脫硝催化劑在焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝的應(yīng)用
2022/12/20 11:02:24??????點擊：
脫硝催化劑在焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝的應(yīng)用，焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝路線選擇
鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)領(lǐng)域主要排污大戶之一，焦化作為鋼鐵生產(chǎn)過程中污染嚴(yán)重的工藝環(huán)節(jié)之一，焦?fàn)t煙氣的治理已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)環(huán)保達(dá)標(biāo)的重中之重。*新修訂的GB 16171《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中限定焦?fàn)t煙囪出口處二氧化硫濃度應(yīng)＜30mg/m3，氮氧化物濃度＜150 mg/m3。然而，對于國內(nèi)焦?fàn)t煙氣排放控制，如僅僅通過源頭減排和過程控制兩方面著手，仍不能滿足國家特別排放限值的要求，必須額外加裝末端治理設(shè)施。
1、脫硫脫硝工藝的選擇
目前國內(nèi)外主流的焦?fàn)t煙氣的脫硫脫硝方案主要分為三種，即SDA脫硫+除塵+SCR 脫硝+煙氣回原煙囪，SCR脫硝+SDA脫硫+除塵+煙氣回原煙囪，SCR脫硝+氨法脫硫+煙氣回原煙囪等。三種主流脫硫脫硝方案的優(yōu)缺點見表?？紤]到焦?fàn)t的安全穩(wěn)定生產(chǎn)、脫硫脫硝工藝的穩(wěn)定性，以及某鋼廠的建設(shè)實際情況，*終采用工藝路線為SDA脫硫+除塵+ SCR脫硝+煙氣回原煙囪。
2、鈉基 SDA 脫硫及低溫 SCR工藝介紹
2. 1 工藝原理
旋轉(zhuǎn)噴霧半干法( SDA)脫硫是利用機(jī)械或氣流的力量將脫硫劑分散成～50 μm的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣間的接觸表面積較大，在氣液兩相間發(fā)生快速的傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)脫硫的方法。為減小煙氣脫硫過程的溫降，本項目中采用Na2CO3溶液作為脫硫劑，而不是傳統(tǒng)的Ca(OH)2溶液。焦?fàn)t煙氣經(jīng)脫硫塔上部的分配器進(jìn)入脫硫塔體，煙氣中的SO2與塔頂中心的旋轉(zhuǎn)霧化器噴出的Na2CO3溶液發(fā)生反應(yīng)如下
Na2CO3 + SO2 → Na2SO3 + CO2 ( 1)
Na2SO3 + H2O + SO2→2NaHSO3 ( 2)
同時煙氣中含有的SO3等酸性氣體也會同時被吸收劑吸收，發(fā)生如下反應(yīng):
Na2SO3 + SO3→ Na2SO4 + SO2 ( 3)
因此，脫硫塔的固體產(chǎn)物主要包括亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉中間品及少量硫酸鈉等。
脫硫除塵后的煙氣隨后進(jìn)入選擇性催化還原 ( SCR) 脫硝系統(tǒng)。煙氣中的 NOx與噴入的作為還原劑的氨在催化劑(低溫型，成分以TiO2 /V2O5為主，WO3和MoO3為輔)的作用下，發(fā)生反應(yīng)如下:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O ( 4)
4NO2 + 2NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O ( 5)
因脫硝過程的煙氣已經(jīng)過脫硫除塵處理，如下的副反應(yīng)發(fā)生程度很小:
2SO2 + O2 → 2SO3 ( 6)
NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 ( 7)
脫硝后的凈煙氣再通過煙氣換熱器( GGH)換熱，*終回到焦?fàn)t煙囪達(dá)標(biāo)排放。
2. 2 系統(tǒng)工藝流程
