碳酸鈉半干法脫硫+低溫脫硝一體化工藝 加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝工藝 SICS法催化氧化（有機催化法）脫硫脫硝工藝 活性炭/焦脫硫脫硝工藝 碳酸鈉半干法脫硫+低溫脫硝一體化工藝 1.脫硫脫硝原理 采用半干法脫硫工藝，使用Na2CO3溶液為脫硫劑，其化學(xué)反應式為： Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2（1） 2Na2SO3+O2→2Na2SO4（2） 脫硝采用NH3-SCR法，即在催化劑作用下，還原劑NH3選擇性地與煙氣中NOx反應，生成無(wú)污染的N2和H2O隨煙氣排放，其化學(xué)反應式如下： 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O （3） 2.工藝流程 焦爐煙氣被引風(fēng)機引入工藝系統，先脫硫除SO2，后除塵脫硝，再脫除顆粒物和NOx，最后經(jīng)引風(fēng)機增壓回送至焦爐煙囪根部（見(jiàn)圖1）。 圖1 碳酸鈉半干法脫硫+低溫脫硝一體化工藝流程示意 該工藝主要由以下系統組成： 脫硫系統由脫硫塔及脫硫溶液制備系統組成。Na2CO3溶液通過(guò)定量給料裝置和溶液泵送到脫硫塔內霧化器中，形成霧化液滴，與SO2發(fā)生反應進(jìn)行脫硫，脫硫效率可達90%。脫硫劑噴入裝置與系統進(jìn)出口SO2濃度聯(lián)鎖，隨焦爐煙氣量及SO2濃度的變化自動(dòng)調整脫硫劑噴入量。 核心設備為煙氣除塵、脫硝及其熱解析一體化裝置，包括由下至上集成在一個(gè)塔體內的除塵凈化段、解析噴氨混合段和脫硝反應段。 氨系統負責為煙氣脫硝提供還原劑，可使用液氨或氨水蒸發(fā)為氨氣使用。 熱解析系統負責為脫硝裝置內的催化劑提供380-400℃高溫解析氣體，分解黏附在催化劑表面的硫酸氫銨，凈化催化劑表面。 3.工藝特點(diǎn) ①半干法脫硫設置在脫硝前，將煙氣中的SO2含量脫除至30mg/Nm3以下，以保證后續的高效脫硝。 ②煙氣脫硫、除塵、脫硝、催化劑熱解析再生一體化，節省投資、運行費用低、占地面積少。 ③脫硝前先除塵，以減少粉塵對催化劑的磨損、延長(cháng)催化劑使用壽命。 ④通過(guò)除塵濾袋過(guò)濾層和混合均流結構體的均壓作用，使煙氣速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布更加均勻，可提高脫硝效率。 ⑤氨氣通過(guò)網(wǎng)格狀分布的噴氨口噴入裝置內，高溫熱解析氣體通過(guò)孔板送風(fēng)口送入煙氣中，使氨氣與煙氣、高溫熱解析氣體與煙氣接觸更充分，混合更均勻。 ⑥在不影響正常運行的條件下，可在線(xiàn)利用高溫煙氣分解催化劑表面黏性物質(zhì)，提高脫硝催化效率和催化劑使用壽命。 ⑦省略傳統工藝中的催化劑清灰系統。 ⑧煙氣通過(guò)濾袋在過(guò)濾過(guò)程中，與濾袋外表面濾下的未反應脫硫劑充分接觸，進(jìn)一步提高煙氣的脫硫效率。 ⑨半干法脫硫溫降?。ǎ?0℃），除塵脫硝一體化縮短流程，減小整體溫降，回送煙氣溫度大于150℃，滿(mǎn)足煙囪熱備要求。 ⑩煙氣在高于煙氣露點(diǎn)溫度的干工況下運行，不存在結露腐蝕的危險，無(wú)需做特殊內防腐處理。 4.投資與操作成本 投資成本約為35-45元/噸焦，操作成本約為12.6元/噸焦。 加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝工藝 1.脫硝原理 在催化劑存在的條件下，煙氣中NOx與噴入的氨發(fā)生還原反應，生成N2和H2O，實(shí)現脫除NOx。