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火電廠煙氣脫硫脫硝

更新時間:2016-07-20 14:42:28 點擊數:1007

鋼鐵聯合企業中燒結生產的特點是物流量大、能耗高、污染嚴重,所產生的固體廢棄物、煙氣、噪音等對環境的破壞已引起社會的廣泛關注。多年來,我國燒結廠在煙氣除塵方面做了大量的工作,成果顯著。但是對于煙氣中的有害組分,如SO2、NOx、二英等的脫除有些尚處于起步階段,而有的至今沒有采取任何措施而直接排放。分析結果顯示,在鋼鐵冶煉過程中約有48%的NOx,及51%~62%的SOx來自鐵礦燒結工藝,可見燒結廠已是SO2和NOx的最大產生源[1]。隨著鋼鐵企業的快速發展,燒結礦產量大幅度增加,SO2和NOx排放量隨之增大,燒結廠環境保護的壓力也隨之增加  
2燒結煙氣的產生與特點   
燒結過程是一個高溫燃燒條件下的復雜物理化學過程,被抽入料層的空氣與混合料中的燃料發生燃燒反應,燃燒釋放的熱量保證燒結物理化學過程的進行,燃燒的煙氣作為廢氣排放。鐵礦石中通常會含有以化合物和含氧酸式鹽存在的硫和氮,以硫化物形式存在的礦物有:FeS2、CuFeS2、CuS、ZnS、PbS等,以硫酸鹽形式存在的有BaSO4、CaSO4和MgSO4等;而固體燃料(如焦粉)帶入的硫則以單質硫或者有機硫的形式存在。氮主要以硝酸鹽和有機氮的形式存在,硝酸鹽主要來自于鐵礦粉,而有機氮則主要來自于固體燃料。在燒結過程中以單質或化合物形式存在的硫和氮通常在氧化反應中以氣態氧化物的形式釋放,而以酸式鹽形式存在的硫和氮則在分解反應中以氣態氧化物的形式釋放燒結煙氣相比于其他工業爐窯產生的煙氣有如下特點:   
1)煙氣量大。每生產1t燒結礦大約產生1500~3000m3需要脫硫脫硝的煙氣。   
2)煙氣溫度較高。隨工藝操作狀況波動,   
煙氣溫度一般在120~150℃范圍變化。   
3)煙氣攜帶粉塵多。煙氣中粗顆粒粉塵較   
多,粒徑大于50μm的占30%以上,且琢磨性強。   
4)含濕量大,露點較高。按體積比計算,含   
濕量在10%左右,露點一般在65~80℃。   
5)煙氣中含有腐蝕性和有毒氣體。如HF,HCl,CO氣體等等。   
6)SO2和NOx濃度隨鐵礦原料和燃料的差異變化,SO2濃度一般在300~800ppm范圍內,高的可以達到2000~4000ppm;NOx濃度一般在150~300ppm范圍內變化,最高可以達到500ppm左右。   
3 煙氣聯合脫硫脫硝技術   
對鐵礦石燒結過程中SO2和NOx排放的控制主要有三種方法:原料控制,燒結過程控制和燒結煙氣脫硫脫硝。其中,原料控制是基礎條件,燒結過程控制是有效手段,燒結煙氣脫硫脫硝是最終保障。由于燒結原料往往受到客觀因素的限制,不可能完全實現選用低硫原料,而燒結過程又要以保證燒結礦質量為第一目標,所以煙氣聯合脫硫脫硝技術被認為是控制SO2及NOx污染最實際可行的手段。   
目前,煙氣聯合脫硫脫硝技術主要有活性炭法、循環流化床聯合脫硫脫硝法、半干噴霧脫硫脫硝法、高能輻射—化學脫硫脫硝法、奧鋼聯的MEROS煙氣凈化技術等。  
3.1活性炭法   
