火电厂烟气脱硫脱硝具有很广的应用前景和推广价值

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摘要钢铁结合企业中烧结生产(production)的特点(Characteristic)是物流量大、能耗高、污染严重,所产生(produce)的固体废弃物、烟气、噪音等对环境的毁坏已引...

钢铁结合企业中烧结生产(production)的特点(Characteristic)是物流量大、能耗高、污染严重,所产生(produce)的固体废弃物、烟气、噪音等对环境的毁坏已引起社会的普遍关注。多年来,我国烧结厂在烟气除尘(remove dust)方面做了大量的工作,成果显著。可是关于烟气中的有害组分,如SO2、NOx、二英等的脱除有些尚处于起步阶段,而有的至今没有采取任何措施(Measures)而直接排放。分析结果显示,在钢铁冶炼过程当中约有48%的NOx,及51%~62%的SOx来自铁矿烧结工艺(Technology),可见烧结厂已经是SO2和NOx的最大产生(produce)源[1]。随着钢铁企业的快速发展,烧结矿产量大幅度增加,SO2和NOx排放量随之增大,烧结厂环保的压力(pressure)也随之增加

2烧结烟气的产生(produce)与特点(Characteristic)

烧结过程是一个高温(high temperature)燃烧条件(condition)下的复杂物理化学过程,被抽入料层的空气与混合猜中的燃料发生燃烧反应,燃烧释放的热量保证(ensure)烧结物理化学过程的进行,燃烧的烟气作为废气排放。铁矿石中通常(usually)会含有以化合物和含氧酸式盐存在的硫和氮,以硫化物形式(form)存在的矿物有:FeS2、CuFeS2、CuS、ZnS、PbS等,以硫酸盐形式(form)存在的有BaSO4、CaSO4和MgSO4等;而固体燃料(如焦粉)带入的硫则以单质硫或者(perhaps)有机硫的形式(form)存在。氮主要(main)以硝酸盐和有机氮的形式(form)存在,硝酸盐主要(main)来自于铁矿粉,而有机氮则主要(main)来自于固体燃料。在烧结过程当中以单质或化合物形式(form)存在的硫和氮通常(usually)在氧化(oxidation)反应中以气态氧化(oxidation)物的形式(form)释放,而以酸式盐形式(form)存在的硫和氮则在分解(decompose)反应中以气态氧化(oxidation)物的形式(form)释放烧结烟气相比于其余工业(Industry)炉窑产生(produce)的烟气有如下特点(Characteristic):

1)烟气量大。每生产(production)1t烧结矿大约产生(produce)1500~3000m3需要脱硫脱硝的烟气。

2)烟气温度较高。随工艺(Technology)操作(manipulate)情况波动,

烟气温度一般(commonly)在120~150℃范围变化。

3)烟气携带粉尘多。烟气中粗颗粒粉尘较

多,粒径大于50μm的占30%以上,且琢磨性强。

4)含湿量大,露点较高。按体积比计算,含

湿量在10%左右,露点一般(commonly)在65~80℃。

5)烟气中含有腐蚀(corrosion)性和有毒气体。如HF,HCl,CO气体等等。

6)SO2和NOx浓度随铁矿原料(raw material)和燃料的差别变化,SO2浓度一般(commonly)在300~800ppm范围内,高的可以(Sure)达到2000~4000ppm;NOx浓度一般(commonly)在150~300ppm范围内变化,最高可以(Sure)达到500ppm左右。

3 烟气结合脱硫脱硝技术(technology)

对铁矿石烧结过程当中SO2和NOx排放的控制主要(main)有三种办法:原料(raw material)控制,烧结过程控制和烧结烟气脱硫脱硝。其中,原料(raw material)控制是基础条件(condition),烧结过程控制是有效手段,烧结烟气脱硫脱硝是最终保护。由于(Because)烧结原料(raw material)常常受到(suffer)客观因素的限制,不可( must not)能完全实现选用低硫原料(raw material),而烧结过程又要以保证(ensure)烧结矿质量(quality)为第一目标,所以烟气结合脱硫脱硝技术(technology)被以为是控制SO2及NOx污染最实际可行的手段。

现在,烟气结合脱硫脱硝技术(technology)主要(main)有活性炭法、循环(loop)流化床结合脱硫脱硝法、半干喷雾脱硫脱硝法、高能辐射—化学脱硫脱硝法、奥钢联的MEROS烟气净化技术(technology)等。