某焦?fàn)t的脫硫脫硝系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示，主要可分為脫硫除塵系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、公輔設(shè)施系統(tǒng)三大部分。
2. 2. 1 脫硫除塵系統(tǒng)
脫硫系統(tǒng)采用的旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)從丹麥GEA引進(jìn)，包括脫硫塔及布袋除塵器主體，脫硫劑漿液制備及輸送子系統(tǒng)，循環(huán)灰制漿子系統(tǒng)，脫硫灰輸送外排子系統(tǒng)等。
脫硫劑漿液制備及輸送子系統(tǒng)中，蘇打原料稱重后在溶解罐中定量加水配制成15%～25%濃度的Na2CO3溶液作為脫硫劑，經(jīng)供液罐后定量泵入置于脫硫塔頂部的漿液頂罐，頂罐內(nèi)Na2CO3溶液自流入脫硫塔頂部霧化器，霧化噴入脫硫塔與煙氣中的SOx發(fā)生反應(yīng)。
脫硫過程的部分固體產(chǎn)物從脫硫塔底部卸出進(jìn)入脫硫灰倉，部分細(xì)顆粒物隨煙氣攜帶進(jìn)入布袋除塵器中濾袋過濾，此部分經(jīng)壓縮空氣反吹后也收集至脫硫灰倉。如脫硫灰中 Na2CO3未反應(yīng)完全的程度較大，可通過循環(huán)灰制漿系統(tǒng)循環(huán)利用，以提高脫硫劑的利用率。脫硫灰倉中收集的脫硫灰經(jīng)稱量螺旋輸送機(jī)送入脫硫灰解罐和脫硫灰漿罐制漿后，由循環(huán)灰漿液泵定量送入置于脫硫塔頂部的漿液頂罐與Na2CO3溶液混合，頂罐內(nèi)混合漿液根據(jù)煙氣溫度和SOx濃度自動調(diào)節(jié)送入脫硫塔霧化器的漿液量。如脫硫灰反應(yīng)較完全，可通過輸送外運子系統(tǒng)另行收集外運或綜合利用處理。
2. 2. 2 脫硝系統(tǒng)
脫硝系統(tǒng)主要由煙氣換熱器、熱風(fēng)爐加熱混合子系統(tǒng)、氨劑制備及噴射子系統(tǒng)、SCR 反應(yīng)器等組成。為確保煙氣溫度能達(dá)到SCR反應(yīng)的溫度窗口，且獲得適當(dāng)高的煙溫以提高脫硝效率，脫硫除塵后的150～160 ℃煙氣先進(jìn)入煙氣換熱器( GGH)升溫至220～230 ℃，在煙道噴氨前配有額外的熱風(fēng)爐加熱混合子系統(tǒng)，混合適量熱風(fēng)可將煙氣進(jìn)一步升溫至 240～250 ℃。熱風(fēng)爐燃料為鋼鐵企業(yè)自有的焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣等低熱值氣體燃料。
氨劑制備及噴射子系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器聯(lián)立的煙道中采用了優(yōu)化設(shè)計的導(dǎo)流板均布技術(shù)，可確保氨與煙氣充分混合均勻。核心SCR催化劑為低溫型催化劑，適宜的脫硝溫度窗口為200～300 ℃。脫硝反應(yīng)器配有聲波吹灰器，定期吹掃催化劑，保證脫硝效率延長催化劑使用壽命。煙氣經(jīng)過多層催化劑凈化后再次經(jīng)過煙氣換熱器( GGH) ，從~230 ℃ 降低至 160 ℃，*終經(jīng)引風(fēng)機(jī)送至焦?fàn)t煙囪底部。
2. 2. 3 公輔設(shè)施系統(tǒng)
本項目的公輔設(shè)施包括:給排水系統(tǒng)、壓縮空氣、 供電系統(tǒng)、儀表及自動化控制系統(tǒng)等。
1) 給排水系統(tǒng)。主要用于脫硫制漿用水、脫硝 氨劑配制用水、沖洗水、冷卻水等。 2) 壓縮空氣。壓縮空氣主要用于氣動閥門用 氣、布袋除塵器清灰、氨劑噴射用等。 3) 供配電系統(tǒng)。其中風(fēng)機(jī)電機(jī)、霧化器電機(jī)等 需采用高壓供電，此外的大多設(shè)備為380，220 V 的低 壓供電即可。
4) 儀表及自動化控制系統(tǒng)。采用PLC 控制系統(tǒng) 實現(xiàn)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝過程的監(jiān)測和控制調(diào)節(jié)。
3、總結(jié)
某焦?fàn)t煙氣采用的鈉基SDA脫硫及低溫SCR脫硝工藝及裝置能有效保證SO2、NOx、顆粒物等污染物排放達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。整個脫硫脫硝系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng),自動化程度高，能在較大負(fù)荷差異、煙氣濃度波動大的情境下穩(wěn)定運行。
鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)領(lǐng)域主要排污大戶之一，焦化作為鋼鐵生產(chǎn)過程中污染嚴(yán)重的工藝環(huán)節(jié)之一，焦?fàn)t煙氣的治理已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)環(huán)保達(dá)標(biāo)的重中之重。*新修訂的GB 16171《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中限定焦?fàn)t煙囪出口處二氧化硫濃度應(yīng)＜30mg/m3，氮氧化物濃度＜150 mg/m3。然而，對于國內(nèi)焦?fàn)t煙氣排放控制，如僅僅通過源頭減排和過程控制兩方面著手，仍不能滿足國家特別排放限值的要求，必須額外加裝末端治理設(shè)施。
1、脫硫脫硝工藝的選擇
目前國內(nèi)外主流的焦?fàn)t煙氣的脫硫脫硝方案主要分為三種，即SDA脫硫+除塵+SCR 脫硝+煙氣回原煙囪，SCR脫硝+SDA脫硫+除塵+煙氣回原煙囪，SCR脫硝+氨法脫硫+煙氣回原煙囪等。三種主流脫硫脫硝方案的優(yōu)缺點見表?？紤]到焦?fàn)t的安全穩(wěn)定生產(chǎn)、脫硫脫硝工藝的穩(wěn)定性，以及某鋼廠的建設(shè)實際情況，*終采用工藝路線為SDA脫硫+除塵+ SCR脫硝+煙氣回原煙囪。
2、鈉基 SDA 脫硫及低溫 SCR工藝介紹
2. 1 工藝原理
旋轉(zhuǎn)噴霧半干法( SDA)脫硫是利用機(jī)械或氣流的力量將脫硫劑分散成～50 μm的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣間的接觸表面積較大，在氣液兩相間發(fā)生快速的傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)脫硫的方法。為減小煙氣脫硫過程的溫降，本項目中采用Na2CO3溶液作為脫硫劑，而不是傳統(tǒng)的Ca(OH)2溶液。焦?fàn)t煙氣經(jīng)脫硫塔上部的分配器進(jìn)入脫硫塔體，煙氣中的SO2與塔頂中心的旋轉(zhuǎn)霧化器噴出的Na2CO3溶液發(fā)生反應(yīng)如下
Na2CO3 + SO2 → Na2SO3 + CO2 ( 1)
Na2SO3 + H2O + SO2→2NaHSO3 ( 2)
同時煙氣中含有的SO3等酸性氣體也會同時被吸收劑吸收，發(fā)生如下反應(yīng):
Na2SO3 + SO3→ Na2SO4 + SO2 ( 3)
因此，脫硫塔的固體產(chǎn)物主要包括亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉中間品及少量硫酸鈉等。
脫硫除塵后的煙氣隨后進(jìn)入選擇性催化還原 ( SCR) 脫硝系統(tǒng)。煙氣中的 NOx與噴入的作為還原劑的氨在催化劑(低溫型，成分以TiO2 /V2O5為主，WO3和MoO3為輔)的作用下，發(fā)生反應(yīng)如下:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O ( 4)
4NO2 + 2NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O ( 5)
因脫硝過程的煙氣已經(jīng)過脫硫除塵處理，如下的副反應(yīng)發(fā)生程度很小:
2SO2 + O2 → 2SO3 ( 6)
NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 ( 7)
脫硝后的凈煙氣再通過煙氣換熱器( GGH)換熱，*終回到焦?fàn)t煙囪達(dá)標(biāo)排放。
2. 2 系統(tǒng)工藝流程
某焦?fàn)t的脫硫脫硝系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示，主要可分為脫硫除塵系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、公輔設(shè)施系統(tǒng)三大部分。
2. 2. 1 脫硫除塵系統(tǒng)
