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烧结烟气脱硫脱硝处理技术的比较分析

来源:www.schxhg.net 发表时间:2018-06-30

在烧结过程中,在高温燃烧条件下,燃料与烧结混合料发生烧结反应而发生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多种污染物和粉尘等废气,其首要特性包括烟气量大、温度不坚定大、粉尘浓度高、气体腐蚀性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年国家环保部颁施舍行了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》,严峻要求污染物排放标准。因此,对烧结烟气进行脱硫脱硝处理势在必行。

  1烧结烟气脱硫脱硝处理的现状

  我国烧结烟气脱硫早在2004年由广州钢铁厂在24m2烧结厂初步实施,于2007年全面实施。据环保部统计数据,至2014年,全国烧结机脱硫设备共有526台(见表1),已有脱硫设备的烧结机面积达8.7万m2,占烧结机面积的63%。从发布的清单分析,干法、半干法占17%,湿法占87%。除部分已建的干法(活性炭法)烧结脱硫脱硝一体化处理设备外,烧结机烟气脱硫脱硝的实例较少。


  《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662—2012)自2015年10月1日起实行第二时段的排放标准,规矩了NOx和二噁英的排放限值要求,严峻要求SO2、颗粒物和氟化物的排放,而现有的烧结烟气脱硫设备无法满足新的排放标准,因此结束烧结烟气多污染物协同处置和一体化处理势在必行。

  2烧结烟气脱硫脱硝的分析

  现在,对烧结烟气的污染处理首要以脱硫为主。新标准的实施对烟气处理提出了更严峻的要求,尤其是关于已建的脱硫设备,由于技术、用地、缔造和工作本钱等要素的束缚,直接导致烟气处理系统变得复杂和处理本钱增加。因此,应针对项目缔造特征,对新建烧结机、已建成的脱硫设备区别对待,概括考虑一种一体化的处理技术。

  由于现有的烧结烟气脱硫工艺首要集中于传统的干法、半干法、湿法,因此别离选取干法、半干法、湿法脱硫脱硝一体化等技术进行分析对比。

  2.1活性炭烟气净化技术

  20世纪50年代德国初步研发活性炭吸附工艺,20世纪60年代日本也初步研发[2]。现在,国内外大型钢铁企业在烧结烟气脱硫脱硝中已获得多项工程运用,包括新日铁名古屋制铁所烧结机(1987年8月投运)、浦项钢铁(POSCO)烧结机(2004年投运)等。太钢从日本住友株式会社引进相关技术运用于3号、4号烧结机,于2010年建成活性炭烟气处理设备。其反应原理包括以下几方面:

  1)烧结机排出的烟气经除尘器除尘后,由主风机排出。烟气中的SO2、H2O与O2在排烟温度为120~150℃时,被活性炭吸附富集,然后被催化转化为吸附态的SO3,之后和吸附态的H2O结合生成吸附态的H2SO4。

  2)当SO2的出口浓度抵达排放标准后,将活性焦移动至再生器,在温度抵达450℃左右时按照反应式解吸出浓度在20%~25%之间的高浓SO2气体。这种SO2气源可以根据商场需求用作出产硫酸、硫磺、硫铵盐、液态SO2等硫化工原料。

  3)脱硝反应被称之为选择性催化恢复(SCR)反应,在活性焦催化作用下将NO(x包括NO、NO2等)和NH3转化为无害的N2和H2O,抵达脱除NOx的目的。

  根据太钢活性炭处理的监测参数得知,3号烧结机的脱硫率为98.8%、脱硝率为61.O%、除尘率为82.5%、脱二噁英率为90%[3],结束了出色的烟气脱硫、脱硝、脱二噁英和除尘的集成净化功用,环保作用显著。

  活性炭吸附工艺的利益是污染物一体化处置功率高,缺点是缔造和工作本钱高。以太钢450m2烧结机为例,活性炭设备出资为3.4亿元,工作本钱为4870万元/年。

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  2.2循环流化床脱硫+SCR脱硝工艺

  循环流化床工艺首要由吸收剂制备与供应、吸收塔、物料再循环、工艺水、布袋除尘器以及副产品外排等构成。一般选用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可选用其他对二氧化硫有吸收反应才干的干粉或浆液作为吸收剂。

