淺談435㎡燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫脫硝工程實(shí)例

孫偉

摘 要：本文結(jié)合某鋼廠435㎡燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫脫硝實(shí)際工程，介紹了活性炭做催化劑的選擇性催化還原反應(yīng)技術(shù)（SCR工藝）及其技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣；SCR工藝；活性炭；煙氣脫硫脫硝

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

燒結(jié)系統(tǒng)煙氣排放的主要特點(diǎn)是煙氣排放量大、二氧化硫排放濃度低且波動(dòng)范圍寬、二氧化硫排放總量大等。因燒結(jié)工序排放的二氧化硫約占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的60%以上，故燒結(jié)煙氣脫硫是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)二氧化硫減排指標(biāo)的關(guān)鍵。為此，治理燒結(jié)煙氣作為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的突破口，提出對(duì)燒結(jié)機(jī)配套建設(shè)脫硫脫銷系統(tǒng)，治理污染，使企業(yè)的發(fā)展建立在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

1 工程概述和工藝的選擇

1.1 工程概述

某鋼廠為擴(kuò)大燒結(jié)產(chǎn)能，擬新建一臺(tái)435m2燒結(jié)機(jī)。該燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)過程中燒結(jié)機(jī)機(jī)頭將會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)煙氣廢氣。由于燒結(jié)機(jī)煙氣中含有SO2、NOx、酸氣、重金屬等污染物，按照環(huán)保要求，需要設(shè)計(jì)建設(shè)一套煙氣凈化系統(tǒng)對(duì)燒結(jié)機(jī)煙氣進(jìn)行綜合治理。

1.2 工藝的選擇

目前，燒結(jié)煙氣脫硫的技術(shù)種類較多，按脫硫過程是否使用工藝水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)，煙氣脫硫分為：濕法、干法兩大類脫硫工藝。濕法煙氣脫硫發(fā)展較早，技術(shù)比較成熟，生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，在當(dāng)前許多企業(yè)中占主導(dǎo)地位。但其缺點(diǎn)是生成物較難處理，設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重，占地面積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高，系統(tǒng)復(fù)雜設(shè)備龐大，耗水量大。干法煙氣脫硫技術(shù)相對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)而言其脫硫效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，操作方便，能耗較低，無污水處理系統(tǒng)。而缺點(diǎn)是設(shè)備一次性投資大，設(shè)備操作技術(shù)要求高。脫硫方法有活性炭吸附法、荷電干式吸收劑噴射法、電子束輻射法等。綜合我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)策，干法脫硫技術(shù)無疑是未來的主導(dǎo)方向，因此本工程選用活性炭選擇性催化還原技術(shù)（SCR工藝）。

2 工藝介紹

2.1 該套煙氣凈化裝置中的主要設(shè)備

布袋除塵器、增壓風(fēng)機(jī)、吸附塔（含脫硫段、脫硝段）、煙囪、解析塔、活性炭輸送系統(tǒng)、氨水供應(yīng)系統(tǒng)、制酸系統(tǒng)。

2.2 工藝流程

煙氣脫硫、脫硝凈化系統(tǒng)是在一套裝置中完成吸附和催化還原反應(yīng)過程。吸附劑和催化劑選用特殊性能的活性炭，煙氣自下而上，活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續(xù)地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進(jìn)行解析，解析后的活性炭再進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)使用。使用氨氣作為還原劑，在活性炭的催化下進(jìn)行脫硝。

來自燒結(jié)機(jī)的煙氣分兩路進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)，每路煙氣流經(jīng)的設(shè)備如下所述：活性炭吸附系統(tǒng)的前段工藝設(shè)備包括：靜電除塵器、主風(fēng)機(jī)、加壓機(jī)和急冷塔。入口煙氣通過靜電除塵器除去來自燒結(jié)機(jī)的黏性粉塵和其他固體污染物。煙氣經(jīng)過靜電除塵器后，需要加壓來補(bǔ)充后道工序設(shè)備（急冷塔、吸收塔）的壓降，煙氣加壓由兩臺(tái)平行工作的風(fēng)機(jī)完成。為控制吸收塔入口煙氣溫度為130℃，兩套系都設(shè)置煙氣急冷塔。急冷塔中設(shè)置了霧化噴頭，在壓縮空氣作用下，水霧化成小水滴，通過蒸發(fā)，煙氣溫度被冷卻至130℃。由于脫硝的效率隨煙氣中水的含量的增高而降低，因此在界區(qū)入口處煙氣的溫度不宜過高。煙氣通過急冷塔后，兩路煙氣再各分為兩子系，共4路煙氣分別進(jìn)入吸附塔。

飽和的活性炭從吸附塔排出后通過輸送系統(tǒng)送入解析系統(tǒng)?；钚蕴渴紫仍诮馕鏊?nèi)被加熱至390℃～450℃，去除吸附的污染物及硫化物，被活性炭吸附的SO2被釋放出來，生成富含SO2的氣體送至制酸工段制取H2SO4，解析后的活性炭經(jīng)冷卻后，通過振動(dòng)篩篩分，將細(xì)小活性炭和粉塵去除，篩分后的活性炭送回到吸附塔循環(huán)使用。新的活性炭需要連續(xù)地加入到系統(tǒng)中補(bǔ)充篩分造成的損耗。系統(tǒng)分別設(shè)置了新鮮活性炭和飽和活性炭的緩沖倉(cāng)，用于平衡檢修期間的活性炭輸送。并且需要設(shè)計(jì)真空活性炭除塵系統(tǒng)，以最大限度地減少進(jìn)入吸附凈化系統(tǒng)的粉塵。

