國家發(fā)展改革委等部門關(guān)于印發(fā)《電解鋁行業(yè)節(jié)能降碳專項行動計劃》的
技術(shù)丨燒結(jié)機煙氣脫硝脫二惡英技術(shù)及應(yīng)用
技術(shù)丨燒結(jié)機煙氣脫硝脫二惡英技術(shù)及應(yīng)用北極星環(huán)保網(wǎng)訊:隨著電力行業(yè)煙氣脫硫、脫硝、除塵工程的全面實施,燃煤電力行業(yè)煙氣污染已得到很大程度的控制,鋼鐵、水泥、工業(yè)窯爐等行業(yè)煙氣污染受
北極星環(huán)保網(wǎng)訊:隨著電力行業(yè)煙氣脫硫、脫硝、除塵工程的全面實施,燃煤電力行業(yè)煙氣污染已得到很大程度的控制,鋼鐵、水泥、工業(yè)窯爐等行業(yè)煙氣污染受到了人們更多的關(guān)注。燒結(jié)煙氣中的SO2、NOx和二惡英(DXN)等污染物是鋼鐵行業(yè)的主要污染源。國內(nèi)基本實現(xiàn)大部分燒結(jié)、球團煙氣脫硫任務(wù),但是對于NOx和DXN等,目前均沒有采取有效的專有裝置進行脫除。GB 28662-2012《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》首次對NOx、DXN等排放濃度予以明確的限制。面對新的排放標準,燒結(jié)、球團廠必將迎來新一輪的NOx、DXN等脫除改造。
1 國內(nèi)外燒結(jié)機煙氣脫硝脫二惡英技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
目前,可以工程應(yīng)用并且有實際業(yè)績的燒結(jié)、球團煙氣NOx和DXN治理技術(shù)只有活性炭吸附和選擇性催化還原(S-SCR)兩種技術(shù)?;钚蕴课郊夹g(shù)是在20世紀50年代由德國Bergbau-Forschung公司開發(fā),其主要原理是在活性炭吸收塔中,用活性炭(焦)吸附DXN和SO2,并用NH3還原NOx,可以實現(xiàn)同時脫硫脫硝脫二惡英功能。在日本新日鐵住金、JFE、韓國浦項及澳大利亞博思格(BHP)、中國太鋼等企業(yè)的燒結(jié)機煙氣凈化工程中均有應(yīng)用案例。
S-SCR技術(shù)是在電力行業(yè)SCR脫硝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,用于燒結(jié)煙氣脫硝脫二惡英的工程技術(shù),催化劑經(jīng)過升級優(yōu)化,實現(xiàn)了在同一反應(yīng)器、同一催化劑表面同時脫硝脫二惡英的作用。此技術(shù)在中國臺灣、韓國浦項及奧地利奧鋼聯(lián)均有建造工程業(yè)績,目前共投運11臺套,該工藝可與已建脫硫裝置串聯(lián)形成一體化煙氣脫硫、脫硝及脫二惡英技術(shù),但是在中國大陸尚無投用工程應(yīng)用案例,目前寶鋼股份4號燒結(jié)機煙氣S-SCR脫硝脫二惡英工程項目正在緊張施工過程中,計劃2016年9月建成投產(chǎn)。
1.1 活性炭吸附技術(shù)
活性炭(焦)脫硫脫硝脫二惡英技術(shù)是在活性炭吸收塔中,利用活性炭龐大的孔結(jié)構(gòu)和比表面積,通過物理和化學(xué)吸附作用吸附煙氣中的SO2、NOx、DXN,并用NH3還原吸附的NOx,實現(xiàn)同時脫硫脫硝脫二惡英。20世紀60年代日本也開始研發(fā),通過合作和技術(shù)轉(zhuǎn)移以及自主開發(fā),形成日本住友、日本J-POWER(MET-Mitsui-BF)和德國WKV等幾種主流工藝。
1.1.1 脫硝反應(yīng)原理
1)選擇性催化還原反應(yīng),改性過的活性炭亦具有一定的催化劑作用,將NO還原為N2,即NO NH3 1/4O2→N2 3/2H2O。
2)非選擇性催化還原反應(yīng),氨氣注入煙氣后,會與吸附在活性炭上的SO2發(fā)生反應(yīng),生成氧化硫氨或硫氨,但是在活性炭再生時會作為-NHn基化合物殘存于活性炭細孔之中。這種-NHn基物質(zhì)被稱為堿性化合物或還原性物質(zhì)?;钚蕴吭谠偕笠院羞@種堿性化合物的狀態(tài)循環(huán)到吸附反應(yīng)塔,與煙氣中的NOx直接反應(yīng)還原成為N2。這種反應(yīng)是活性炭特有的脫硝反應(yīng),稱為Non-SCR反應(yīng)。
