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          鋼廠煙氣脫硫脫硝技術應用總結分析

          06-08 865

          鋼鐵企業產污環節多、污染物排放量大,經過多年的煙粉塵治理,二氧化硫和氮氧化物排放已超過日常所見的煙粉塵,成為主要大氣環境污染物(據某鋼鐵聯合企業環保數據,經過治理后的煙粉塵年排放量約430t,而同期二氧化硫年排放量約820t,氮氧化物年排放量約1400t)。為實現這兩種主要污染物的減排,近幾年,經過環保專業人員艱辛努力,相應的治理技術得到了全新發展,環保治理市場呈現出治理技術多樣化和治理效果不一的特點,因此,選擇和應用適合企業特點和發展的煙氣脫硫脫硝技術、實現企業綜合效益最大化,成為助推鋼鐵企業實現綠色、高質量發展的重要內容。

           2二氧化硫和氮氧化物排放的主要工序及特點

           2.1燒結工序排放煙氣

           主要為燒結機頭煙氣,特點是煙氣量大(以200m2燒結機為例,占本工序廢氣量約38%,占整個鋼鐵聯合企業廢氣量約16%),煙氣成分復雜,煙氣中二氧化硫含量受原料(包括鐵料、焦粉、原煤等)成分影響波動大(多為500-1500mg/m3,特殊地區可達3000-5000mg/m3),煙氣溫度多在120-150℃;氮氧化物含量一般為150-300mg/m3。

           

          2.2煉鐵工序中高爐熱風爐排放煙氣

           

          其特點是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料(焦炭、噴吹煤和煤氣)硫分影響大(多為30-100mg/m3),煙氣溫度多在140-220℃;氮氧化物含量一般小于100mg/m3。

           

          2.3石灰窯工序排放煙氣

           

          其特點是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料(煤和煤氣)硫分影響大(多為30-300mg/m3),煙氣溫度多在100-250℃;氮氧化物含量小于400mg/m3。

           

          2.4軋鋼工序中加熱爐排放煙氣

           

          其特點是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料(煤氣)硫分影響大(多為30-300mg/m3),煙氣溫度多在140-220℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m3。

           

          2.5發電工序中燃氣(燃煤)鍋爐排放煙氣

           

          其特點是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料(煤氣)硫分影響大(多為30-300mg/m3),煙氣溫度多在140-200℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m3。

           

          2.6焦化工序中焦爐生產排放煙氣

           

          其特點是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料(煤和煤氣)硫分影響大(多為300-1000mg/m3),煙氣溫度多在210-350℃;氮氧化物含量一般為300-1000mg/m3。

           

          2.7焦化工序中化工車間脫苯管式爐排放煙氣

           

          其特點是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料(煤氣)硫分影響大(多為30-300mg/m3),煙氣溫度多在270-280℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m3。

           2.8焦化工序中干熄焦排放煙氣

           干熄焦煙氣中二氧化硫主要是焦炭冷卻過程中產生,受焦炭中硫成分影響大(多為100-400mg/m3),煙氣溫度多在150-300℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m3。

           3當前二氧化硫和氮氧化物治理主要工藝技術

           

          3.1脫硫技術

           

          3.1.1煙氣循環技術

           

          屬于源頭治理技術,主要是將排出的部分煙氣作為燃燒配風,返回加熱燃燒環節(圖1),脫除效率約50%,還能利用煙氣所帶的熱能。在燃煤鍋爐、燃氣爐窯均有應用實例。

           

          3.1.2循環流化床技術


          屬于末端治理技術,半干法脫硫的一種,主要工藝是將煙氣引入脫硫塔,在脫硫塔內通過煙氣與流化床層的脫硫劑充分接觸,使煙氣中二氧化硫轉化為以亞硫酸鈣為主要成分的干態脫硫灰排出系統,達到脫除二氧化硫的目的(圖2)。脫除效率一般為98%-99%,煙氣溫度降至110℃以下或噴水量下降時,脫硫效率會降低。

