作者:jzhxkyjx 來源:本站 發(fā)表時間:2020/3/31 17:36:31 點(diǎn)擊:9247
摘要:基于我國鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣各污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)要求和污染控制技術(shù)現(xiàn)狀,分析國內(nèi)外典型鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)——活性炭吸附工藝、LJS-FGD多污染物協(xié)同凈化工藝和催化氧化法綜合清潔技術(shù)等多種技術(shù)的主要特點(diǎn)、存在問題,對其技術(shù)經(jīng)濟(jì)及減排效果進(jìn)行比較。 在燒結(jié)過程中,在高溫燃燒條件下,燃料與燒結(jié)混合料發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)而產(chǎn)生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多種污染物和粉塵等廢氣,其主要特性包括煙氣量大、溫度波動大、粉塵濃度高、氣體腐蝕性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年國家環(huán)保部頒布實(shí)施了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,嚴(yán)格要求污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。因此,對燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理勢在必行。
1燒結(jié)煙氣脫硫脫硝處理的現(xiàn)狀
我國燒結(jié)煙氣脫硫早在2004年由廣州鋼鐵廠在24m2燒結(jié)廠初步實(shí)施,于2007年全面實(shí)施。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計數(shù)據(jù),至2014年,全國燒結(jié)機(jī)脫硫設(shè)施共有526臺(見表1),已有脫硫設(shè)施的燒結(jié)機(jī)面積達(dá)8.7萬m2,占燒結(jié)機(jī)面積的63%。從公布的清單分析,干法、半干法占17%,濕法占87%。除部分已建的干法(活性炭法)燒結(jié)脫硫脫硝一體化處理設(shè)施外,燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫脫硝的實(shí)例較少。
《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28662—2012)自2015年10月1日起執(zhí)行第二時段的排放標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了NOx和二噁英的排放限值要求,嚴(yán)格要求SO2、顆粒物和氟化物的排放,而現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施無法滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn),因此實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同處置和一體化處理勢在必行。
2燒結(jié)煙氣脫硫脫硝的分析
目前,對燒結(jié)煙氣的污染處理主要以脫硫為主。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對煙氣處理提出了更嚴(yán)格的要求,尤其是對于已建的脫硫設(shè)施,由于技術(shù)、用地、建設(shè)和運(yùn)行成本等因素的限制,直接導(dǎo)致煙氣處理系統(tǒng)變得復(fù)雜和處理成本增加。因此,應(yīng)針對項目建設(shè)特點(diǎn),對新建燒結(jié)機(jī)、已建成的脫硫設(shè)施區(qū)別對待,綜合考慮一種一體化的處理技術(shù)。由于現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫工藝主要集中于傳統(tǒng)的干法、半干法、濕法,因此分別選取干法、半干法、濕法脫硫脫硝一體化等技術(shù)進(jìn)行分析對比。
2.1活性炭煙氣凈化技術(shù)
20世紀(jì)50年代德國開始研發(fā)活性炭吸附工藝,20世紀(jì)60年代日本也開始研發(fā)[2]。目前,國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)煙氣脫硫脫硝中已取得多項工程應(yīng)用,包括新日鐵名古屋制鐵所燒結(jié)機(jī)(1987年8月投運(yùn))、浦項鋼鐵(POSCO)燒結(jié)機(jī)(2004年投運(yùn))等。太鋼從日本住友株式會社引進(jìn)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于3號、4號燒結(jié)機(jī),于2010年建成活性炭煙氣處理設(shè)施。其反應(yīng)原理包括以下幾方面:
1)燒結(jié)機(jī)排出的煙氣經(jīng)除塵器除塵后,由主風(fēng)機(jī)排出。煙氣中的SO2、H2O與O2在排煙溫度為120~150℃時,被活性炭吸附富集,然后被催化轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)的SO3,之后和吸附態(tài)的H2O結(jié)合生成吸附態(tài)的H2SO4。
2)當(dāng)SO2的出口濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后,將活性焦移動至再生器,在溫度達(dá)到450℃左右時按照反應(yīng)式解吸出濃度在20%~25%之間的高濃SO2氣體。這種SO2氣源可以根據(jù)市場需求用作生產(chǎn)硫酸、硫磺、硫銨鹽、液態(tài)SO2等硫化工原料。
3)脫硝反應(yīng)被稱之為選擇性催化還原(SCR)反應(yīng),在活性焦催化作用下將NO(x包括NO、NO2等)和NH3轉(zhuǎn)化為無害的N2和H2O,達(dá)到脫除NOx的目的。
2.1.1脫硫反應(yīng)
脫硫反應(yīng)有:(SO2)氣→(SO2)吸附;(O2)氣→(O2)吸附;(H2O)氣→(H2O)吸附;(SO2)吸+l/2(O2)吸→(SO3)吸;(SO3)吸+(H2O)吸→(H2SO4)吸。
2.1.2再生反應(yīng)
2(H2SO4)吸附+C→2SO2+2H2O+CO2.
