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      燒結煙氣脫硫脫硝工藝現狀比較分析

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      鋼鐵生產在國民經濟中具有重要作用,同時污染也較為嚴重。為了降低鋼鐵行業的污染物排放水平,生態環境部等五部門于 2019 4 月聯合發布了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣[2019]35 號),在全國范圍內推動鋼鐵行業超低排放改造。鋼鐵行業是 SO2 NOx的排放大戶,而燒結機頭煙氣是 SO2 NOx的主要排放源。鋼鐵行業的超低排放要求燒結煙氣 SO2 NOx的排放質量濃度小時均值不高于 35 mg/m3 50 mg/m3。因此,鋼鐵企業燒結煙氣為滿足達標排放的要求,必須采取脫硫脫硝措施。

       

      1 我國燒結煙氣脫硫脫硝現狀

       

      目前,我國燒結煙氣采取脫硫措施較為普遍,大部分燒結機均采取了脫硫措施。已投運的燒結煙氣脫硫方法主要有干法脫硫(活性焦吸附)、半干法脫硫以及濕法脫硫。濕法脫硫按照脫硫劑的不同,又可以分為石灰石石膏法、氧化鎂法、氨法等[1]。根據原環保部統計的結果,主要以濕法為主,約占 87%。相比脫硫,國內燒結機頭煙氣脫硝起步較晚。脫硝主要采取的方法為活性焦吸附法和選擇性催化還原法(SCR)。太鋼 450 m2燒結機活性焦脫硫脫硝為國內首套采用活性焦脫硫脫硝的裝置。SCR 脫硝在電廠煙氣脫硝應用廣泛,而在燒結機頭煙氣脫硝應用較少,屬于起步階段。據報道,國內首套燒結煙氣 SCR脫硝裝置于 2018 11 月在唐山瑞豐鋼鐵成功投運。目前,有部分鋼鐵企業在燒結煙氣環保改造中采用 SCR 脫硝工藝。

       

      2 燒結煙氣主要的脫硫脫硝工藝

       

      目前,燒結煙氣治理的工藝主要有活性焦脫硫脫硝工藝、半干法脫硫+SCR 脫硝工藝、濕法脫硫+ SCR 脫硝工藝。脫硫脫硝方法的比較主要應根據項目特點、占地面積、煙氣條件、處理成本等各方面綜合考慮,選取合適的處理工藝[2,3]。

       

      2.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝

       

      活性焦吸附法脫硫的原理是利用活性焦的吸附性能,低溫時將煙氣中的 SO2進行吸附,吸附飽和后的活性焦由物料輸送系統送至解吸系統,在高溫加熱的條件下降吸附的 SO2解吸出來,解吸出來的 SO2送往副產品回收裝置生產濃硫酸(98%);再生后的活性焦經冷卻篩分后送回吸收塔循環使用。

       

      活性焦脫硝的原理是由于活性焦具有催化活性,在一定的溫度條件下,向煙氣中噴入氨水,氨和NOx在活性焦的催化作用下發生選擇性催化還原反應,生成氮氣和水。

       

      該方法的工藝過程:煙氣首先進入含有活性焦模塊的移動床吸收塔,進行脫硫和脫硝。吸收塔一般分為脫硫和脫硝兩部分,一般第一部分脫硫,第二部分脫硝。吸附飽和后的活性焦模塊通過熱解吸回收得到的二氧化硫用于制取硫酸。在整個過程中,進口處的二氧化硫濃度越低,脫硝效率就越高;進口處二氧化硫濃度增加,氨的消耗量就越大,所以現有的活性焦吸附法工藝一般設置二級吸收塔,分別進行脫硫和脫硝。目前在太原鋼鐵集團 450 m2燒結機、日照鋼鐵公司 600 m2燒結機均已得到應用[4]。通過實際的運行監測,該工藝運行穩定,脫硝效率在 80%以上?;钚越姑摿蛎撓豕に囈话愫袩煔馐占?、噴氨、污染物吸附、活性焦再生、活性焦循環和輸送、硫酸制備等幾個主要生產系統。

       

      2.2 循環流化床半干法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝

       

      循環流化床煙氣脫硫凈化技術工藝流程:含SO2的廢氣進行反應器,反應器內布置脫硫劑,煙氣中的 SO2與脫硫劑發生反應,由于煙氣的反應器中流速較快,反應器中形成湍流狀態,使得煙氣和脫硫劑之間的接觸面積很大,反應完全,SO2被吸收。在反應塔中完成化學反應后,水分被蒸發,煙氣中夾雜大量脫硫固廢,一般在最后利用布袋除塵器將氣固分離。由于反應器中保持適當的溫度,并在物料紊流作用下,因此反應器中表面可保持潔凈,無沉積物。

       

      循環流化床脫硫工藝一般含有脫硫劑制備、進料、煙氣凈化等幾個主要生產系統。

       

      煙氣脫硫后的溫度為 80 ℃左右,經過 GGH 換熱,將煙氣溫度升高至 160~300 ℃,進入 SCR 反應器進行脫硝。SCR 法是在 300 ℃左右、含氧氣氛下,以 NH3作還原劑、V2O5-TiO2-WO3體系為催化劑來消除尾氣中 NOx。主要化學反應為:

