搗固焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)研究

楊付奎

摘 要：本文深入分析了常見的搗固焦爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)，包括濕法、干法和半干法脫硫技術(shù)和納米陶瓷低溫脫硝SCR法脫硝技術(shù)，并深入研究了各工藝技術(shù)工藝流程和應(yīng)用優(yōu)勢，以期為煤化工生產(chǎn)企業(yè)提供有益的指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：搗固焦爐;脫硫工藝;脫硝工藝

1 搗固爐煙氣脫硫、脫硝技術(shù)概述

1.1 搗固爐脫硫技術(shù)概述

當前，國內(nèi)煙氣脫硫技術(shù)主要包括三種，濕法煙氣脫硫技術(shù)、干法煙氣脫硫技術(shù)和半干法煙氣脫硫技術(shù)，各技術(shù)原理和特點主要為：①濕法煙氣脫硫技術(shù)是在脫硫塔中注入液態(tài)脫硫劑與煙氣發(fā)生化學反應(yīng)，實現(xiàn)煙氣硫元素的洗滌、吸收和脫除。由于濕法煙氣脫硫技術(shù)過程會產(chǎn)生鹽顆粒，并經(jīng)煙氣排放到空氣形成PM2.5顆粒物，對生態(tài)環(huán)境具有二次污染作用，因此，濕法煙氣脫硫技術(shù)在煤化工行業(yè)中應(yīng)用較少;②干法煙氣脫硫技術(shù)是以無液相物質(zhì)介入脫硫反應(yīng)，在干燥環(huán)境下進行的煙氣脫硫技術(shù)。干法脫硫技術(shù)具有耗水量少、無污水排出、設(shè)備腐蝕性小等特點，經(jīng)脫硫后的煙氣溫度無顯著下降，有利于煙氣熱量回收利用。在干法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用中，可直接向裝置內(nèi)噴涂脫硫劑進行脫硫，相關(guān)研究表明干法煙氣脫硫效果可達到90%～95%;③半干法煙氣脫硫技術(shù)是將脫硫液霧化滴入脫硫塔中，通過與煙氣中SO2發(fā)生化學反應(yīng)，生成干粉狀脫硫灰。由于煙氣溫度較高，脫硫液中水汽經(jīng)加熱蒸發(fā)，因此，該方法不會對環(huán)境造成二次污染，能夠取得良好的脫硫效果。

1.2 搗固爐脫硝技術(shù)概述

當前，在煤化工搗固爐煙氣脫硝方法主要采用燃燒后脫氮技術(shù)，通過選擇性催化還原（SCR）法或非選擇性催化還原（SNCR）方法，實現(xiàn)煙氣脫硝。各技術(shù)原理為：①SCR法是在250～450℃下，通過SCR催化劑選擇性與煙氣中NO2發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)N2和H2O，從而達到脫硝的目的。根據(jù)相關(guān)研究，在煙氣溫度大于255℃情況下，SCR脫硝方法脫硝率可達到90%以上;②SNCR法是以還原劑作為反應(yīng)原料，在特定溫度下，還原劑與煙氣中的NO2發(fā)生化學反應(yīng)，最終生成N2和H2O的脫硝技術(shù)。SNCR法反應(yīng)溫度一般控制在800～1000℃，將混入NH3、H2O的還原劑噴入煙氣中，還原劑受熱分解為NH3，并與煙氣中NO2發(fā)生化學反應(yīng)，生成N2和H2O。根據(jù)相關(guān)研究，在實驗室條件下，SNCR法脫硝效率可達到75%以上，但在實際應(yīng)用中，由于還原劑易出現(xiàn)泄露損耗等問題，導(dǎo)致實際脫硝效率下降。

綜上所述，在搗固爐脫硫技術(shù)選擇時，由于濕法煙氣脫硫技術(shù)對環(huán)境具有二次污染作用，本研究不考慮采用，僅對干法脫硫和半干法脫硫技術(shù)方案進行對比研究。在脫硫劑選擇方面，常用的脫硫劑包括Ca基和Na基脫硫劑，但由于Ca基脫硫劑容易堵塞管路，因此，本研究選用成本相對較高的Na基脫硫劑。在脫硝技術(shù)選擇方面，由于SNCR方法脫硝效率較低，且其反應(yīng)產(chǎn)生的N2O對環(huán)境具有一定的破壞作用，因此，本研究選用SCR法脫硝技術(shù)方案。脫硝劑選用專用納米陶瓷低溫脫硝催化劑。

2 搗固焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術(shù)試驗研究

2.1 煙氣脫硫技術(shù)試驗

2.1.1 干法脫硫工藝流程

干法脫硫系統(tǒng)由干法脫硫塔、干法脫硫劑粉倉、變頻挨給料機、格式給料閥和干法脫硫劑給料風機組成。本系統(tǒng)工藝流程為：脫硫劑粉倉中NaHCO3經(jīng)給料閥進入給料機中，給料機按比例將脫硫劑輸送到煙氣管道中進行脫硫反應(yīng)。脫硫塔為立式塔，搗固爐煙氣自塔的下部進入，自塔頂流出，塔中部為脫硫反應(yīng)段，反應(yīng)段設(shè)有脫硫劑噴掃口，脫硫劑經(jīng)風機加壓后輸入至脫硫反應(yīng)器反應(yīng)段，使脫硫劑與煙氣充分混合、膨化。脫硫劑在脫硫塔系統(tǒng)總流動，經(jīng)脫硝系統(tǒng)時被除塵器布袋捕集，集聚形成粉塵層，避免粉塵顆粒物造成二次污染，符合煙氣改造系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)要求。