           3.1.3密相干塔技術

           屬于末端治理技術,半干法脫硫的一種,主要工藝是將煙氣引入密相塔,在密相塔內通過煙氣與脫硫劑充分接觸,使煙氣中二氧化硫轉化為以亞硫酸鈣為主要成分的干態脫硫灰排出系統,達到脫除二氧化硫的目的(圖3)。脫除效率可達99%,煙氣溫度降至110℃以下或噴水量下降時,脫硫效率會降低。

          3.1.4石灰石膏法技術

           屬于末端治理技術,濕法脫硫的一種,主要工藝是將煙氣引入脫硫塔,在脫硫塔內通過煙氣與消化后的石灰漿液充分接觸,再通過脫硫塔的氧化風機鼓風,將石灰漿液轉化為以硫酸鈣為主要成分的漿液,排出漿液通過真實壓濾機形成脫硫石膏排出系統,達到脫除二氧化硫的目的。脫除效率可達99%,它需要外排脫硫漿液,以保證脫硫系統長期穩定運行。

           3.1.5氨法技術

           屬于末端治理技術,濕法脫硫的一種,主要工藝是將煙氣引入脫硫塔,在脫硫塔內通過煙氣與逆流噴淋下的氨水微小液滴充分接觸,使煙氣中二氧化硫轉化為以硫酸氨為主要成分的液態副產品,副產品通過底部排出系統進行分離,達到脫除二氧化硫的目的。適用于入口二氧化硫濃度不高于30000mg/m3,煙氣量50000m3/h以上,煙氣溫度80-170℃,顆粒物濃度不高于50mg/m3,脫除效率可達99%。

           3.1.6旋轉噴霧干燥吸收(SDA)技術

           屬于末端治理技術,半干法脫硫的一種,主要工藝是將煙氣引入脫硫塔,在脫硫塔內向上流動的煙氣與頂部噴下的石灰漿液霧滴充分接觸,使煙氣中二氧化硫轉化為以亞硫酸鈣為主要成分的干態副產品,副產品通過底部排出系統,達到脫除二氧化硫的目的。適用于入口二氧化硫濃度不高于30000mg/m3,煙氣量50000m3/h以上,煙氣溫度80-170℃,顆粒物濃度不高于50mg/m3,脫除效率可達99%。

           

          3.1.7 SDS干法脫硫技術

           

          屬于末端治理技術,干法脫硫的一種,主要工藝是將煙氣引入脫硫裝置,在脫硫裝置內煙氣與噴入的碳酸氫鈉(小蘇打)反應,使煙氣中二氧化硫轉化為以亞硫酸鈉為主要成分的干態副產品,副產品通過底部排出系統,達到脫除二氧化硫的目的。適用于入口二氧化硫濃度不高,煙氣溫度大于140℃,脫除效率一般在50%-80%。

           3.1.8羅氏干法脫硫技術

           屬于末端治理技術,干法脫硫的一種,主要工藝是采用氧化催化劑使煙氣中的二氧化硫與煙氣中殘余的氧氣反應,生成三氧化硫,然后被氫氧化鈣吸收生成硫酸鈣。

           3.2脫硝技術

           3.2.1低氮燃燒技術

           屬于源頭治理技術,它通過低氮燒嘴,將燃燒用的燃氣和空氣分多次通入燃燒區,從而使燃燒過程分多個階段完成,避免高溫區和燃燒區域氧濃度過于集中,從而降低氮氧化物生成??山档偷趸锷杉s50%。

           3.2.2煙氣循環技術

           屬于源頭治理技術,它是將鍋爐尾部的高溫煙氣重新引入燃燒室,通過煙氣量的增加降低燃料燃燒的溫度,減少氮氧化物生成;同時加入的煙氣也降低了燃燒區域的氧氣濃度,從而也減少了氮氧化物產生。

           3.2.3選擇性催化還原(SCR)技術

           屬于末端治理技術,主要是將催化劑設置在脫硝塔,當煙氣通過脫硝塔時,煙氣在催化劑作用下,與噴入脫硝塔的氨氣(或尿素)反應,生成氮氣和水,從而達到脫除目的(圖4)。其脫除效率一般為80%-90%,脫除效率受脫硝塔入口溫度和煙氣含硫量影響。