該方法由德國Bergbau2Forschung公司開發,主要原理為在一個活性炭吸附器中,用活性炭吸附SO2,并在氨還原NOx過程中起催化作用,實現同時脫硫脫氮,消耗的吸附劑可在高溫下再生。德國和日本一些公司已將該技術投入到工業應用中。據報道,脫硫率可達98%,脫氮率達80%,并且能除去廢氣中的HCl、HF、砷、硒、汞等有害物質。但因SO2的脫除反應優先于NOx的脫除反應,所以大多數工藝須采取二級吸收塔。如果煙氣中SO2濃度較高,則活性炭消耗大,投資將增加。為降低成本,日本電力能源公司(EPDC)利用空氣流化床燃燒鍋爐的SO2排放量低的特點,于1995年在350MW的AFBC鍋爐中安裝了單一移動床活性炭脫硫脫硝設備,用于SO2和NOx的脫除,脫除率分別可達98%和80%。在實際應用中發現活性炭綜合強度低,用于移動床,因吸附、再生往返使用損耗大,于是EkehardRichter等用強度較高的活性焦炭,經活化、浸漬Na2CO3處理后用于煙氣的脫硫脫氮,SO2與Na2CO3反應生成Na2SO4,從而降低了吸附劑的消耗,進而降低了投資成本。   
新日鐵于1987年在名古屋第三燒結廠的3號燒結機中設置了利用活性炭的燒結排煙脫硫、脫硝設備,處理能力90萬Nm3/h,這是一種干法排煙脫硫脫硝裝置,將燒結機排煙的除塵、脫硫、脫硝三種功能集于一身,使燒結排煙脫硫技術提高到新的階段。   
3.2 循環流化床聯合脫硫脫硝技術   
循環流化床傳熱效率高,溫度分布均勻,氣固相有很大的接觸面積,因此人們將其應用到煙氣的凈化處理中。在循環流化床內循環流化狀態(氣速4~6m/s)下可獲得相當于單顆粒滑落速度數十至上百倍的氣固滑落速度。由于SO2與氫氧化鈣的顆粒在循環流化床中的反應過程,是一個外擴散控制的化學反應過程,通過氣固間大的滑落速度,強化了氣固間的傳質、傳熱速率和氣固混合,從而滿足了二氧化硫與氫氧化鈣高效反應的條件要求。流化床中巨大表面積的、激烈湍動的顆粒,為水的快速汽化和快速可控的降溫提供了根本保證,從而創造了良好的化學反應溫度條件(露點以上20~30℃   
),使酸性氧化物與氫氧化鈣的反應轉化為瞬間完成的離子型反應。德國Lurgi公司研究開發了煙氣循環流化床(CFB)脫硫脫氮技術,該方法用消石灰作為脫硫的吸收劑,氨作為脫氮的還原劑,FeSO4?7H2O作為脫氮的催化劑,該系統已在德國投入運行。結果表明,在Ca/S比為112~115、NH3/NOx比為017~1103時,脫硫率為85%左右,脫氮率為60%左右。   
國內有一些學者也研究開發粉煤灰脫硫脫氮技術,該技術是將熟石灰、活性物質和粉煤灰加水在一定條件下消化,制成高活性吸收劑,放入具有獨特內、外循環結構的煙氣循環流化床中進行脫硫脫氮。實驗證明,該方法可獲得90%左右的脫硫率和63%左右的脫氮率,運行溫度和煙氣濕度是影響脫硫脫氮的主要因素。該方法運行可靠,工藝簡單,投資成本和運行費用低.  
3.3 半干噴霧脫硫脫硝技術   
噴霧干燥煙氣脫硫技術是一種比較成熟的脫硫技術,該煙氣脫硫系統一般由石灰漿制備、噴霧干燥塔和布袋除塵器(或靜電除塵器)三部分組成。該系統通過高速旋轉噴霧頭將石灰漿噴入噴霧干燥塔,與煙氣中酸性物充分接觸并起中和反應,利用煙氣中的余熱使石灰漿液中的水分蒸發,脫硫后的煙氣經除塵器除塵后排放,但是其脫氮效果有限。但美國匹茲堡能源技術中心研究表明,提高噴霧干燥溫度,并在石灰中添加NaOH,可以顯著提高脫氮率。1987年,美國Argonne國家實驗室在此研究的基礎上發展了干法噴霧(干石灰)聯合脫除SO2和NOx技術。   
Sang2Kwun等發現亞氯酸鈉是干法石灰噴   
霧脫硫脫氮工藝中最好的添加劑,在此工藝中亞氯酸鈉可脫除75%NOx。實驗還證明,提高溫度可以促進NOx凈化,但會抑制SO2的捕集,因此,該方法很難實現SO2和NOx的同時高度凈化。   
3.4 高能輻射-化學脫硫脫氮方法   
脈沖電暈等離子體脫硫脫氮技術是二十世紀80年代由Masuda等首先提出的。它是用納秒級高壓脈沖電暈放電產生等離子體,裂解煙氣中的O2、H2O等分子,產生大量的氧化性粒子,氧化SO2和NOx成為SO3和NO2,并注入NH3氣體,產生硫酸銨、硝酸銨及其復鹽的微   