2.1.2 半干法噴霧脫硫工藝流程

本系統(tǒng)由半干法脫硫塔、雙流體霧化器、半干法脫硫制備裝置、脫硫液泵等組成。工藝流程為：在脫硫液配液罐中按一定溶解度將Na2CO3粉劑配置成脫硫溶液，并將脫硫溶液輸送至儲罐內(nèi)保溫攪拌，借助注劑泵注入至脫硫塔反應(yīng)段，通過雙流體噴嘴霧化裝置高壓霧化，由于霧化脫硫溶液噴射速度可達100m/s～340m/s，而霧化液體速度小于2m/s，能夠確保霧化脫硫溶液與煙氣充分接觸，脫硫溶液在氣體的沖擊下形成霧狀小液滴。脫硫溶液液滴經(jīng)煙氣高溫蒸發(fā)后成為干粉脫硫劑，并經(jīng)脫硝系統(tǒng)時被袋狀脫硝催化劑捕集，逐漸形成粉塵層，與煙氣中SO2繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。

經(jīng)實驗研究，干法煙氣脫硫工藝和半干法煙氣脫硫工藝均能實現(xiàn)顆粒物捕集、回收和利用，煙氣帶出的顆粒物量小于15mg/Nm3，符合國家有關(guān)顆粒物排放標準要求。經(jīng)脫硝袋狀脫硝催化劑捕集的顆粒留存于布袋表層，經(jīng)壓縮空氣吹掃清灰后落入灰斗內(nèi)，經(jīng)格式排料閥排出。

2.2 搗固爐SCR法脫硝技術(shù)研究

本研究中，脫硝系統(tǒng)主要包括脫硝塔、清灰系統(tǒng)、噴氨系統(tǒng)、單倉熱解系統(tǒng)和煙道廢氣加熱系統(tǒng)組成。搗固爐煙氣經(jīng)脫硫和噴氨處理后，煙氣溫度約為160℃，在煙氣進入脫硝系統(tǒng)前加設(shè)燃氣熱風爐加熱煙氣至220℃。脫硝反應(yīng)器采用長方形鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，煙氣自反應(yīng)器下部進入，自上部排出，入口處設(shè)置導(dǎo)流板，脫硝反應(yīng)器采用模塊化倉室結(jié)構(gòu)，各倉室設(shè)置檢查門和可拆卸測試元件，可通過閥門啟閉實現(xiàn)催化劑的投用、維修、更換等操作。本研究中，脫硝還原劑為NH3，可在催化劑與煙氣中NO2發(fā)生反應(yīng)，生成N2和H2O，實現(xiàn)NO2的脫除。

2.3 脫硫脫硝技術(shù)效果分析

在試驗條件一定的情況下，分析搗固爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)效果：①干法脫硫過程中，調(diào)節(jié)干粉輸送風機頻率調(diào)節(jié)脫硫劑給劑量，煙氣溫度控制在180～300℃范圍內(nèi)。經(jīng)試驗研究，干法脫硫系統(tǒng)中，隨煙氣溫度升高，干法脫硫系統(tǒng)脫硫效果越明顯，而后呈下降趨勢，經(jīng)試驗研究，干法煙氣脫硫工藝最佳操作溫度為235～255℃，溫度過高則容易引起NaHCO3和Na2CO3出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致脫硫效率下降。從堿硫比來看，當堿硫比小于1時，脫硫效率隨脫硫劑輸入量而上升;當堿硫比大于1時，脫硫率趨于平緩，脫硫劑利用率下降，因此，綜合成本和脫硫率，可以1.5～2作為最佳堿硫比。在最佳操作溫度范圍和堿硫比條件下，采用干法煙氣脫硫工藝脫硫率可達到80～85%;②半干法煙氣脫硫工藝。以20%濃度碳酸鈉溶液作為脫硫劑，脫硫塔入口溫度為180℃條件下，煙氣駐留時間越長則脫硫效率上升，但脫硫時間過長將導(dǎo)致煙氣中硫元素溶于液體中形成“煙雨”現(xiàn)象，并出現(xiàn)堵管和設(shè)備腐蝕問題，脫硫塔出口煙氣接近飽和溫度，導(dǎo)致大量未反應(yīng)完全的液滴經(jīng)煙氣帶出造成二次污染。經(jīng)本研究表明，在半干法煙氣脫硫系統(tǒng)中，最低出口溫度為115℃。半干法煙氣脫硫系統(tǒng)堿硫比與干法煙氣脫硫系統(tǒng)一致，以1.5～2為最賤堿硫比。經(jīng)試驗研究，采用半干法煙氣脫硫技術(shù)脫硫率可達到90%左右，滿足國家標準要求;③納米陶瓷低溫脫硝SCR法脫硝。在180～240℃操作溫度條件下，研究表明，由于催化劑對溫度要求較高，脫硝效率隨溫度上升而提高，催化劑溫度達到240℃時，脫硝效率可達到85%。同時，以NH3作為還原劑情況下，為避免多余的氨氣逸出，應(yīng)脫硝塔出口前增設(shè)除氨工段，保障在噴氨過量的情況下氨逃逸不會過高。經(jīng)本試驗研究，采用SCR法脫硝技術(shù)脫硝率可達到90%左右，滿足國家相關(guān)標準要求。

3 結(jié)語

本文在研究煤化工搗固爐脫硫脫硝工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，并通過試驗研究分析了煙氣脫硫技術(shù)和脫硝技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，經(jīng)試驗研究，半干法煙氣脫硫技術(shù)和納米陶瓷低溫脫硝SCR法脫硝技術(shù)可滿足國家標準要求，能夠改善搗固爐煙氣脫硫脫硝排放要求，對搗固爐技術(shù)改造升級具有重要指導(dǎo)意義。

參考文獻：

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