2.1.3脫硝反應(yīng)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O;
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
根據(jù)太鋼活性炭處理的監(jiān)測參數(shù)得知,3號燒結(jié)機(jī)的脫硫率為98.8%、脫硝率為61.O%、除塵率為82.5%、脫二噁英率為90%,實(shí)現(xiàn)了良好的煙氣脫硫、脫硝、脫二噁英和除塵的集成凈化功能,環(huán)保效果顯著。
活性炭吸附工藝的優(yōu)點(diǎn)是污染物一體化處置效率高,缺點(diǎn)是建設(shè)和運(yùn)行成本高。以太鋼450m2燒結(jié)機(jī)為例,活性炭設(shè)施投資為3.4億元,運(yùn)行成本為4870萬元/年。
2.2循環(huán)流化床脫硫+SCR脫硝工藝
循環(huán)流化床工藝主要由吸收劑制備與供應(yīng)、吸收塔、物料再循環(huán)、工藝水、布袋除塵器以及副產(chǎn)物外排等構(gòu)成。一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑,也可采用其他對二氧化硫有吸收反應(yīng)能力的干粉或漿液作為吸收劑。
由鍋爐排出的煙氣從吸收塔(即流化床)底部進(jìn)入。吸收塔底部為一個文丘里裝置,煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快,與細(xì)的吸收劑粉末互相混合,使顆粒之間、氣體與顆粒之間產(chǎn)生劇烈摩擦,形成流化床,在噴入均勻水霧、降低煙溫的條件下,吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出,進(jìn)入再循環(huán)除塵器處理后被排放。
脫硫后煙氣溫度為75~80℃,經(jīng)過GGH換熱、加熱爐將溫度加熱至160~300℃,以高爐煤氣為熱源進(jìn)行加熱,熱煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器,與加入的脫硝劑在催化劑作用下進(jìn)行高效脫硝反應(yīng),最后潔凈煙氣經(jīng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)排往煙囪。SCR脫硝裝置主要由GGH換熱器、煙氣加熱爐、SCR反應(yīng)器、氨站等組成。在催化劑的作用下,當(dāng)煙氣溫度為280~300℃時,利用氨作為還原劑,與煙氣中的NOx反應(yīng),產(chǎn)生無害的氮?dú)夂退。同時,二噁英經(jīng)過催化劑會裂解成CO2、水及HCl。
脫硝機(jī)理為:
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;
2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O;
NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。
“循環(huán)流化床+SCR”工藝的優(yōu)點(diǎn)為:一是脫硝技術(shù)成熟、污染物脫除效率高、適用范圍廣,可滿足最嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求,工程總投資和運(yùn)行費(fèi)用適中。二是對于目前已建設(shè)脫硫裝置的燒結(jié)球團(tuán)企業(yè),為滿足新標(biāo)準(zhǔn)對氮氧化物的排放要求,可繼續(xù)建設(shè)脫硝部分,不存在重復(fù)建設(shè)問題,維護(hù)和運(yùn)行簡單。缺點(diǎn)是脫硫、脫硝副產(chǎn)物產(chǎn)生量大,尚無公認(rèn)的最佳應(yīng)用途徑或資源回收價值,需作為廢物進(jìn)行處理。
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