清液溢流進(jìn)入反應(yīng)池與投加的石灰進(jìn)行反應(yīng)，置換出氫氧化鈉溶液在循環(huán)水中，同時生成亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等，可通過沉淀形成泥餅，回收制造水泥等。

圖1

為了保證設(shè)備的高效運(yùn)行，減輕設(shè)備運(yùn)行負(fù)擔(dān)，在此設(shè)備的前端增設(shè)XZTD-20型高效密集干式陶瓷多管除塵器1臺，以減少水浴脫硫除塵器的磨損并延長其使用壽命。XZTD-20型陶瓷多管除塵器的煙氣處理量L=60000m3/h，系統(tǒng)阻力P=650～900Pa，除塵效率η＞95%，黑度＜1級；ST-FGD型水浴脫硫除塵器的煙氣處理量L=50000m3/h，系統(tǒng)阻力P＜1000Pa，除塵效率η≥98%，除硫效率 η（S）≥85～95%，黑度＜1級，凈化后煙氣含塵濃度為 10mg/Nm3＜20mg/Nm3，SO2濃度為 10.6～31.8mg/Nm3＜50mg/Nm3，煙氣排放符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排入大氣，煙氣排放溫度為210℃，引風(fēng)機(jī)型號為Y4-73No.16D，風(fēng)量L=85571～119330m3/h，壓力 P=2293～2200Pa，電功率 N=132kW，風(fēng)機(jī)配設(shè)變頻調(diào)速裝置，可機(jī)旁控制和煅燒控制室控制。脫硫過程中50000m3/h的煙氣中，0.1%的SO2排放量為10.63kg/h，6.9%的CO2排放量為966kg/h，雙堿法脫硫除塵根據(jù)上述化學(xué)反應(yīng)式，其中，NaOH的分子量為40，SO2的分子量為80，CO2的分子量為44，根據(jù)SO2和CO2的每小時質(zhì)量，NaOH的消耗量按過量5%計算，折算NaOH和石灰消耗量如下：

NaOH=（80×10.63/64+80×966/44）×105%=1858kg/h，脫硫過程中由于NaOH的轉(zhuǎn)換實(shí)際消耗是石灰，故CaO=（56/80）×1858=1300kg/h。

干式除塵器收集的灰渣設(shè)置渣倉，濕式除塵器收集的灰渣經(jīng)灰渣池沉淀后形成泥餅，灰渣和泥餅的主要成分為亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等，可回收利用制作內(nèi)燃轉(zhuǎn)、水泥等，也可汽車定期外運(yùn)。

3 結(jié)語

余熱鍋爐排放煙氣經(jīng)高效密集干式陶瓷多管除塵器和水浴脫硫除塵器聯(lián)和凈化處理后，除去殘留在煙氣中煙塵和SO2，凈化后的煙氣由40m煙囪排入大氣。SO2的凈化效率為90%～95%，處理后為32mg/Nm3，粉塵的凈化效率為92%～98%，處理后為，20mg/Nm3，各種污染物的排放濃度均低于《山東省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/2374-2013）表2中的燃煤鍋爐排放濃度限值和《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB9078-1996規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)限值，達(dá)到理想的處理效果。