適合高爐煤氣加熱焦爐煙氣脫硫脫硝—體化的三種工藝

一、碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝


碳酸氫鈉脫硫屬于常規堿法干法工藝近兩年行業(yè)應用案例較多;中低溫SCR氨法脫硝工藝采用銳基中低溫蜂窩狀催化劑。

1、工藝流程

碳酸氫鈉干法脫硫+中低溫脫硝工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。煙氣自焦爐引出碳酸氫鈉經(jīng)磨機研磨達標后注入煙氣中經(jīng)高效混合接觸,發(fā)生脫硫反應,生成硫酸鈉、亞硫酸鈉的混合物粉末經(jīng)布袋除塵器過(guò)濾排出;過(guò)濾后的煙氣先通過(guò)升溫補熱,達到中低溫脫硝需要的溫度,然后把氨水經(jīng)蒸發(fā)器和噴氨格柵噴入煙氣在SCR反應器催化劑表面發(fā)生還原脫硝反應達標的煙氣經(jīng)余熱回收后返回煙囪排放。

2、工藝特點(diǎn)和優(yōu)勢

脫硫和脫硝的工藝相對成熟、可靠、高效。近幾年中低溫SCR脫硝技術(shù)發(fā)展迅速,在業(yè)內已有較多的應用已運行的案例效果較好;脫硫脫硝的效率較高,處理煙氣污染物的濃度波動(dòng)幅度和容量較大對煙氣工況耐受度較好。

在脫硝之前先高效脫硫可對脫硝催化劑形成較好的保護作用減少硫酸鞍或硫酸氫錢(qián)在催化劑表面吸附量從而延長(cháng)催化劑壽命,也有利于減少脫硝催化劑填裝量。

采用干法脫硫溫降小遠低于半干法脫硫和濕法脫硫可減少脫硝前燃氣升溫的能源消耗。

排煙溫度可有效控制在130°C以上以保證焦爐煙囪始終處于熱備狀態(tài)。

生產(chǎn)運行較穩定和簡(jiǎn)便維護和運行投入適中。

3、存在問(wèn)題和建議

(1 )能耗較高。高爐煤氣加熱煙氣溫度較低,脫硫后需要用煤氣燃燒器升溫,達到脫硝溫度要求常規中低溫脫硝催化劑要求達到230°C-280°C ,脫硝后要用余熱鍋爐回收部分熱量由于煙氣總量較大能耗仍較高。使用GGH換熱器時(shí),補熱前煙氣先與脫硝后煙氣換熱,可適當降低煤氣耗量換熱后煙氣溫度低于170°C ,一般不再上余熱鍋爐。升溫能耗主要取決于脫硝催化劑溫度要求建議盡可能選擇可靠的低溫型催化劑(價(jià)格相對要稍高);當選用下限180°C的脫硝催化劑時(shí)僅需少量煤氣用于補熱和溫度穩定工藝將很簡(jiǎn)潔。