3.1活性炭法

该办法由德国Bergbau2Forschung公司(company)开发,主要(main)原理为在一个活性炭吸附器中,用活性炭吸附SO2,并在氨复原NOx过程当中起催化作用,实现同时脱硫脱氮,耗费的吸附剂可在高温(high temperature)下再生(regenerate)。德国和日本一些公司(company)已将该技术(technology)投入到工业(Industry)应用(application)中。据报导,脱硫率可达98%,脱氮率达80%,并且(also)能除去(Except)废气中的HCl、HF、砷、硒、汞等有害物质。但因SO2的脱除反应优先于NOx的脱除反应,所以大多数工艺(Technology)须采取二级吸收塔。假如烟气中SO2浓度较高,则活性炭耗费大,投资将增加。为降低成本(cost),日本电力能源公司(company)(EPDC)利用空气流化床燃烧锅炉的SO2排放量低的特点(Characteristic),于1995年在350MW的AFBC锅炉中安装(install)了单一挪动床活性炭脱硫脱硝设备(equipment),用于SO2和NOx的脱除,脱除率分别可达98%和80%。在实际应用(application)中发现活性炭综合强度(Strength)低,用于挪动床,因吸附、再生(regenerate)往返使用(Use)消耗大,于是(Therefore)EkehardRichter等用强度(Strength)较高的活性焦炭,经活化、浸渍Na2CO3处理(Handle)后用于烟气的脱硫脱氮,SO2与Na2CO3反应生成Na2SO4,从而降低了吸附剂的耗费,进而降低了投资成本(cost)。

新日铁于1987年在名古屋第三烧结厂的3号烧结机中设置了利用活性炭的烧结排烟脱硫、脱硝设备(equipment),处理(Handle)能力90万Nm3/h,这是种干法排烟脱硫脱硝装置,将烧结机排烟的除尘(remove dust)、脱硫、脱硝三种功能(function)集于一身,使烧结排烟脱硫技术(technology)提高到新的阶段。

3.2 循环(loop)流化床结合脱硫脱硝技术(technology)

循环(loop)流化床传热效率高,温度遍布均匀(uniformity),气固相有很大的接触面积,因而人们将其应用(application)到烟气的净化处理(Handle)中。在循环(loop)流化床内循环(loop)流化状态(气速4~6m/s)下可取得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。由于(Because)SO2与氢氧化(oxidation)钙的颗粒在循环(loop)流化床中的反应过程,是一个外扩散控制的化学反应过程,经过气固间大的滑落速度,强化了气固间的传质、传热速率和气固混合,从而满足(satisfy)了二氧化(oxidation)硫与氢氧化(oxidation)钙高效反应的条件(condition)要求。流化床中巨大外表积的、激烈湍动的颗粒,为水的快速汽化和快速可控的降温供给了根本保证(ensure),从而创造了良好(good)的化学反应温度条件(condition)(露点以上20~30℃

),使酸性氧化(oxidation)物与氢氧化(oxidation)钙的反应转化为霎时完成的离子型反应。德国Lurgi公司(company)研究(Research)开发了烟气循环(loop)流化床(CFB)脱硫脱氮技术(technology),该办法用消石灰作为脱硫的吸收剂,氨作为脱氮的复原剂,FeSO4・7H2O作为脱氮的催化剂,该系统已在德国投入运行。结果表明,在Ca/S比为112~115、NH3/NOx比为017~1103时,脱硫率为85%左右,脱氮率为60%左右。

国内有一些学者也研究(Research)开发粉煤灰脱硫脱氮技术(technology),该技术(technology)是将熟石灰、活性物质和粉煤灰加水在一定条件(condition)下消化,制成高活性吸收剂,放入具有独到内、外循环(loop)结构(structure)的烟气循环(loop)流化床中进行脱硫脱氮。试验证明,该办法可取得90%左右的脱硫率和63%左右的脱氮率,运行温度和烟气湿度(humidity)是影响(Influence)脱硫脱氮的主要(main)因素。该办法运行可靠,工艺(Technology)简单,投资成本(cost)和运行费用低.

3.3 半干喷雾脱硫脱硝技术(technology)

喷雾干燥烟气脱硫技术(technology)是种比较(compare)成熟(mature)的脱硫技术(technology),该烟气脱硫系统一般(commonly)由石灰浆制备、喷雾干燥塔和布袋除尘(remove dust)器(或静电除尘(remove dust)器)三部分(Part)组成(Form)。该系统经过高速旋转喷雾头将石灰浆喷入喷雾干燥塔,与烟气中酸性物充分接触并起中和反应,利用烟气中的余热使石灰浆液中的水分蒸发,脱硫后的烟气经除尘(remove dust)器除尘(remove dust)后排放,可是其脱氮效果(Effect)有限。但美国匹兹堡能源技术(technology)中心研究(Research)表明,提高喷雾干燥温度,并在石灰中添加(add to)NaOH,可以(Sure)显著提高脱氮率。1987年,美国Argonne国家试验室在此研究(Research)的基础上发展了干法喷雾(干石灰)结合脱除SO2和NOx技术(technology)。

Sang2Kwun等发现亚氯酸钠是干法石灰喷

雾脱硫脱氮工艺(Technology)中最佳的添加(add to)剂,在此工艺(Technology)中亚氯酸钠可脱除75%NOx。试验还证明,提高温(high temperature)度可以(Sure)增进NOx净化,但会抑止SO2的捕集,因而,该办法很难实现SO2和NOx的同时高度净化。

