网站首页新闻资讯 > 业界资讯钢铁行业烧结烟气脱硫脱硝联合处理技术

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点击次数:  更新时间:2018-05-31 11:48:24  【打印此页】  【关闭
分析了解烧结烟气的特点,介绍了当前几种主要的烧结球团烟气脱硫脱硝联合治理技术,从技术原理、特点、适用条件及工程应用等方面进行了叙述,提出了钢铁行业烧结烟气污染物治理技术的发展方向。
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钢铁行业二氧化硫主要由烧结球团烟气产生,烧结球团烟气产生的二氧化硫占钢铁企业排放总量的70%以上,个别企业达到90%左右(不含燃煤自备电厂产生的二氧化硫)。据统计,2008年全国重点统计的钢铁企业二氧化硫排放量约110万吨,其中烧结二氧化硫排放量约80万吨。我国钢铁行业烧结烟气脱硫成为继火力发电机组烟气脱硫之后SO2排放控制的重点。
 
国家环保部2012年6月27日颁布《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》,对钢铁行业烧结、球团工业烟气主要污染物排放大幅趋严了要求,自2015年1月1日起现有企业和2012年10月1日起新建企业二氧化硫和氮氧化物排放限值分别为200mg/m3和300mg/m3[1]。钢铁行业烧结球团脱硫脱硝减排任务艰巨,势在必行。为了有助于我国钢铁企业符合国际废气处理设备处理技术要求和环保发展趋势,要选择技术先进、经济性优、符合我国烧结烟气特点的烧结脱硫技术。本文简要分析了烧结烟气的特点并介绍了几种主要的脱硫脱硝技术。
 
2烧结烟气的特点
 
烧结是将各种粉状含铁原料,混合适宜的燃料和熔剂后放于烧结设备中点火烧结,在燃料产生高热和一系列物理化学变化的作用下,使部分混合料颗粒表面发生软化和熔化,产生一定量的液相,并湿润其他未熔化的矿石颗粒,冷却后,液相将矿粉颗粒烧结成烧结矿,这是炼铁行业的一项重要工序。烧结烟气是烧结混合料点火后,随台车运行,在高温烧结成型过程中产生了含尘废气。烧结烟气的主要特点是:
 
(1)烟气量大。由于漏风率高(40%~50%)和固体料循环率高,有相当一部分空气没有通过烧结料层,使烧结烟气量大大增加,每产生1吨烧结矿约产生4000~6000m3烟气。
 
(2)烟气温度较高。随烧结工况变化,烟气温度一般在120℃~180℃。
 
(3)烟气粉尘浓度高。粉尘,粉尘处理主要以铁及其化合物为主,由于使用不同的原料可能含有微量重金属元素,一般浓度达10g/Nm3,平均粒径为13~35μm。
 
(4)含湿量大。为了提高烧结混合料的透气性,混合料在烧结前必须加适量的水制成小球,所以烟气的含湿量较大,按体积比计算,水分含量在10%左右。
 
(5)含有害气体。高炉煤气点火及混合料的烧结成型过程,均产生一定量的氯化氢(HCl)、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、氟化氢(HF)等,它们遇水后将形成酸雨,会腐蚀金属构件。此外,还含有对人体健康危害极大的二噁英和呋喃等。
 
(6)含SO2浓度相对较低。随原料硫负荷等因素的不同,国内企业一般在1000~3000mg/m3。
 
(7)不稳定性。由于烧结工况波动,烟气量、烟气温度、SO2浓度等经常发生变化,阵发性强。
 
(8)含有重金属污染物。
 
3烧结烟气脱硫脱硝联合治理技术
 
3.1半干法(湿法)脱硫+SCR脱硝联合治理技术
 
半干法(湿法)脱硫+SCR脱硝技术,在电力行业应用技术成熟,业绩较为广泛。主要的技术路线为脱硫采用半干法或湿法、脱硝采用选择性催化还原法组合进行脱硫脱硝,如图1所示。经过处理后烟气中主要污染物能满足排放标准要求,其中氮氧化物脱除效率为70%~85%,脱硫效率在95%以上。
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该工艺在烧结烟气中存在烟气温度不适宜的问题,主要是SCR脱硝催化剂反应温度区间为300℃~450℃,而烧结机机头烟气温度为100℃~160℃,难以满足SCR脱硝反应温度要求,低温SCR脱硝催化剂还有待开发应用。
 
