煅后焦裝置中如何加強余熱鍋爐的煙氣凈化

劉闖(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

1 煅后焦裝置中余熱鍋爐的煙氣凈化的研究背景

自改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展水平迅速地提升，但是也帶來了巨大的環(huán)境問題。我國的經(jīng)濟發(fā)展正在面臨轉(zhuǎn)型期，工業(yè)企業(yè)必須推進清潔化生產(chǎn)，降低自身對于區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境的影響程度，因此我國省市出臺了相應的政策，對于工業(yè)的排放標準進行了嚴格的規(guī)定。企業(yè)必須根據(jù)各個省市的標準要求制定相應的計劃，從而促進自身在新的時期的發(fā)展。中海油惠州石化有限公司根據(jù)《廣東省地方排放標準-大氣污染物排放限值》排放標準制定2017年環(huán)境監(jiān)測計劃，要求40萬噸/年煅后焦裝置2020年9月以后粉塵排放濃度為10 mg/m3，SO2排放濃度100 mg/m3，NOx排放濃度100 mg/m3。但是，在當前發(fā)展階段裝置自身無法達到這個標準，由于該裝置當時根據(jù)國家排放標準(對NOx排放未作要求)僅設計了半干法脫硫及布袋除塵，粉塵排放濃度為20～50 mg/m3，SO2排放濃度300～350 mg/m3，NOx排放濃度120～160 mg/m3。排放量過大使得裝置無法在取得經(jīng)濟效益的同時取得更高的社會效益。因此，本裝置必須對自身的工藝進行創(chuàng)新和優(yōu)化，所以本文就煅后焦裝置中如何加強余熱鍋爐的煙氣凈化進行了研究，希望可以為相關部門進行相關工作提供有效的建議。

煅后焦是中低硫含量石油焦在1250～1350 ℃高溫煅燒除掉水分、揮發(fā)份等小分子物資，自身密度、穩(wěn)定性得到進一步提升的碳素材料，是制備鋁行業(yè)陽極制品、其他行業(yè)石墨電極、增炭劑等的基本原料。煅后焦主要用于生產(chǎn)石墨電極、碳素制品、金剛砂、食品級磷工業(yè)、冶金工業(yè)及電石等。而石墨電極以及鋁行業(yè)陽極制品則是最為常見的用途。在實際生產(chǎn)的過程中，煅后焦的煙氣會產(chǎn)生大量的硫化物、硝化物等有害氣體，因此工業(yè)企業(yè)必須引用相應的工藝進行生產(chǎn)，從而保證后續(xù)工作的進行。

本裝置在生產(chǎn)的過程中，會產(chǎn)生大量的廢棄物，通過對煙氣的實際情況進行研究，不難發(fā)現(xiàn)其中硫化物和硝化物的排放量遠遠的高于規(guī)定的現(xiàn)行標準。其中，煙氣中硫化物濃度為800 mg/m3，最高達2000 mg/m3，而NOx的排放量為200 mg/m3，最高達 250 mg/m3，粉塵濃度達為31.7 kg/h，最高達182 kg/h，這種超額排放會對區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境造成影響，因此需要在其中安裝相應的凈化設施，從而降低在生產(chǎn)的過程中的污染物的排放量，提升裝置自身的環(huán)保系數(shù)，從而保證后續(xù)工作的進行。

另外，余熱鍋爐自身具有比較豐富的利用價值，為了保證實現(xiàn)余熱的回收利用，我國已經(jīng)針對這種措施進行了研究工作，從而實現(xiàn)了資源的再利用。

因此，煅后焦裝置中加強余熱鍋爐的煙氣凈化的工藝對于傳統(tǒng)的處理方式進行了改變和優(yōu)化，大大提升了煙氣處理的效率和實際效果，使得煙氣可以實現(xiàn)有效的應用，其中的硫化物等有害氣體得到了有效的處理，從而保證工業(yè)的清潔化生產(chǎn)，其具體的應用流程為：