  由锅炉排出的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入。吸收塔底部为一个文丘里设备,烟气流经文丘里管后速度加快,与细的吸收剂粉末彼此混合,使颗粒之间、气体与颗粒之间发生剧烈抵触,构成流化床,在喷入均匀水雾、下降烟温的条件下,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。脱硫后带着许多固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出,进入再循环除尘器处理后被排放。

  脱硫后烟气温度为75~80℃,经过GGH换热、加热炉将温度加热至160~300℃,以高炉煤气为热源进行加热,热烟气进入SCR反应器,与参与的脱硝剂在催化剂作用下进行高效脱硝反应,终究洁净烟气经系统引风机排往烟囱。SCR脱硝设备首要由GGH换热器、烟气加热炉、SCR反应器、氨站等组成。在催化剂的作用下,当烟气温度为280~300℃时,运用氨作为恢复剂,与烟气中的NOx反应,发生无害的氮气和水。一同,二噁英经过催化剂会裂解成CO2、水及HCl。

  脱硝机理为:

  4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;

  2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O;

  NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。

  “循环流化床+SCR”工艺的利益为:一是脱硝技术老到、污染物脱除功率高、适用范围广,可满足最严峻的污染物排放标准要求,工程总出资和工作费用适中。二是关于现在已缔造脱硫设备的烧结球团企业,为满足新标准对氮氧化物的排放要求,可继续缔造脱硝部分,不存在重复缔造问题,维护和工作简略。缺点是脱硫、脱硝副产品发生量大,尚无公认的最佳运用途径或资源回收价值,需作为废物进行处理。该工艺现在在宝钢集团梅钢公司、三钢、昆钢等大型钢铁厂得到成功运用[4]。

  2.3湿法脱硫+SCR联合脱硝工艺

  选择性催化恢复法(SCR)技术相对老到,具有较高的脱硝功率,在燃煤电厂得到广泛运用,但其在烧结烟气处理中的运用较少。

  2.3.1束缚要素

  湿法脱硫后烟气温度广泛处于50~80℃,而SCR技术需求的反应温度为320~450℃。在反应温度较高时,催化剂会发生烧结及(或)结晶现象;在反应温度较低时,催化剂的活性会由于硫酸铵在催化剂表面凝集堵塞催化剂的微孔而下降。

  2.3.2工艺优化

  将烟气脱硝工艺置于脱硫工艺之前,烧结烟气经加热设备升温,先进行SCR技术脱硝,然后用换热设备(可用余热锅炉,也可选用其他换热设备)进行降温处理,出来的烟气经脱硫设备净化后,从烟囱排出。

  2.3.3采用方法

  烧结机主抽风机的烟气经四电场或五电场净化处理后,将烧结机主抽风机的烟气升温至350℃左右,接着选用SCR工艺对烟气进行脱硝,对脱硝后的烟气选用换热运用技术降温后,进行湿法烟气脱硫,构成烟气“脱硝+脱硫”的倒置处理流程。

  中国台湾中钢公司的三座烧结机选用该技术路途用于烧结烟气脱硝处理[5]。以550m2烧结机为例,SCR脱硝出资约6000万元,年耗电约220kW˙h,耗高炉煤气5200万m3,脱硝本钱靠近12元/t烧结矿。

  该路途的利益为,由于国内湿法脱硫的比例较高,若推广成功则对大多数现有脱硫设备有用,适用性强。缺点为需对烟气进行再热,能耗高导致工作本钱高,烟气中的盐分易导致SCR催化剂中毒,系统工作安稳性存在风险,运用后的SCR催化剂属风险废物,需接近重视。

  2.4其他脱硫脱硝一体化技术

  2.4.1湿法脱硝工艺

  对典型的催化氧化法脱硝工艺进行分析。该工艺属湿式洗刷并脱硫脱硝技术,选用湿式洗刷的方法,在一套设备中一同脱除烟气中的SO2和NOx的方法,选用氧化吸收塔和碱式吸收塔两段工艺。氧化吸收塔是选用氧化剂来氧化NO、SO2及有毒金属的;碱式吸收塔则作为后续工艺,以碱液为吸收剂,吸收剩余的酸性气体,NOx脱除率达95%以上。该工艺的缺点在于工程案例较少,存在催化剂宝贵、一次性出资和工作本钱较高档问题。湿法脱硝工艺可以分为碱液吸收法、络合吸收法、恢复吸收法和氧化吸收法等。