反應溫度通常在290-420℃之間，脫硝反應式為： 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O （1） 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O （2） NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O （3） 式（1）和式（3）是主要反應，因為煙氣中90%以上NOx是以NO形式存在。 2.脫硝工藝流程 用主抽風(fēng)機從焦爐總煙道引出原煙氣，經(jīng)過(guò)GGH換熱或加熱爐加熱至320℃（加熱爐用焦爐煤氣加熱）。熱煙氣進(jìn)入SCR反應器，與加入的脫硝劑（液氨）在催化劑作用下進(jìn)行選擇性還原反應，達到高效脫硝目的。脫硝后的潔凈煙氣進(jìn)入GGH，加熱原煙氣，從GGH出來(lái)的潔凈煙氣經(jīng)余熱鍋爐加熱冷水，回收熱能后，進(jìn)入煙囪排至大氣（見(jiàn)圖1）。 該脫硝工藝裝置主要由GGH（煙氣-煙氣換熱器）、煙氣加熱爐、余熱鍋爐、SCR反應器、氨站等組成。 圖1 加熱焦爐煙氣+高溫催化還原脫硝工藝流程示意 3.高溫脫硝工藝特點(diǎn) 1）脫硝效率可達70%，能夠滿(mǎn)足150mg/m3排放標準。 2）脫硝效率穩定，對于低NOx排放有更穩定的脫硝能力。 3）一般SCR脫硝系統的最佳反應溫度為350℃，為此設置了煙氣-煙氣換熱器GGH，讓SCR出口350℃凈化后的煙氣與180℃原焦爐煙氣換熱，使原焦爐煙氣升高至350℃，減少COG燃料的消耗量，極大地降低了系統能耗。 4）為使進(jìn)入SCR反應器的原焦爐煙氣達到最佳脫硝溫度（320-370℃），系統還設置一套以焦爐煤氣或高爐煤氣為主燃料的加熱爐。從加熱爐出來(lái)的煙氣溫度為700-800℃，和原焦爐煙氣進(jìn)行混合加熱，將欲脫硝的焦爐煙氣溫度升高至350℃。 5）設置了一套余熱鍋爐系統。從GGH出來(lái)的潔凈煙氣溫度為200℃，進(jìn)入余熱鍋爐，將冷水（20℃）加熱至100℃，生產(chǎn)熱水用于采暖或供熱，達到節能降耗目的。 6）SCR反應器系統采用蜂窩波紋板式催化劑；布置形式為“2+1”，即兩層運行一層預留；脫硝劑為液氨；最佳反應溫度約320℃；催化劑能承受運行溫度400℃不少于5h的考驗，而不產(chǎn)生任何損壞。SCR反應器設置一套氨/煙氣混合均布系統。 4.投資與操作成本 裝置占地面積為95m×20m；裝置投資費用約7720萬(wàn)元（對應247萬(wàn)噸/年焦炭產(chǎn)能）；噸焦投資成本為31.3元；噸焦脫硝操作成本約12.8元。 SICS法催化氧化（有機催化法）脫硫脫硝工藝 1.有機催化法脫硫脫硝原理 利用有機催化劑L中的分子片段與亞硫酸結合形成穩定的共價(jià)化合物，有效地抑制不穩定的亞硫酸的逆向分解，并促進(jìn)它們被持續氧化成硫酸，催化劑隨即與之分離。生成的硫酸在塔底與加入的堿性物質(zhì)如氨水等快速生成高品質(zhì)的硫酸銨化肥，其反應原理和過(guò)程與工業(yè)硫酸銨化肥的生產(chǎn)相似。該過(guò)程反應式如下： SO2+H2O→H2SO3（1） H2SO3+L→L·H2SO3（2） L·H2SO3+O2→L+H2SO4（3） H2SO4+NH3→(NH4)2SO4（4） 脫硝與脫硫原理相類(lèi)似，當加入強氧化劑（臭氧或雙氧水）時(shí)，NO轉化為易溶于水的高價(jià)氮氧化物生成亞硝酸(HNO2)。有機催化劑促進(jìn)它們被持續氧化成硝酸，隨即與之分離。加入堿性中和劑（氨水）后可制成硝酸銨化肥。該過(guò)程反應式如下： NO+O3→NO2（5） NO2+H2O→HNO2（6） HNO2+L→L·HNO2（7） L·HNO2+O2→L+HNO3（8） HNO3+NH3→NH4NO3（9） 2.