1.1.2 工藝流程
活性炭脫硝脫二惡英系統(tǒng)主要包括吸附反應(yīng)系統(tǒng)、解吸系統(tǒng)、活性炭輸送系統(tǒng)、活性炭補給系統(tǒng)。吸附系統(tǒng)主要設(shè)備由吸附塔、NH3添加系統(tǒng)等組成。在吸附塔內(nèi)設(shè)置了進出口多孔板,使煙氣流速均勻,提高凈化效率。吸附塔內(nèi)設(shè)置三層活性炭移動層,便于高效脫硫、脫硝。吸附了硫氧化物的活性炭,經(jīng)過輸送機送至解吸塔,在這里活性炭從上往下運行,首先經(jīng)過加熱段,被加熱到超過400℃,將活性炭所吸附的物質(zhì)解吸出來。富二氧化硫氣體(SRG)被排至后處理設(shè)施,制備硫酸。解吸后的活性炭,在冷卻段中冷卻到150℃以下,然后經(jīng)過輸送機再次送至吸附塔,循環(huán)使用。
1.1.3 存在問題
活性炭吸附凈化技術(shù)可以在同一套裝置內(nèi)實現(xiàn)同時脫硫、脫硝、脫二惡英效果,裝置集中,方便管理,但隨著此類工程裝置的投入運行,其缺點也得到了進一步的體現(xiàn):
1)脫硝效率。通過調(diào)整活性炭的循環(huán)量及新鮮活性炭的補給量,可以有效提高脫硫效率,但其脫硝效率相對較低,中國太鋼燒結(jié)煙氣活性炭吸附凈化項目中,脫硝效率只有33%,在燒結(jié)煙氣污染物排放標準日益嚴格的條件下,該脫硝性能將無法滿足相應(yīng)的排放要求。
2)煙氣停留時間。煙氣在吸附塔內(nèi)的停留時間與煙氣速度、活性炭移動速度有關(guān),直接影響到系統(tǒng)的脫硫脫硝效率。煙氣速度高,則煙氣停留時間短,NOx等與活性炭表面接觸不夠充分,并且化學(xué)反應(yīng)時間較短,降低系統(tǒng)的脫硫脫硝效率。活性炭移動速度慢,則活性炭再生率低,活性部分少,吸附SO2等污染物的能力也會降低,同時裝置體積大,系統(tǒng)壓損增加,投資和運行費用變大。
3)吸附溫度。活性炭的吸附效率與操作溫度密切相關(guān)。低溫時,吸附塔內(nèi)主要發(fā)生物理吸附,吸附量小,脫硫、脫硝效率較低。高溫時,吸附塔內(nèi)主要發(fā)生化學(xué)吸附,但活性炭表面不易吸附水分,吸附效率降低,同時由于溫度過高,高活性的碳易被氧化,使活性炭損耗增大,系統(tǒng)運行費用增大,因此,最佳的吸附脫硝溫度在130-150℃之間,較難適用燒結(jié)煙氣的所有工況。
4)解吸溫度。SO2的解吸需要一定的溫度,一般在380-450℃。在此溫度下,活性炭容易發(fā)生自燃,因此,解吸時需充入N2保護,同時也存在活性炭的自身氧化消耗,運行費用偏高。解吸時對活性炭加熱的能耗占據(jù)活性炭吸附工藝總能耗的比例相當(dāng)大,如何降低解吸溫度是活性炭吸附工藝當(dāng)前研究的重點之一。
5)控制系統(tǒng)?;钚蕴棵撓趺摱河⒀b置系統(tǒng)復(fù)雜,控制和檢測參數(shù)巨大。據(jù)統(tǒng)計,一套活性炭脫硝系統(tǒng)I/O點數(shù)近一萬,而S-SCR脫硝脫二惡英系統(tǒng)I/O點數(shù)不足1000。
6)氨耗和氨逃逸率。脫硝過程中,部分NH3吸附于活性炭表面,在解吸及活性炭運輸過程中由于與活性炭表面的氧化性物質(zhì)反應(yīng)而被氧化消耗掉,同時解吸的氨氣隨煙氣排放,造成氨逃逸率非常高,逃逸濃度通常在30mg/ Nm3左右,遠遠高于電力行業(yè)SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸不大于2.5mg/Nm3的要求。
7)二惡英的徹底凈化?;钚蕴课较聛淼亩河⑦M行填埋處理,二惡英物理轉(zhuǎn)移至土壤中,存在二次污染;進行解吸后深度氧化分解,需要配置焚燒爐等系統(tǒng),投資和運行費用繼續(xù)增大。因此,活性炭吸附技術(shù)不能完全滿足綠色環(huán)保技術(shù)要求。
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