  2.4.2电子束辐照烟气联合脱硫脱硝

  运用阴极发射并经电场加快构成高能电子束,这些电子束在辐照烟气时会发生自由基,和SOx、NOx反应生成硫酸和硝酸,在通入氨气的情况下,发生(NH)SO和NHNO等副产品。

  该方法在20世纪70年代由日本首要提出,经过国内外多年的研讨开发,现在已结束工业实验,但尚无工业化运用。首要缺点为能耗较高、副产品含水率大,一同要考虑电子束发生器的防辐射方法。

  3几种烟气脱硫脱硝技术的概括对比

  3.1新建烧结机

  新建烧结机宜选用活性炭脱硫脱硝一体化处理工艺。该处理工艺在国内已有既成案例,工作安稳,但一次性出资和工作本钱较高。

  3.2现有干法/半干法脱硫改造

  现有干法脱硫工艺宜进行配套改造,增加SCR脱硝设备。该处理工艺在国内已有既成案例,工作安稳,但应充分考虑脱硫脱硝产品带来的二次污染问题。

  3.3现有湿法脱硫改造

  现有湿法脱硫工艺可慎重考虑增加SCR脱硝设备,尽量选择老到的低温催化剂。该工艺存在能耗及工作本钱高的问题。

  4结论

  1)受污染物处理技术和经济条件束缚,现在我国已实施的烧结烟气处理基本上都以脱硫为主,而关于一同结束烧结脱硫、脱硝、脱二噁英等一体化技术尚处于起步阶段,建成的工程运用案例也不多。

  2)烟气联合脱硫脱硝技术是其时大气污染物办理技术展开的方向,也是烟气办理商场亟需的工艺路途。现在的技术均存在或多或少的缺点,工业化运用难以选择。

  3)针对烧结烟气的处理,应根据自身特征,对各种有成功成果的工艺技术进行合理消化吸收,在此基础上加快展开适宜我国技术和设备,下降出资和工作费。

  4)概括分析各技术在老到度、脱硫脱硝作用和二次污染的对比,活性炭干法联合脱硫脱硝技术运用在一段时期内可作为烧结球团烟气脱硫脱硝概括办理的首选技术

在烧结过程中,在高温燃烧条件下,燃料与烧结混合料发生烧结反应而发生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多种污染物和粉尘等废气,其首要特性包括烟气量大、温度不坚定大、粉尘浓度高、气体腐蚀性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年国家环保部颁施舍行了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》,严峻要求污染物排放标准。因此,对烧结烟气进行脱硫脱硝处理势在必行。

  1烧结烟气脱硫脱硝处理的现状

  我国烧结烟气脱硫早在2004年由广州钢铁厂在24m2烧结厂初步实施,于2007年全面实施。据环保部统计数据,至2014年,全国烧结机脱硫设备共有526台(见表1),已有脱硫设备的烧结机面积达8.7万m2,占烧结机面积的63%。从发布的清单分析,干法、半干法占17%,湿法占87%。除部分已建的干法(活性炭法)烧结脱硫脱硝一体化处理设备外,烧结机烟气脱硫脱硝的实例较少。

  《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662—2012)自2015年10月1日起实行第二时段的排放标准,规矩了NOx和二噁英的排放限值要求,严峻要求SO2、颗粒物和氟化物的排放,而现有的烧结烟气脱硫设备无法满足新的排放标准,因此结束烧结烟气多污染物协同处置和一体化处理势在必行。

  2烧结烟气脱硫脱硝的分析

  现在,对烧结烟气的污染处理首要以脱硫为主。新标准的实施对烟气处理提出了更严峻的要求,尤其是关于已建的脱硫设备,由于技术、用地、缔造和工作本钱等要素的束缚,直接导致烟气处理系统变得复杂和处理本钱增加。因此,应针对项目缔造特征,对新建烧结机、已建成的脱硫设备区别对待,概括考虑一种一体化的处理技术。