粒,再用電除塵器收集。氨的加入可以提高脫硫率,但會使運行費用增加,且易造成二次污染[8]。Masuda等在正脈沖電暈放電脫硫脫氮實驗中發現增加煙氣水含量可顯著提高脫除效率。315 奧鋼聯的MEROS煙氣凈化技術   
奧鋼聯工程技術公司在煙氣凈化方面的技術發展主要經歷了AIRFINE、WETFINE、和MEROS三個發展階段。20世紀90年代開發   
了WETFINE濕法煙氣凈化系統,進入21世紀,隨著歐洲環保要求的不斷提高,加之濕式氣體清洗系統的高運行成本,奧鋼聯又從對濕法除塵的研究轉向了干法,開發了MEROS煙氣凈化技術,并于2004年在奧鋼聯林茨鋼廠實驗廠實驗成功。2006年在林茨鋼廠實地進行建設,系統處理風量為620000Nm3/h,于2007年7月份正式投產。   
Meros(maximizedemissionreductionofsintering)即最大化降低燒結污染物排放。它是一種干式氣體清洗系統,主要由將燒結煙氣冷卻到低于100℃的工藝溫度氣體調節反應器、用于粉塵分離的高效脈沖噴射布袋過濾器、吸附劑計量和噴吹設備及粉塵控制回收系統組成。可將燒結廢氣中的粉塵、有害金屬和有機物經過一系列處理步驟降低到較低水平,滿足日益嚴格的環境保護要求。其系統的操作過程包括:(1)脫硫物、活性炭的逆向噴入;(2)在雙旋流噴嘴處噴入水分以調節反應溫度;(3)脈沖布袋除塵器脫去脫硫產物及粉塵顆粒;(4)活性炭及脫硫物的重復再利用。   
奧鋼聯開發的MEROS煙氣凈化技術確有很好的效果,無論是在工藝設備投資、運行成本還是在除塵效率、脫硫效率以及廢水、廢棄物的處理方面都具有較強的優勢,在世界鋼鐵廠的燒結生產中引起了廣泛的關注和興趣。   
4 煙氣聯合脫硫脫氮技術結語  
煙氣聯合脫硫脫硝技術的研究已成為當今煙氣凈化技術的發展趨勢。然而,現有的聯合脫硫脫硝技術存在設備投資大、運行費用高、運行不穩定等缺點。就我國而言,SO2、NOx的治理已成為十分迫切的問題。然而由于SO2、NOx分段脫除設備造價昂貴,運行費用高,現有技術的大規模普及還存在很多問題,因此,開發符合我國國情的投資較少、運行費用較低的聯合脫除技術將是大氣污染控制領域里的重點課題。   
針對鋼鐵聯合企業燒結煙氣開展聯合脫硫脫硝,我們必須結合我國鋼鐵企業燒結實際情況,綜合考慮環境效益、技術要求及經濟成本等因素,筆者認為以下幾條應是我們開發脫硫、脫硝技術的指導原則:   
1)盡量減少投資成本和運行費用;  
2)工藝過程簡單,占地面積小,技術成熟;  
3)脫硫脫硝劑來源方便,價格低廉,盡量使用鋼鐵生產工序產生的堿性副產物;   
4)脫硫脫硝率高,進一步削減排放總量;5)副產品能回收利用,對環境不造成二次污染,可出售的副產品能被市場接受。   
為了我國鋼鐵事業可持續發展,鋼鐵企業的經濟效益的獲得再不能以肆意犧牲環境為代價。燒結廢氣脫硫脫硝的應用在我國大部分鋼鐵企業還沒有實現工業化,SO2及NOx年排放量呈上升趨勢,環境污染在加劇,鋼鐵企業中SO2及NOx的排放很大部分來自燒結廢氣,脫除燒結廢氣中的SO2及NOx是解決酸雨污染的重中之重。從國內外燒結聯合脫硫脫硝技術的發展現狀來看,有一部分技術比較成熟,還有一些創新技術正在發展之中,具有很好的應用前景。我國鋼鐵企業應根據本企業的實際情況,選擇合理的燒結廢氣脫硫脫硝技術,以促進環境與經濟的協調發展。  

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