3.3 工藝的優(yōu)點(diǎn)

3.3.1煙氣流出吸附塔時(shí)，即使其中所含的SO2或其他污染物濃度已經(jīng)非常低，也會(huì)被頂部不斷裝入的新活性炭所吸附，保證了排出裝置時(shí)煙氣中污染物濃度的最低值。

3.3.2煙氣中粉塵流經(jīng)活性炭床層時(shí)被不斷地過濾，連續(xù)地從裝置中排出，系統(tǒng)的壓降?。ㄟm用于較高含塵量煙氣的凈化）。

3.3.3 床層高度可調(diào)，可以根據(jù)用戶入口煙氣濃度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3.4 吸附塔內(nèi)煙氣不會(huì)產(chǎn)生偏流，保證操作安全。

4 SCR工藝核心技術(shù)介紹

4.1 活性炭

活性炭的主要來源是富含碳的有機(jī)材料，如煤，動(dòng)物骨頭，椰殼，焦油等。通過900℃以上高溫的加熱，揮發(fā)份被去除，氧原子和剩下的碳結(jié)構(gòu)反應(yīng)產(chǎn)生微小的孔隙。每克活性炭中孔隙的內(nèi)表面積在300m2～2200m2。大分子，諸如SO2、HF、揮發(fā)性有機(jī)碳、重金屬通過物理和化學(xué)鍵被吸附到活性炭?jī)?nèi)的孔隙中。

4.2 吸附塔技術(shù)原理和工藝過程

脫硫和脫硝過程將使用同一吸附劑并在同一單元中完成，此過程被稱作“同步過程”?；钚蕴客ㄟ^移動(dòng)床穩(wěn)步向下移動(dòng)，同時(shí)，煙氣逆向向上流動(dòng)。該吸附方法有下列優(yōu)點(diǎn)：

4.2.1過程簡(jiǎn)單并可持續(xù)

4.2.2煙氣中的、粉塵引起床層堵塞的可能性非常低

4.2.3 壓降小

4.2.4煙氣與吸附劑充分接觸，吸附效率高

凈化過程的第一步是SO2吸附到活性炭的氣孔內(nèi)?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下：

SO2 + ? O2 + H2O → H2SO4

SO2在活性炭的表面與O2、H2O反應(yīng)生成H2SO4后被儲(chǔ)存在活性炭的氣孔內(nèi)。上述反應(yīng)的發(fā)生溫度在80℃～150 ℃。

凈化過程的第二步是脫硝，該過程是以活性炭為催化劑，NOX與NH3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。離開第一步活性炭床層的煙氣，在混合段與氨氣混合后進(jìn)入第二層活性炭床層與NH3 發(fā)生反應(yīng)（第二步）。該主反應(yīng)從100℃溫度開始。

6NO + 4 NH3→ 5N2+ 6 H2O

NO2+ NO + 2 NH3→ 2N2 + 3H2O

4NO + 4 NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O

2NO2 + 4 NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O

此外，煙氣中第一步殘留的SO2也可與NH3反應(yīng)，此過程會(huì)造成氨的額外消耗，化學(xué)方程式如下：

NH3 + SO3+ H2O → NH4HSO4

2NH3 + SO3 + H2O → （NH4）2SO4

由于煙塵顆粒的作用，該反應(yīng)產(chǎn)物是黏性的固體。這些產(chǎn)物會(huì)給脫硝炭床層帶來負(fù)面影響，導(dǎo)致活性炭的堵塞。因此對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控是非常必要的。

4.3 解析塔

從吸附塔排出的活性炭物理吸附了SO2，H2O，O2和各種碳?xì)浠衔?。這些被吸附的成分在經(jīng)過進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)后生成具有不同物理性質(zhì)的產(chǎn)物。

解析塔的作用是脫除活性炭中的SO2和吸附的其他雜質(zhì)。SO2解吸失敗會(huì)對(duì)吸附塔操作產(chǎn)生嚴(yán)重影響，破壞CSCR系統(tǒng)的平衡，中斷吸附過程。解析塔可視為CSCR技術(shù)的心臟。由于解析塔的重要性，設(shè)兩個(gè)解吸塔，每個(gè)解吸塔均可承擔(dān)100%的負(fù)荷，以便在一座解析塔維修時(shí)，仍能保證整個(gè)CSCR系統(tǒng)的的正常運(yùn)行。解析塔內(nèi)的活性炭被加熱到390℃～450℃，將SO4-轉(zhuǎn)換為SO2以便將H2SO4從活性炭的微孔當(dāng)中脫除。解析塔是這一過程當(dāng)中最重要的設(shè)備，他再生活性炭，并且將硫從活性炭當(dāng)中脫出。

結(jié)語

某鋼廠435m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫脫硝工程采用活性炭做催化劑的選擇性催化還原反應(yīng)技術(shù)，項(xiàng)目建成后，將有效改善空氣質(zhì)量，是廠區(qū)綜合治理的又一個(gè)精品工程。

參考文獻(xiàn)

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