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              焦爐煙道氣同時脫硫脫硝技術路線探討

                 日期:2018-06-21     來源:中國化工貿易 倪建東    瀏覽:29    評論:0    

                介紹了焦爐煙道氣中SO2和NOx的形成機理,以及同時脫除的技術難點。對照國家最新的行業排放標準要求,鑒于世界上尚無長期穩定運行的工程案例,對比了兩種已在境外燒結行業大型工業化工程中實現長期穩定運行的煙氣脫硫脫硝技術,提出了可在大型焦爐煙道氣脫硫脫硝中采用的工藝技術路線———半干法煙氣脫硫(SDA/CFB)+選擇性催化還原(SCR)組合式脫硫脫硝技術。分類闡述了不同溫度的焦爐煙道氣脫硫脫硝工藝技術路線,展望了焦爐煙道氣脫硫脫硝項目的發展前景。

                1概述

                冶金焦炭生產及冶煉焦化行業中焦爐煤氣、高爐煤氣或混合煤氣燃燒后可產生大量大氣污染物,包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及煙塵等。含污染物的煙道氣經焦爐煙囪呈有組織高架點源連續性排放至大氣中,對環境造成嚴重污染。2012年6月,國家頒布了《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171—2012),明確規定現有焦化企業2015年1月1日后焦爐煙道氣中污染物的排放限值、特別限值,地區更是提出了更為嚴格的要求,見表1。

                能否滿足最新排放要求事關企業的正常生產,本文就如何做到達標排放進行了分類分析探討,對于達到特別排放地區的限值要求提出了具有針對性的工藝技術路線。

                2廢氣中污染物的產生機理

                2.1廢氣中SO2的產生機理

                焦爐煙道氣中SO2源自入爐配合煤中的全硫,配合煤中的全硫在現代常規焦爐中有30%~35%進入產生的荒煤氣中。進入荒煤氣中的硫主要以硫化氫(無機硫)的形態存在,而有機硫含量大約是無機硫的5%~10%。產生的荒煤氣經過脫硫裝置除去硫化氫和有機硫,凈化后的焦爐煤氣(COG)通常被用作加熱焦爐的燃料之一。以凈化后的COG作燃料為例,在焦爐燃燒室燃燒,其中的硫化氫和有機硫燃燒后生成SO2和其他廢氣一起進入焦爐煙道廢氣經煙囪排放。對于燃用貧煤氣(如高爐煤氣和混合煤氣)的焦爐而言,由此產生的SO2量要少。但這并不是焦爐煙道氣中SO2的全部來源,焦爐爐體竄漏導致荒煤氣進入燃燒室,荒煤氣中的硫化物燃燒生成的SO2是又一主要來源。荒煤氣從炭化室經爐墻縫隙竄漏至燃燒室,即使僅有少量荒煤氣竄漏,也會對焦爐煙道氣SO2濃度構成嚴重影響。根據測算,來自荒煤氣中的硫化物竄漏至燃燒系統的SO2約占55%~65%,煤氣凈化程度越高,這一比例越高,這也是為何根據凈煤氣的硫平衡來計算廢氣中SO2含量時總是遠低于實測值的原因。

                2.2廢氣中NOx的產生機理

                研究表明,焦爐在燃燒過程中形成的NOx中,NO占95%,NO2為5%左右。NO會在大氣中緩慢轉化成NO2,形成酸雨,對大氣產生嚴重污染。采用焦爐煤氣(COG屬碳氫燃料)對焦爐加熱時,燃燒過程產生NOx的形成機理有三種類型:①溫度熱力型NO;②碳氫燃料快速型NO;③含N組分燃料型NO。焦爐立火道燃燒溫度一般在1300~1800℃,高溫下形成的NOx主要是溫度熱力型NO,燃燒溫度越高,則NO生成濃度越高。含N組分燃料型NO所占比例不超過5%。

                而采用以CO為可燃成分的貧煤氣(如高爐煤氣BFG)對焦爐加熱時,廢氣中的NOx基本是溫度熱力型NO。可見焦爐廢氣NOx中的主要成分是難以脫除的NO[2]。

                3一般地區兩種污染物達標排放的途徑

                3.1SO2達標排放的途徑

                根據SO2的形成機理,要降低焦爐煙道氣中SO2的措施主要是:①采取更加高效的COG煤氣脫硫工藝,使其硫化氫質量濃度降至20mg/m3以下、有機硫質量濃度降低至100mg/m3以下,也可使用貧煤氣為燃料;②通過護爐鐵件給焦爐砌體施加連續、合理的保護性壓力,提高焦爐砌體的嚴密性,爭取將焦爐漏氣率控制在2%以下;③降低入爐配合煤的含硫率,一般將入爐煤硫分降至0.7%以下時,廢氣中SO2濃度可低于50mg/m3,滿足一般地區的排放要求。

                對于已經生產的焦爐,若是因為焦爐漏氣率難以控制在2%以下,可嘗試適當再降低入爐配合煤的含硫率,看是否能達到排放標準。但若因此導致煤的采購成本上升而影響經濟效益時,則應考慮增設末端脫硫裝置。

                3.2NOx達標排放的途徑

                對于一般地區,新標準要求NOx排放濃度低于500mg/m3,這一標準基本與30年前日本、德國等發達國家的標準相當。采用在燃燒過程中抑制NOx生成的焦爐設計技術,如合理確定立火道溫度、控制實際燃燒溫度、往燃燒空氣內摻入廢氣、廢氣循環、分段供空氣(控制空氣過剩系數)燃燒以及將它們相結合的復合技術都能有效降低廢氣中NOx含量。其實質是通過溫度控制或改變燃燒方式盡量減少溫度熱力型NOx的生成,但此類技術對于降低NOx含量效果有限,即使先進焦爐煙囪的NOx排放濃度也在300mg/m3左右。

                因此,一般地區通過實施低氮燃燒技術即可實現達標排放,但是對于特別限值地區要求NOx排放濃度低于150mg/m3則須采用廢氣末端治理技術來控制NOx。“選擇性非催化還原”(SelectiveNonCatalyticReduction,簡稱“SNCR”)技術適用的溫度條件為900~1100℃其溫度條件偏低而不適用于焦爐,因此“選擇性催化還原”(SelectiveCatalyticReduction,簡稱“SCR”)技術可能是適用于焦爐的高效脫硝技術。

                4特別限值地區兩種污染物脫除的技術難點

                從上述焦爐煙道氣中SO2和NOx的成因看,這兩種污染物同時存在的可能性很大,而且通過源頭和過程控制難以達到特別限值地區排放標準。表2列舉了某特別限值地區焦爐的廢氣參數。而焦爐“終生無休”和焦爐煙囪依靠“熱煙囪效應”無動力排放的特點,要求焦爐煙囪始終處于熱備狀態,換言之必須持續有溫度130℃以上的熱煙氣通過焦爐煙囪排放。

                (1)電力行業傳統的先脫硝后脫硫技術難以應用,首先脫硝要求350℃左右的溫度無法滿足,即使采用換熱器升溫仍需消耗大量能源,且升溫后煙氣量大增,使脫硝裝置規模和投資變大。此外,因煙氣溫度過高,無法進入后續脫硫裝置。

               
              標簽: 脫硫脫硝
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