本裝置利用本公司焦化裝置生產(chǎn)的中低硫含量的石油焦在回轉(zhuǎn)窯里預熱、加熱到既定的溫度，熱源來自于石油焦煅燒過程中揮發(fā)的可燃氣體以及噴入的重油。回轉(zhuǎn)窯配置三次風機提供空氣以供物料中揮發(fā)份充分燃燒。回轉(zhuǎn)窯排料端設有燃燒罩。重油與燃燒風混合進入燃燒室燃燒，提供煅燒熱量。

這種工藝下，共有大概140 000 m3/h(單臺)煙氣從余熱鍋爐裝置排出，其中排出來的煙氣溫度約160 ℃。由于氣體溫度較熱，因此需要從底部進入脫硫塔，使得其與裝置內(nèi)部已經(jīng)加入的吸收劑、循環(huán)脫硫灰充分預混合，進行初步的脫硫反應，然后通過反應器底部的文丘里管的加速，吸收劑、循環(huán)脫硫灰受到氣流的沖擊作用而懸浮起來，形成流化床，進行第二步充分的脫硫反應。通過幾次循環(huán)利用可以對煙氣中的硫化物、粉塵等進行處理，從而保證硫化物的實際排放效果。

2 煅后焦裝置中加強余熱鍋爐的煙氣凈化的工藝

煙氣凈化的目的是徹底消除內(nèi)部的硫等有害氣體，從而避免工業(yè)生產(chǎn)對區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境造成影響，危害我國的生態(tài)文明建設。

煅后焦裝置中加強余熱鍋爐的煙氣凈化的重點就是脫硫、脫硝及除塵，從而降低工業(yè)廢氣對于工業(yè)的危害程度，因此該裝置利用專門用于工業(yè)窯爐煙氣脫硫除塵的“LJG工業(yè)窯爐新型高效干法脫硫除塵一體化工藝”以及兩級聯(lián)合脫硝方案，對煙氣中存在的SO2、NOx和粉塵進行綜合治理，并且保證實際事例的效果。

煅后焦裝置煙氣脫硫脫硝除塵一體化工程采用兩爐一塔串聯(lián)布置，并且在其中配套使用兩套SNCR脫硝裝置，一套脫硫除塵一體化裝置及一套COA協(xié)同脫硝裝置，與鍋爐采用串聯(lián)布置方式。具體而言，煅后焦裝置中加強余熱鍋爐的煙氣凈化需要按照一定的工藝流程進行工作，從而保證煙氣凈化的實際效果，具體工藝流程如圖1所示。

具體來說凈化煙氣的工藝主要是由脫硝、脫硫吸收塔、布袋除塵器、吸收劑制備及供應、物料循環(huán)、工藝水系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)等部分組成，并且在其中預留吸附劑(活性炭)脫重金屬系統(tǒng)接口，以解決在實際應用中可能出現(xiàn)的問題。保證該工業(yè)的實際應用效果。

圖1 煙氣凈化工藝流程

實際上在應用的過程中通過該種工藝對于煙氣中存在的有害物質(zhì)以及有害氣體進行及時的處理，其化學反應原理如下：

脫硝反應(以氨水為還原劑)：

脫硫反應：

以上是該工藝有效地發(fā)揮作用的實際工作原理，而具體的工藝流程的運轉(zhuǎn)方式如同下文闡釋：

SNCR+COA新型煙氣脫硫脫硝一體化技術。其中SNCR為高溫脫硝，通過將還原劑噴入爐膛或者反應區(qū)間的煙道，對氮氧化物進行還原降低NOx排放；COA低溫脫硝為專利技術，通過在干法脫硫塔添加脫硝劑，將煙氣中NO氧化成NO2后，再與鈣基吸收劑反應吸收。通過兩級逐級脫硝，滿足NOx的排放標準。

首先余熱鍋爐排出的煙氣進入吸收塔，在吸收塔內(nèi)部將煙氣和吸收劑、循環(huán)脫硫灰進行充分預混合，在其內(nèi)部產(chǎn)生初步的脫硫反應，在這一區(qū)域主要完成吸收劑與煙氣中容易發(fā)生反應的物質(zhì)進行相應的化學反應，從而完成初步處理的工序。這種方法是對煙氣進行初步處理，為了保證其排放標準可以和國家標準相符合，需要進行后續(xù)的處理。