该工艺技术成熟,脱硫脱硝效率高,可满足排放标准的要求,但烟气需要再热会造成能耗高,同时还存在脱硝反应催化剂在烧结烟气中使用寿命短、运营成本高的问题。
 
3.2活性焦脱硫脱硝一体化技术
 
用于脱硫脱硝的活性焦为直径5~9mm圆柱状炭质吸附材料(见图2),与活性炭相比,活性焦是一种综合强度(耐压、耐磨损、耐冲击)高、比表面积小,具有更好的脱硫、脱硝性能,且使用过程中脱硫活性和吸附硫容不降低,在加热解吸再生的作用下还会有所增加,因此,活性焦用于烟气脱硫脱硝不仅具有经济效益,而且使用寿命长。
 

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 活性焦脱硫脱硝一体化技术主要由吸附、解吸和硫回收三部分组成,见图3。烟气进入含有活性焦的移动床吸收塔,通常从空气预热器中出来的烟气温度为120℃~160℃,该温度是此工艺的最佳温度,能达到最高的脱除效率。吸收塔由两段组成,活性焦在垂直吸收塔内由重力从第二段的顶部下降至第一段的底部。烟气水平通过吸收塔的第一段,在此SO2被脱除,烟气进入第二段后,在此通过喷入氨除去NOx。
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SO2+1/2O2→SO3①
 
SO3+H2O→H2SO4②
 
在吸收塔的第二段中,活性焦又充当了SCR工艺中的催化剂,在温度100℃~200℃时,烟气中加入氨就可脱除NOx。
 
脱硝的主要反应是:
 
4NH3+6NO→5N2+6H2O③
 
8NH3+6NO2→7N2+12H2O④
 
2NH3+2NO+1/2O2→2N2+3H2O⑤
 
同时有以下副反应:
 
SO2+2NH3+H2O+1/2O2→(NH4)2SO4⑥
 
在再生阶段,饱和态的吸附剂被送到再生器加热到400℃,解吸出浓缩的SO2气体,每摩尔的再生活性焦可以解吸出2摩尔的SO2。再生后的活性焦又通过循环送到反应器。
 
活性焦脱硫脱硝技术的优点是能够在同一温度区域(100℃~200℃),同时进行脱硫和脱硝。活性焦脱硫技术为干法脱硫技术,与湿法相比,不需要烟气再加热和排水设备,占地面积小、不腐蚀、运行管理容易。同时具有高的脱硫和脱硝效率,脱硫效率达到90%以上,脱硝效率可达到50%以上。粉尘、重金属等有害物质可以同时被除去。活性焦层的除尘作用可使排烟粉尘浓度小于10mg/Nm3。再生产生的硫磺或硫酸可作为副产品销售,而且,用过的废弃活性焦可作为燃料处理。吸收塔压力损失稳定,不会发生堵塞现象,因而运行可靠。
 
目前在发达国家采用活性焦脱硝工艺的电厂数量不多,该技术未被广泛应用的主要原因是初投资费用比较高,另外,该系统内部设备多,所需场地比较大;活性焦吸收法脱硫能否得到应用的另一关键是要解决副产物的应用市场。
 
3.3循环流化床脱硫脱硝一体化技术
 
循环流化床脱硫脱硝一体化系统主要由烟气系统、吸收剂储存、输送及循环系统、水系统、灰渣输送系统、公用介质及控制系统等组成[2],如图5所示。
 

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烧结烟气经电除尘后由风机引入催化剂中,将烟气中的大多数NO氧化为NO2,再进入脱硫脱硝反应塔底部,反应塔底部为一个文丘里装置,烟气流经时被加速。采用生石灰为吸收剂,通过一套喷射装置在反应塔底部喷入,吸收剂与烟气中的SO2和NO2反应,生成亚硫酸钙、硫酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙等,大量的固体颗粒部分在塔顶回落,形成内循环,部分随烟气从反应塔上部侧向排出,进入袋式除尘器。大部分的固体颗粒通过除尘器的再循环系统返回反应塔继续参加反应,循环达100~150次,少部分脱硫脱硝渣经过一个中间仓,经输灰系统输入渣仓。最后的烟气经除尘器通过引风机排入烟囱,由于酸性物质被脱除,烟气的酸露点温度低,排烟温度高于露点温度,无需再加热烟气。
 
脱硫脱硝的主要反应:
 
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O⑦
 
NO+1/2O2→NO2⑧
 
4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+2H2O⑨
 
该方法具有低温同时脱硫脱硝的能力,适合处理温度在150℃以下的烧结烟气。该工艺的脱硫效率达80%~98%,脱硝效率达60%以上,具有投资省、运行成本相对低、流程较为简单、脱硫脱硝副产品易处置、无二次污染等优点。
 
4结论
 
烧结烟气脱硫脱硝联合治理是当前大气污染物治理技术发展的方向,也是烟气治理市场亟需的技术工艺路线。为适应环保排放标准中大气污染物限制的逐步趋严,需要从实际运用中摸索各种技术的特点,优化现有技术,找到解决办法,开发出适合我国国情的烧结烟气脱硫脱硝技术。
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