  由于现有的烧结烟气脱硫工艺首要集中于传统的干法、半干法、湿法,因此别离选取干法、半干法、湿法脱硫脱硝一体化等技术进行分析对比。

  2.1活性炭烟气净化技术

  20世纪50年代德国初步研发活性炭吸附工艺,20世纪60年代日本也初步研发[2]。现在,国内外大型钢铁企业在烧结烟气脱硫脱硝中已获得多项工程运用,包括新日铁名古屋制铁所烧结机(1987年8月投运)、浦项钢铁(POSCO)烧结机(2004年投运)等。太钢从日本住友株式会社引进相关技术运用于3号、4号烧结机,于2010年建成活性炭烟气处理设备。其反应原理包括以下几方面:

  1)烧结机排出的烟气经除尘器除尘后,由主风机排出。烟气中的SO2、H2O与O2在排烟温度为120~150℃时,被活性炭吸附富集,然后被催化转化为吸附态的SO3,之后和吸附态的H2O结合生成吸附态的H2SO4。

  2)当SO2的出口浓度抵达排放标准后,将活性焦移动至再生器,在温度抵达450℃左右时按照反应式解吸出浓度在20%~25%之间的高浓SO2气体。这种SO2气源可以根据商场需求用作出产硫酸、硫磺、硫铵盐、液态SO2等硫化工原料。

  3)脱硝反应被称之为选择性催化恢复(SCR)反应,在活性焦催化作用下将NO(x包括NO、NO2等)和NH3转化为无害的N2和H2O,抵达脱除NOx的目的。

  根据太钢活性炭处理的监测参数得知,3号烧结机的脱硫率为98.8%、脱硝率为61.O%、除尘率为82.5%、脱二噁英率为90%[3],结束了出色的烟气脱硫、脱硝、脱二噁英和除尘的集成净化功用,环保作用显著。

  活性炭吸附工艺的利益是污染物一体化处置功率高,缺点是缔造和工作本钱高。以太钢450m2烧结机为例,活性炭设备出资为3.4亿元,工作本钱为4870万元/年。

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  2.2循环流化床脱硫+SCR脱硝工艺

  循环流化床工艺首要由吸收剂制备与供应、吸收塔、物料再循环、工艺水、布袋除尘器以及副产品外排等构成。一般选用干态的消石灰粉作为吸收剂,也可选用其他对二氧化硫有吸收反应才干的干粉或浆液作为吸收剂。

  由锅炉排出的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入。吸收塔底部为一个文丘里设备,烟气流经文丘里管后速度加快,与细的吸收剂粉末彼此混合,使颗粒之间、气体与颗粒之间发生剧烈抵触,构成流化床,在喷入均匀水雾、下降烟温的条件下,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。脱硫后带着许多固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出,进入再循环除尘器处理后被排放。

  脱硫后烟气温度为75~80℃,经过GGH换热、加热炉将温度加热至160~300℃,以高炉煤气为热源进行加热,热烟气进入SCR反应器,与参与的脱硝剂在催化剂作用下进行高效脱硝反应,终究洁净烟气经系统引风机排往烟囱。SCR脱硝设备首要由GGH换热器、烟气加热炉、SCR反应器、氨站等组成。在催化剂的作用下,当烟气温度为280~300℃时,运用氨作为恢复剂,与烟气中的NOx反应,发生无害的氮气和水。一同,二噁英经过催化剂会裂解成CO2、水及HCl。

  脱硝机理为:

  4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;

  2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O;

  NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。

  “循环流化床+SCR”工艺的利益为:一是脱硝技术老到、污染物脱除功率高、适用范围广,可满足最严峻的污染物排放标准要求,工程总出资和工作费用适中。二是关于现在已缔造脱硫设备的烧结球团企业,为满足新标准对氮氧化物的排放要求,可继续缔造脱硝部分,不存在重复缔造问题,维护和工作简略。缺点是脱硫、脱硝副产品发生量大,尚无公认的最佳运用途径或资源回收价值,需作为废物进行处理。该工艺现在在宝钢集团梅钢公司、三钢、昆钢等大型钢铁厂得到成功运用[4]。

  2.3湿法脱硫+SCR联合脱硝工艺

  选择性催化恢复法(SCR)技术相对老到,具有较高的脱硝功率,在燃煤电厂得到广泛运用,但其在烧结烟气处理中的运用较少。

  2.3.1束缚要素

  湿法脱硫后烟气温度广泛处于50~80℃,而SCR技术需求的反应温度为320~450℃。在反应温度较高时,催化剂会发生烧结及(或)结晶现象;在反应温度较低时,催化剂的活性会由于硫酸铵在催化剂表面凝集堵塞催化剂的微孔而下降。