煙氣在進行第一次脫硫處理后，通過文丘里管循環(huán)流化床，由于氣流的影響，物料以及其他物質(zhì)產(chǎn)生強烈的湍流和混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物，絮狀物和解體的不斷激烈的湍流氣舉，形成一個循環(huán)流化床鍋爐的粒子流動代碼(PFC)，內(nèi)圈為氣固間滑移速度，單粒間滑移率高達幾十倍；吸收塔頂部的結構進一步增強了絮凝體的返出，進一步增加了塔內(nèi)顆粒的床層密度，使床層內(nèi)Ca/S比顯著增大。循環(huán)流化床內(nèi)的氣固兩相流動機制大大加強了氣固間的傳質(zhì)傳熱，為實現(xiàn)高脫硫率提供了根本保證。

LJG系統(tǒng)在此時有效地發(fā)揮作用，在不增加吸附劑前提下，利用循環(huán)流化床中的鈣基吸收劑物料顆粒來實現(xiàn)對重金屬的部分脫除，這些物料具有高密度、表面積大、激烈湍動的特點，可以在實際應用中有效地發(fā)揮作用。之后借助脫硫系統(tǒng)配套的除塵裝置對附著在Ca(OH)2和飛灰細顆粒表面上的重金屬，進行捕集、脫除。同時，LJG系統(tǒng)預留了吸附劑(活性碳)脫重金屬系統(tǒng)接口，使得經(jīng)過處理后的煙氣可以滿足排放標準的實際需求，避免出現(xiàn)再次處理的現(xiàn)象，從而保證實際效果。

LJG系統(tǒng)作為一種全新的工藝，為了保證實際應用的效果，往往會在的出口擴管段設一套噴水裝置，目的是為了提升內(nèi)部的蒸發(fā)效果，保證后續(xù)工作的進行[1]。噴入霧化水以降低在進行脫硫反應器內(nèi)的溫度，使煙溫降至高于煙氣露點15 ℃以上，從而保證SO2與Ca(OH)2可以在內(nèi)部進行反應轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成的離子型反應。吸收劑、循環(huán)脫硫灰在文丘里段以上的塔內(nèi)進行第二步的充分反應，生成副產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O，此外還有與SO3、HF和HCl反應生成相應的副產(chǎn)物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O等。

煙氣由于溫度過高往往進行上升運動，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸收塔，另一半由于自身的特點比如其自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)，進一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應時間。噴入的用于降低煙氣溫度的水最為顯著的作用就是加劇了內(nèi)部的蒸發(fā)現(xiàn)象，以激烈湍動的、擁有巨大的表面積的顆粒作為載體，在塔內(nèi)得到充分的蒸發(fā)，保證了進入后續(xù)除塵器中的灰，能夠具有良好的流動狀態(tài)和效果。

由于流化床中氣固間良好的傳熱、傳質(zhì)效果，從而消除煙氣內(nèi)部的硫化物。另外在實際應用的時候需要對排煙溫度進行嚴格的控制，保證其在高于露點溫度15 ℃以上，因此在進行排煙的時候不需要再進行二次加熱，整個系統(tǒng)也無須任何的防腐處理，保證實際工作的效率和水平。

凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進入布袋除塵器，再通過引風機排入煙囪。利用除塵器捕集下來的固體顆粒，進入再循環(huán)系統(tǒng)進行再次循環(huán)處理，繼續(xù)在系統(tǒng)內(nèi)部參加反應，進行多次往復循環(huán)，實現(xiàn)；零污染排放。最后剩余的少量脫硫灰渣再次利用物料輸送至脫硫灰倉內(nèi)，再通過罐車或二級輸送設備進行排放[2]。

3 結語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和技術水平的提升，我國的工業(yè)企業(yè)面臨著全新的發(fā)展局面和發(fā)展形式，使得相關部門不得不在實際工作的過程中對自身的工作模式和工作原理進行創(chuàng)新，從而提升自身在新時期的發(fā)展水平。因此，工業(yè)企業(yè)必須采取合理的措施對自身在生產(chǎn)的過程中排放的有害氣體進行處理，從而避免工業(yè)生產(chǎn)的過程中對于區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境造成負面影響，進一步推進我國的生態(tài)文明建設。