工藝流程 焦爐煙氣先經(jīng)過(guò)臭氧氧化，煙氣溫度小于150℃，然后進(jìn)入脫硫塔，煙氣中的SO2和NOx溶解在水里分別生成H2SO3和HNO2。有機催化劑捕捉以上兩種不穩定物質(zhì)后形成穩定的絡(luò )合物L(fēng)?H2SO3和L?HNO2，并促使它們被持續氧化成H2SO4和HNO3，催化劑隨即與之分離。生成的H2SO4和HNO3很容易被堿性溶液吸收，這樣就在一個(gè)吸收塔內同時(shí)完成了脫硫和脫硝（見(jiàn)圖1）  圖1 SICS法催化氧化（有機催化法）脫硫脫硝工藝流程示意 在臭氧氧化時(shí)，要求煙氣溫度小于150℃，所以需要對原煙氣進(jìn)行噴水降溫。脫硫可以用任何堿液作為吸收劑，該工藝采用氨水做吸收劑。洗滌后的煙氣通過(guò)填料層、二級除霧器除去水滴后，回送至焦爐煙囪直接排放至大氣。 脫硫后的主要副產(chǎn)物為硫酸銨，脫硝后的主要副產(chǎn)物為硝酸銨。當吸收塔內脫硫脫硝后的組合溶液中化肥濃度達到30%左右時(shí)，由泵排出組合溶液至分離設備，將催化劑、灰塵和組合溶液分離。分離后的催化劑返回吸收塔循環(huán)使用，灰渣脫水后外排，而組合溶液進(jìn)入換熱器升溫，然后由干燥機結晶，成為合格的硫酸銨和硝酸銨化肥。 該工藝主要由以下系統組成： 煙氣系統：由焦爐引出焦爐煙氣，經(jīng)過(guò)化肥液體及噴水降溫，由200℃降低到150℃以下，以適應臭氧反應溫度低于150℃的要求。 吸收系統：煙氣自下而上進(jìn)入吸收塔，循環(huán)漿液自上而下噴淋，煙氣和循環(huán)漿液直接接觸，完成捕捉過(guò)程，處理后的潔凈氣體經(jīng)過(guò)除霧器除霧后，排至煙囪。 脫硝氧化系統：煙氣中的NO不溶于水，很難被堿性溶液吸收，必須將其氧化成為高價(jià)易溶解的氮氧化物，方可被吸收，脫硝氧化系統提供能氧化NO氣體的氧化劑——臭氧。臭氧經(jīng)過(guò)煙道內混合器后與煙氣中的NO充分混合，將其氧化成易溶解的氮氧化物，進(jìn)入吸收塔后被吸收得以去除。 鹽液分離及化肥回收系統：吸收塔里漿液化肥濃度達到30%左右時(shí)，開(kāi)啟漿液排出泵，將其送入過(guò)濾器，分離出其中的灰塵。然后漿液進(jìn)入分離器，將有機催化劑和鹽液分開(kāi)。催化劑返回吸收系統循環(huán)利用，鹽液則進(jìn)入化肥回收系統。 氨水儲存供給系統：將氨送入吸收塔進(jìn)行脫硫脫硝。 催化劑供給系統：捕捉漿液中不穩定的H2SO3和HNO2后形成穩定的絡(luò )合物，在氧化空氣下被持續氧化成H2SO4和H2NO3，很容易被堿性溶液吸收，生成硫酸銨和硝酸銨。 3.工藝特點(diǎn) 1）脫硫效率＞99%，脫硝效率＞85%；氨回收利用率＞99.0%。氨逃逸率＜1%，而普通氨法脫硫只能控制在5%-10%以上。 2）在同一系統中可同時(shí)實(shí)現脫硫、脫硝、脫重金屬汞、二次除塵等多種煙氣減排效果。 3）對煙氣硫分適應強，可用于150-10000mg/Nm3甚至更高的硫分，因此，可使用高硫煤降低成本。 4）整個(gè)過(guò)程無(wú)廢水和廢渣排放，不產(chǎn)生二次污染。同時(shí)凈煙氣中NH3含量小于8mg/Nm3（完全滿(mǎn)足環(huán)保部NH3＜10mg/Nm3的要求）。 5）催化劑使用壽命可長(cháng)達15年。 6）運行成本低（據某鋼廠(chǎng)統計噸焦運行成本不超過(guò)2元）。 7）通過(guò)增加催化劑，提高亞硫酸銨的氧化效率，運行pH值低于氨法脫硫，能有效抑制氨的逃逸（≤能有效抑）。 8）可實(shí)現焦爐煙氣低溫脫硝（目前國內普遍使用的SCR屬于高溫脫硝），減少對設備的腐蝕。 