脫硫系統(tǒng)采用的旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)從丹麥GEA引進(jìn)，包括脫硫塔及布袋除塵器主體，脫硫劑漿液制備及輸送子系統(tǒng)，循環(huán)灰制漿子系統(tǒng)，脫硫灰輸送外排子系統(tǒng)等。
脫硫劑漿液制備及輸送子系統(tǒng)中，蘇打原料稱重后在溶解罐中定量加水配制成15%～25%濃度的Na2CO3溶液作為脫硫劑，經(jīng)供液罐后定量泵入置于脫硫塔頂部的漿液頂罐，頂罐內(nèi)Na2CO3溶液自流入脫硫塔頂部霧化器，霧化噴入脫硫塔與煙氣中的SOx發(fā)生反應(yīng)。
脫硫過程的部分固體產(chǎn)物從脫硫塔底部卸出進(jìn)入脫硫灰倉，部分細(xì)顆粒物隨煙氣攜帶進(jìn)入布袋除塵器中濾袋過濾，此部分經(jīng)壓縮空氣反吹后也收集至脫硫灰倉。如脫硫灰中 Na2CO3未反應(yīng)完全的程度較大，可通過循環(huán)灰制漿系統(tǒng)循環(huán)利用，以提高脫硫劑的利用率。脫硫灰倉中收集的脫硫灰經(jīng)稱量螺旋輸送機(jī)送入脫硫灰解罐和脫硫灰漿罐制漿后，由循環(huán)灰漿液泵定量送入置于脫硫塔頂部的漿液頂罐與Na2CO3溶液混合，頂罐內(nèi)混合漿液根據(jù)煙氣溫度和SOx濃度自動調(diào)節(jié)送入脫硫塔霧化器的漿液量。如脫硫灰反應(yīng)較完全，可通過輸送外運子系統(tǒng)另行收集外運或綜合利用處理。
2. 2. 2 脫硝系統(tǒng)
脫硝系統(tǒng)主要由煙氣換熱器、熱風(fēng)爐加熱混合子系統(tǒng)、氨劑制備及噴射子系統(tǒng)、SCR 反應(yīng)器等組成。為確保煙氣溫度能達(dá)到SCR反應(yīng)的溫度窗口，且獲得適當(dāng)高的煙溫以提高脫硝效率，脫硫除塵后的150～160 ℃煙氣先進(jìn)入煙氣換熱器( GGH)升溫至220～230 ℃，在煙道噴氨前配有額外的熱風(fēng)爐加熱混合子系統(tǒng)，混合適量熱風(fēng)可將煙氣進(jìn)一步升溫至 240～250 ℃。熱風(fēng)爐燃料為鋼鐵企業(yè)自有的焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣等低熱值氣體燃料。
氨劑制備及噴射子系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器聯(lián)立的煙道中采用了優(yōu)化設(shè)計的導(dǎo)流板均布技術(shù)，可確保氨與煙氣充分混合均勻。核心SCR催化劑為低溫型催化劑，適宜的脫硝溫度窗口為200～300 ℃。脫硝反應(yīng)器配有聲波吹灰器，定期吹掃催化劑，保證脫硝效率延長催化劑使用壽命。煙氣經(jīng)過多層催化劑凈化后再次經(jīng)過煙氣換熱器( GGH) ，從~230 ℃ 降低至 160 ℃，*終經(jīng)引風(fēng)機(jī)送至焦?fàn)t煙囪底部。
2. 2. 3 公輔設(shè)施系統(tǒng)
本項目的公輔設(shè)施包括:給排水系統(tǒng)、壓縮空氣、 供電系統(tǒng)、儀表及自動化控制系統(tǒng)等。
1) 給排水系統(tǒng)。主要用于脫硫制漿用水、脫硝 氨劑配制用水、沖洗水、冷卻水等。 2) 壓縮空氣。壓縮空氣主要用于氣動閥門用 氣、布袋除塵器清灰、氨劑噴射用等。 3) 供配電系統(tǒng)。其中風(fēng)機(jī)電機(jī)、霧化器電機(jī)等 需采用高壓供電，此外的大多設(shè)備為380，220 V 的低 壓供電即可。
4) 儀表及自動化控制系統(tǒng)。采用PLC 控制系統(tǒng) 實現(xiàn)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝過程的監(jiān)測和控制調(diào)節(jié)。
3、總結(jié)
某焦?fàn)t煙氣采用的鈉基SDA脫硫及低溫SCR脫硝工藝及裝置能有效保證SO2、NOx、顆粒物等污染物排放達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。整個脫硫脫硝系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng),自動化程度高，能在較大負(fù)荷差異、煙氣濃度波動大的情境下穩(wěn)定運行。
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