       

      4NH3+4NO+O24N2+6H2O1

       

      6NO2+8NH37N2+12H2O 2

       

      煙氣中的 NOx主要由 NO NO2組成,其中 NO約占 NOx總量的 95%,NO2 NOx總量的 5%,式(1)是脫硝的主要反應方程式,且脫硝反應中需要 O2參與反應。

       

      2.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝

       

      濕法脫硫是目前燒結煙氣應用最廣泛的工藝,按照脫硫介質的不同,分為氧化鎂法、石灰石-石膏法、氨法等。其工藝類似,只是脫硫劑不同。下面以最常見的石灰石-石膏法為例,介紹濕法脫硫工藝原理。石灰石-石膏法以石灰石作為脫硫吸收劑,石灰石首先經過破碎粉磨系統形成粉狀后,與水攪拌混合形成吸收漿液。在吸收塔中,煙氣中底部進入,頂部噴石灰石漿液,煙氣中的 SO2與碳酸鈣發生反應,并被鼓入的空氣氧化,最終生成反應物石膏。吸收塔一般分層設置,目前常采用三層噴淋,以提高脫硫效率。石灰石-石膏法脫硫工藝一般含煙氣收集、石灰石漿液制備、吸收、石膏處理等幾個主要生產系統。濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝中脫硝原理與前述 SCR 脫硝原理一致,這里不再贅述。

       

      3 各種脫硫脫硝工藝優缺點比較

       

      3.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝

       

      1)該工藝脫硫效率高,同時具有除塵效果,由于不加入其他輔助原料,因此無其他廢水、廢渣的產生,不造成二次污染。

       

      2)由于活性焦良好的吸附性能,可協同處置氟化物、二噁英等其他污染物。利用活性焦的過濾集塵功能和吸附性能,使煙氣中附著于煙塵上的二噁英、氟化物以及其他污染物質在吸附塔內被活性焦的過濾集塵功能捕集,而氣態的二噁英等污染物被吸附。由于活性焦在解吸過程中需要被加熱到 400 ℃以上,二噁英在苯環間的氧基在活性焦催化作用下被裂解,使得煙氣中的二噁英被去除。

       

      3)燒結生產過程中由于工況不同、原料的不同會導致煙氣量、溫度以及 SO2體積分數波動較大,而活性焦脫硫脫硝工藝對煙氣的變化具有較強的適應性。

       

      4)資源回收?;钚越雇ㄟ^再生系統,可將吸附的SO2析出,送制酸系統制成濃硫酸,實現資源的回收利用。

       

      5)該工藝對燒結生產系統影響較小,且脫硝反應溫度在 130 ℃左右,因此不需要對燒結煙氣進行加熱。燒結煙氣中含有大量 SO2等酸性氣體,對設備的腐蝕要求較高,活性焦吸附系統抗腐蝕能力較強,因此系統運行穩定。

       

      6)活性焦脫硫脫硝系統一次性投資較高,且由于需要不斷補充活性焦,運行成本較高。

       

      3.2 循環流化床半干法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝

       

      循環流化床半干法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點:

       

      1)煙氣循環流化床法脫硫效率高,對含 SO2體積分數較高的煙氣也有很好的脫硫效果。

       

      2)采用石灰為脫硫劑,分布廣泛,且脫硫劑消耗量小。

       

      3)一次性投資成本較低,且運行費用較低。

       

      4SCR 法在運行一段時間后,催化劑需要更換,更換的廢催化劑為危險固廢,應加強管理。

       

      3.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝

       

      濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點:

       

      1)濕法脫硫應用廣泛,工藝成熟。

       

      2)一次性投資成本較低,且運行費用較低。

       

      3)若采用石灰石-石膏法,后續石膏產生量較大,會帶來后續石膏綜合利用問題。

       

      4)濕法脫硫后的煙氣會再煙囪口形成霧狀水汽,稱為白色煙羽,攜帶有 SO2、SO3、CaSO4、Cl-等污染物,目前已經有許多地區要求濕法脫硫后的煙氣采取“消白”措施,需要增加建設成本和運行成本,并增加能耗。

       

      5)濕法脫硫運行過程中對設備的腐蝕較大,建設過程中應做好脫硫塔的防腐,運行過程中應加強檢修,保證系統穩定運行。

       

      4 結論

       

      1)目前我國的燒結煙氣治理以脫硫為主,技術成熟。而脫硝處于起步和推廣階段,隨著國家對鋼鐵行業的超低排放要求的實施,燒結煙氣脫硝將得以迅速發展。

       

      2)鋼鐵企業應根據自身條件及所在地區的環保要求,選擇合適的煙氣治理工藝。如新建燒結機,可采用活性焦一體化脫硫脫硝工藝或濕法/半干法脫硫+SCR 脫硝工藝。如在現有脫硫系統的基礎上進行環保提標改造,可優化現有的脫硫系統,增加 SCR脫硝工藝系統。

       

      3)采用半干法/濕法脫硫脫硝工藝會產生大量的脫硫副產物,并產生危險廢物廢催化劑,應采取合理的綜合利用途徑或處置措施,避免造成二次污染。


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