9）對煙氣條件的波動(dòng)性有較強的適應能力。 10）副產(chǎn)品硫銨質(zhì)量達標，且穩定。 4.投資與操作成本 對于110萬(wàn)噸/年焦炭產(chǎn)能，SICS裝置的運行消耗指標、投資費用及操作成本見(jiàn)表1。 表1 SICS裝置運行消耗指標、投資及成本（年產(chǎn)焦炭110萬(wàn)噸） 活性炭/焦脫硫脫硝工藝 1.活性炭/焦脫硫脫硝原理 根據活性焦的吸附特性和催化特性，煙氣中SO2、O2及水蒸氣分別吸附在活性焦表面，經(jīng)過(guò)表面反應生成H2SO4吸附在活性焦微孔中，從而達到煙氣脫硫的效果。 2SO2+O2+2H2O→2H2SO（1） 活性焦脫硝主要利用活性焦的催化性能進(jìn)行選擇性催化還原（SCR）反應，在還原劑（NH3）的作用下將NO還原為N2。 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（2） 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（3） 活性焦再生機理：將吸附SO2飽和的活性焦加熱到400-500℃，蓄積在活性焦中的硫酸或硫酸鹽分解脫附，產(chǎn)生的主要分解物是SO2、N2、CO2、H2O，其物理形態(tài)為高濃度SO2的氣體。主要反應是硫酸與活性焦反應： 2H2SO4+C→2SO2+CO2+2H2O（4） 再生反應能夠恢復活性焦的活性，而且其吸附和催化能力不但不會(huì )降低，還會(huì )得到提高。 副產(chǎn)物的轉化利用：活性焦再生所產(chǎn)生的高濃度SO2氣體，其體積濃度達到20%-30%，高于現有硫酸生產(chǎn)中采用硫磺、硫鐵礦燃燒所產(chǎn)生的SO2氣體濃度，可以用來(lái)生產(chǎn)濃硫酸、稀硫酸（70%）、硫磺、液態(tài)二氧化硫、亞硫酸銨、亞硫酸鈉等。 2.工藝流程 焦爐煙氣在煙道總翻板閥前被引風(fēng)機抽取進(jìn)入余熱鍋爐，煙氣溫度從180℃降低至140℃，然后進(jìn)入活性炭脫硫脫硝塔，在塔內先脫硫、后脫硝，煙氣從塔頂出來(lái)經(jīng)引風(fēng)機送回煙囪排放（見(jiàn)圖1）。從塔底部出來(lái)的飽和活性炭進(jìn)入解析塔，SO2等氣體出來(lái)后送化工專(zhuān)業(yè)處理，再生后的活性炭重新送入反應塔循環(huán)使用。 該工藝主要由熱力余熱鍋爐、活性炭脫硫脫硝塔、引風(fēng)機、解析塔、熱風(fēng)爐及氨系統等組成。 圖1 焦爐煙氣活性炭脫硫脫硝工藝 3.工藝特點(diǎn) 1）SO2脫除效率可達98%以上，NOx脫除效率可達80%以上，同時(shí)粉塵含量小于15mg/m3。 2）實(shí)現脫除SO2、NOx和粉塵一體化，脫硫脫硝共用一套裝置。 3）煙氣脫硫反應在120-180℃進(jìn)行，脫硫后煙氣排放溫度120℃以上，不需增加煙氣再熱系統。 4）運行費用低，維護方便，系統能耗低（每萬(wàn)立方米焦爐煙道氣耗能約2.51kgce，相當于噸焦脫硫脫硝耗能為0.587kgce）。 5）工況適應性強，基本不消耗水，適用于水資源缺乏地區；能適應負荷和煤種的變化，活性焦來(lái)源廣泛。 6）無(wú)廢水、廢渣、廢氣等二次污染產(chǎn)生；資源回收、副產(chǎn)品便于綜合利用。 4.投資與操作成本 兩套活性炭焦爐煙道氣凈化裝置（處理煙氣量2×40m3/h、年焦炭產(chǎn)能2×150萬(wàn)噸）的工程投資費用為1.05億元，噸焦投資成本約為35元；噸焦脫硫脫硝操作成本約為13元。 |
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