3.4 高能辐射-化学脱硫脱氮办法

脉冲电晕等离子体脱硫脱氮技术(technology)是二十世纪80年代由Masuda等首先提出的。它是用纳秒级高压(high pressure)脉冲电晕放电产生(produce)等离子体,裂解烟气中的O2、H2O等分子,产生(produce)大量的氧化(oxidation)性粒子,氧化(oxidation)SO2和NOx成为SO3和NO2,并注入NH3气体,产生(produce)硫酸铵、硝酸铵及其复盐的微

粒,再用电除尘(remove dust)器搜集。氨的参加可以(Sure)提高脱硫率,但会使运行费用增加,且易造成二次污染[8]。Masuda等在正脉冲电晕放电脱硫脱氮试验中发现增加烟气水含量可显著提高脱除效率。315 奥钢联的MEROS烟气净化技术(technology)

奥钢联工程技术(technology)公司(company)在烟气净化方面的技术(technology)发展主要(main)经历了AIRFINE、WETFINE、和MEROS三个发展阶段。20世纪90年代开发

了WETFINE湿法烟气净化系统,进入21世纪,随着欧洲环境保护要求的不断提高,加之湿式气体清洗系统的高运行成本(cost),奥钢联又从对湿法除尘(remove dust)的研究(Research)转向了干法,开发了MEROS烟气净化技术(technology),并于2004年在奥钢联林茨钢厂试验厂试验成功。2006年在林茨钢厂实地进行建设(build),系统处理(Handle)风量为620000Nm3/h,于2007年7月份正式投产。

Meros(maximizedemissionreductionofsintering)即最大化降低烧结污染物排放。它是种干式气体清洗系统,主要(main)由将烧结烟气冷却到低于100℃的工艺(Technology)温度气体调节反应器、用于粉尘分离的高效脉冲喷射布袋过滤器、吸附剂计量和喷吹设备(equipment)及粉尘控制回收系统组成(Form)。可将烧结废气中的粉尘、有害金属和有机物经过一系列处理(Handle)步骤(step)降低到较低水平,满足(satisfy)日益严格(strict)的环保要求。其系统的操作(manipulate)过程包括:(1)脱硫物、活性炭的逆向喷入;(2)在双旋流喷嘴处喷入水分以调节反应温度;(3)脉冲布袋除尘(remove dust)器脱去脱硫产物及粉尘颗粒;(4)活性炭及脱硫物的反复再利用。

奥钢联开发的MEROS烟气净化技术(technology)确有很好的效果(Effect),不管是在工艺(Technology)设备(equipment)投资、运行成本(cost)仍是在除尘(remove dust)效率、脱硫效率以及废水、废弃物的处理(Handle)方面都具有较强的优势,在世界钢铁厂的烧结生产(production)中引起了普遍的关注和兴趣。

4 烟气结合脱硫脱氮技术(technology)结语

烟气结合脱硫脱硝技术(technology)的研究(Research)已成为如今烟气净化技术(technology)的发展趋向。但是,现有的结合脱硫脱硝技术(technology)存在设备(equipment)投资大、运行费用高、运行不稳定等缺点(shortcoming)。就我国而言,SO2、NOx的治理(Government)已成为十分迫切的问题。但是由于(Because)SO2、NOx分段脱除设备(equipment)造价昂贵,运行费用高,现有技术(technology)的大规模普及还存在很多问题,因而,开发符合(accord with)我国国情的投资较少、运行费用较低的结合脱除技术(technology)将是大气污染控制领域里的重点课题。

针对钢铁结合企业烧结烟气开展结合脱硫脱硝,我们一定结合我国钢铁企业烧坚固际情况(Situation),综合考虑环境效益、技术(technology)要求及经济成本(cost)等因素,笔者以为以下几条应是我们开发脱硫、脱硝技术(technology)的指导原则:

1)尽量减轻投资成本(cost)和运行费用;

2)工艺(Technology)过程简单,占地面积小,技术(technology)成熟(mature);

3)脱硫脱硝剂来源方便,价格实惠,尽量使用(Use)钢铁生产(production)工序产生(produce)的碱性副产物;

4)脱硫脱硝率高,进一步削减排放总量;5)副产品(product)能回收利用,对环境不造成二次污染,可出售的副产品(product)能被市场接受。

为了我国钢铁事业可连续发展,钢铁企业的经济效益的取得再不能以任意牺牲环境为代价。烧结废气脱硫脱硝的应用(application)在我国大部分(Part)钢铁企业尚未实现工业(Industry)化,SO2及NOx年排放量呈上升趋向,环境污染在加重,钢铁企业中SO2及NOx的排放很大部分(Part)来自烧结废气,脱除烧结废气中的SO2及NOx是解决酸雨污染的重中之重。从国内外烧结结合脱硫脱硝技术(technology)的发展近况来看,有一部分(Part)技术(technology)比较(compare)成熟(mature),另有一些创新(innovate)技术(technology)正在发展当中,具有很好的应用(application)前景。我国钢铁企业应依据本企业的实际情况(Situation),选择(Choice)合理的烧结废气脱硫脱硝技术(technology),以增进环境与经济的协调发展。

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