  2.3.2工艺优化

  将烟气脱硝工艺置于脱硫工艺之前,烧结烟气经加热设备升温,先进行SCR技术脱硝,然后用换热设备(可用余热锅炉,也可选用其他换热设备)进行降温处理,出来的烟气经脱硫设备净化后,从烟囱排出。

  2.3.3采用方法

  烧结机主抽风机的烟气经四电场或五电场净化处理后,将烧结机主抽风机的烟气升温至350℃左右,接着选用SCR工艺对烟气进行脱硝,对脱硝后的烟气选用换热运用技术降温后,进行湿法烟气脱硫,构成烟气“脱硝+脱硫”的倒置处理流程。

  中国台湾中钢公司的三座烧结机选用该技术路途用于烧结烟气脱硝处理[5]。以550m2烧结机为例,SCR脱硝出资约6000万元,年耗电约220kW˙h,耗高炉煤气5200万m3,脱硝本钱靠近12元/t烧结矿。

  该路途的利益为,由于国内湿法脱硫的比例较高,若推广成功则对大多数现有脱硫设备有用,适用性强。缺点为需对烟气进行再热,能耗高导致工作本钱高,烟气中的盐分易导致SCR催化剂中毒,系统工作安稳性存在风险,运用后的SCR催化剂属风险废物,需接近重视。

  2.4其他脱硫脱硝一体化技术

  2.4.1湿法脱硝工艺

  对典型的催化氧化法脱硝工艺进行分析。该工艺属湿式洗刷并脱硫脱硝技术,选用湿式洗刷的方法,在一套设备中一同脱除烟气中的SO2和NOx的方法,选用氧化吸收塔和碱式吸收塔两段工艺。氧化吸收塔是选用氧化剂来氧化NO、SO2及有毒金属的;碱式吸收塔则作为后续工艺,以碱液为吸收剂,吸收剩余的酸性气体,NOx脱除率达95%以上。该工艺的缺点在于工程案例较少,存在催化剂宝贵、一次性出资和工作本钱较高档问题。湿法脱硝工艺可以分为碱液吸收法、络合吸收法、恢复吸收法和氧化吸收法等。

  2.4.2电子束辐照烟气联合脱硫脱硝

  运用阴极发射并经电场加快构成高能电子束,这些电子束在辐照烟气时会发生自由基,和SOx、NOx反应生成硫酸和硝酸,在通入氨气的情况下,发生(NH)SO和NHNO等副产品。

  该方法在20世纪70年代由日本首要提出,经过国内外多年的研讨开发,现在已结束工业实验,但尚无工业化运用。首要缺点为能耗较高、副产品含水率大,一同要考虑电子束发生器的防辐射方法。

  3几种烟气脱硫脱硝技术的概括对比

  3.1新建烧结机

  新建烧结机宜选用活性炭脱硫脱硝一体化处理工艺。该处理工艺在国内已有既成案例,工作安稳,但一次性出资和工作本钱较高。

  3.2现有干法/半干法脱硫改造

  现有干法脱硫工艺宜进行配套改造,增加SCR脱硝设备。该处理工艺在国内已有既成案例,工作安稳,但应充分考虑脱硫脱硝产品带来的二次污染问题。

  3.3现有湿法脱硫改造

  现有湿法脱硫工艺可慎重考虑增加SCR脱硝设备,尽量选择老到的低温催化剂。该工艺存在能耗及工作本钱高的问题。

  4结论

  1)受污染物处理技术和经济条件束缚,现在我国已实施的烧结烟气处理基本上都以脱硫为主,而关于一同结束烧结脱硫、脱硝、脱二噁英等一体化技术尚处于起步阶段,建成的工程运用案例也不多。

  2)烟气联合脱硫脱硝技术是其时大气污染物办理技术展开的方向,也是烟气办理商场亟需的工艺路途。现在的技术均存在或多或少的缺点,工业化运用难以选择。

  3)针对烧结烟气的处理,应根据自身特征,对各种有成功成果的工艺技术进行合理消化吸收,在此基础上加快展开适宜我国技术和设备,下降出资和工作费。

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