          3.2.4選擇性非催化還原(SNCR)技術

          屬于末端治理技術,主要是把含有氨基的還原劑(尿素)在不使用催化劑的前提下均勻噴入工業爐窯溫度為800-1100℃的區域,選擇性地把煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水,從而達到減排氮氧化物的目的(圖5)。其脫除效率一般為40%-50%,這種工藝會對工業爐窯熱效率產生一定影響。

          3.2.5羅氏無氨脫硝技術

           屬于末端治理技術,其核心是低溫氧化催化材料,工藝原理是煙氣在催化劑作用下,使其中的氮氧化物和一氧化碳發生反應,生成對環境質量無害的二氧化碳和氮氣。其特點是治理工藝不需噴氨和尿素,無氨排放的環境風險。

           3.3脫硫脫硝一體技術

           

          3.3.1活性炭(焦)脫硫脫硝技術

           

          屬于末端治理技術,主要工藝是將煙氣引入活性炭塔,使活性炭與煙氣逆流接觸,活性炭自上而下流動、煙氣自下而上流動(圖6)。高二氧化硫濃度的煙氣與活性炭均勻接觸,活性炭飽和度好,再生負荷??;新活性炭和再生活性炭與排出煙氣接觸,脫硫脫硝效果好,其中脫硫效率可達99%以上,脫硝效率多在85%-90%。這種工藝的優勢是將煙氣中的硫最終轉化為硫酸,作為工業產品利用或外銷。它又分為逆流式和順流式,其中逆流式以邯鋼設計院為代表,順流式以中冶長天為代表。

          3.3.2氧化法脫硫脫硝技術

           

          它是先將煙氣進行氧化,然后在脫硫脫硝塔內通過煙氣與吸收劑(多為生石灰或消石灰)充分混合,形成以亞硫酸鈣和硝酸鈣為主的副產品,脫硫脫硝塔類似循環流化床脫硫塔,工藝主要是用強氧化劑(催化劑)氧化煙氣(圖7)。其脫硫效率可達99%以上,脫硝效率多在85%-90%,這種治理工藝以中冶節能、中晶公司和天津濱環院為代表。

           

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          4二氧化硫和氮氧化物排放治理技術比較分析和選擇要點

           

          企業在選擇治理技術前,應結合本企業生產工藝特點,全面開展適用性分析,詳細認真對比治理方案優缺點,確保其滿足環保治理工程建設和治理效果,具體有以下幾個方面:

           

          1)依據企業發展規劃和生產實踐中原燃料特性變化情況,結合煙氣特性變化,針對性選擇適宜的治理技術。

           

          2)治理技術工藝應滿足企業現場客觀條件,不影響原有生產系統和新建環保治理系統正常運行。

           

          3)新建治理項目不產生新的污染治理負擔,產生的副產品有較通暢的利用和處置渠道;不降低本企業在同類企業的相對競爭力(經濟效益方面)。

           

          4)對兼有脫硫和脫硝需求的末端治理技術,應考慮選用脫硫和脫硝技術的匹配性,避免前后治理工藝配置不合理導致系統難以正常運行,應優先考慮脫硫脫硝一體化技術。 

          5鋼鐵企業脫硫脫硝治理技術應用建議

           

          按照中國環保產業協會20201月印發的《鋼鐵企業超低排放改造技術指南》的通知(中環協〔20204號)中的總體思路,優先推進源頭治理技術落實。

           

          首先,應做好生產過程中的工藝管控,切實提升清潔生產能力,避免原燃料成分、操作和設施異常波動導致煙氣成分波動,超出工藝控制和配套治理設施處理能力,這是確保穩定達標排放的基礎。

           其次,對產生氮氧化物的工業爐窯燃燒溫度調節實施精準控制。通過技術創新和技術改造,強化日常管理,確保工業爐窯溫度調節精準到位,避免工業爐窯熱工制度管理不到位導致波動或超標排放。

           

          另外,要加強與同行業優秀企業的交流學習,及時掌握實踐應用中煙氣循環、低氮燃燒等源頭治理新技術的先進經驗,實施最經濟合理、又易于管控的源頭減排。 

          對源頭治理不能實現治理目標的生產工序,結合各類脫硫脫硝末端治理技術的特點和應用實效,綜合安全、現場等因素,通過綜合評價進行優選。


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