(2) 部分裝備比較龐大空間和占地較多。主要是除塵和GGH換熱器等裝備、管道比較大且多。

(3) 脫硫副產(chǎn)物為硫酸鈉、亞硫酸鈉粉末受焦爐串漏等影響,產(chǎn)品雜質(zhì)較多需提前考慮消納出路。

(4) 銳基低溫脫硝催化劑失效后屬于危廢處理費用高,KANE汽車(chē)尾氣分析儀需提前考慮回收。

(5) 需充分考慮好安保、備用和在線(xiàn)檢修。脫硝催化劑要分室運行具備定期升溫到350 °C再生的能力;脫硫、除塵要具備不停車(chē)切換檢修的能力。

(6) 氨法脫硝過(guò)程中容易產(chǎn)生氨逃逸需要定期檢測及時(shí)調整蒸發(fā)器、噴氨格柵和催化劑填料。


二、逆流活性焦脫硫脫硝一體化(CSCR)工藝


1、工藝流程

逆流活性焦脫硫脫硝一體化工藝流程示意圖見(jiàn)圖2。自焦爐煙道接出煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱后,液壓萬(wàn)能試驗機由增壓風(fēng)機增壓、空冷器間接冷卻至140°C后進(jìn)入CSCR吸附塔煙氣經(jīng)脫硫段脫硫凈化后與來(lái)自氨站的氨煙氣混合后進(jìn)入脫硝段出脫硝段的凈煙氣返回原煙囪排放。從脫硫脫硝反應器排出的活性焦進(jìn)入再生塔被煙氣爐產(chǎn)生的熱煙氣間接加熱再生進(jìn)入冷卻段后被空氣風(fēng)機抽吸的空氣間接冷卻自再生塔底排出再送入CSCR吸附塔頂循環(huán);钚越菇馕蟮乃釟獠捎冒彼罩迫×蛩岚皾{液送入焦化硫鍍工段母液槽,經(jīng)飽和器制取硫鞍產(chǎn)品。

2、工藝特點(diǎn)和優(yōu)勢

實(shí)現脫除SO2、NOx、粉塵等多種污染物一體化共用一套裝置;钚越勾矊酉喈斢诟咝ьw粒層過(guò)濾器,在慣性碰撞和攔截效應作用下,煙氣中的絕大部分粉塵顆粒被捕集完成煙氣的除塵凈化;SO2經(jīng)物理、化學(xué)吸附后存儲在活性焦微孔中;活性焦還能同時(shí)吸附二噁英、重金屬等多種有害物質(zhì)。催化脫硝時(shí),按一定的比例加入NH3,NOx在活性焦催化作用下發(fā)生還原反應生成N2和H2O。

該工藝溫度梯度適合。煙氣脫硫和脫硝反應在140 °C下進(jìn)行脫硫后不需增加煙氣再熱系統脫硝后煙氣溫度在130 °C左右直接煙囪排放保證焦爐煙囪始終處于熱備狀態(tài),無(wú)煙囪羽煙。

污染治理的同時(shí),可有效地實(shí)現硫的資源化。再生的S02酸性氣體由氨水吸收經(jīng)曝氣氧化副產(chǎn)物為硫酸鞍濃漿液;二噁英在高溫再生時(shí)分解,部分粉塵、重金屬等隨篩分后的粉末排出送煤場(chǎng)或燒結配料;钚越咕哂辛己玫目椎澜Y構和高比表面積吸附能力、化學(xué)穩定性和熱穩定性較高,耐磨、抗壓較好,活性焦來(lái)源廣泛,催化劑可循環(huán)利用。

系統較穩定可靠脫除效果好脫硫率可達95%以上脫硝率可達70%以上。工況適應性較強,通過(guò)脫硫脫硝分段、塔床層高度調整、模塊化疊加等設計可實(shí)現更高的脫除效果。主流程較簡(jiǎn)潔占地省,工序基本不消耗水,運行成本適中。通過(guò)分室分層模塊設計,可實(shí)現在線(xiàn)的隔離維護檢修。

3、存在問(wèn)題和建議

(1) 炭基催化劑的特性對該工藝的影響;钚蕴可羁孜⒐艿慕Y構可保證吸附效率高,而催化反應速率較低,為保證與煙氣足夠的接觸反應時(shí)間需要降低煙氣在反應器的空速致使凈化反應器體積偏大初次裝填活性焦量大初投資較高。同樣原因該工藝對污染物的濃度波動(dòng)幅度要求較嚴格而隨著(zhù)爐齡老化焦爐爐墻串漏問(wèn)題加劇會(huì )造成污染物濃度大幅提高尤其煙氣中初始SO?濃度過(guò)高時(shí)也會(huì )聯(lián)鎖影響到N0,的脫除效率,一體式振動(dòng)分析儀所以要充分考慮預留能力或模塊化疊加。

(2) 加熱再生會(huì )造成活性焦損耗和能耗高;钚越惯B續部分采出再生加熱到450 °C ,需要外接能源介質(zhì);再生、輸送、篩分、塔內流動(dòng)等會(huì )造成活性焦填料的磨損、破損焦丁隨廢料排出后,需要不斷補充活性焦吸附劑增高了運行成本。

(3 )對裝備和運行要求較高o流化床、輸送與篩分等工序運轉設備多對裝備可靠性要求高;各過(guò)程檢測的壓差、溫度、含氧量等要求精密、充分、可靠尤其高溫再生部分雖然采取了氮氣保護措施一旦局部熱量集聚或氣體成分異常,易出現燃燒著(zhù)火安全事故。

(4) SO2副產(chǎn)物的處理。經(jīng)氨水洗滌、氧化后母液經(jīng)過(guò)過(guò)濾,潔凈度較好,可直接送往焦化化產(chǎn)回收車(chē)間硫鞍工段處理途徑較好。但部分焦化廠(chǎng)無(wú)硫鞍工序需要獨立處理則比較復雜辦法一是母液收集后集中提鹽能耗和裝備需要較多;二是把再生后的酸性氣體凈化、濃縮制酸此工藝需設置硫酸生成車(chē)間造價(jià)高,能耗高,并且安評取證難度很大。

(5)煙氣冷卻可選擇簡(jiǎn)單可靠的工藝裝備。高爐煤氣加熱煙氣溫度較低,部分余熱回收的低壓飽和蒸汽對焦化節能意義不大,尤其余熱鍋爐的年度特檢和維護對系統持續運行不利。建議用冷風(fēng)機間接冷卻和直接噴水汽化冷卻結合,控制進(jìn)塔煙氣溫度,裝備要盡可能少占用空間并可控性好要注意噴水量保障煙囪最終排放溫度在露點(diǎn)以上。


三、新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝


1、工藝流程

新型催化法活性炭脫硫脫硝一體化工藝流程示意圖見(jiàn)圖3。煙道引出的煙氣首先經(jīng)過(guò)余熱回收將溫度降低到160 °C-170 °C后通過(guò)增壓風(fēng)機、調質(zhì)管段,進(jìn)入脫硫塔催化劑床層在脫硫塔中將煙氣中的S02質(zhì)量濃度降低至30 mg/m3以下然后進(jìn)入脫硝工序進(jìn)行催化脫硝凈化經(jīng)過(guò)處理后的溫度不低于130 °C潔凈尾氣通過(guò)原煙囪排放;脫硫劑在工作一段時(shí)間后脫硫容量飽和切出該室催化劑水噴淋再生設隔油池過(guò)濾沉淀凈化再生液,得到質(zhì)量分數5%~10%的稀硫酸,送往硫錢(qián)工段使用。

2、工藝特點(diǎn)和優(yōu)勢

新型催化法脫硫不同于傳統的炭法煙氣脫硫技術(shù)前者活性炭載體上負載有活性催化成分山。傳統的炭法煙氣脫硫是利用活性炭孔隙的吸附作用將煙氣中的S02吸附富集飽和后加熱再生解析出高濃度的S02氣體再制酸或用氨堿洗滌。新型催化法技術(shù)既具有吸附功能,又具有催化劑的催化功能。煙氣中的SO2,H2O,O2被吸附在催化劑的孔隙中在活性組分的催化作用下,變(yōu)榫哂谢钚缘姆肿油瑫r(shí)反應生成H2SO4。催化反應生成的硫酸富集在載體中孔隙內硫酸達到飽和后進(jìn)行再生,釋放出催化劑的活性位催化劑的脫硫能力得到恢復。新型催化法脫硫技術(shù)作為一種干法催化脫硫技術(shù),其固定床可很好地適應低濃度so2的去除需求達到近零排放,徹底解決后續脫硝面臨的硫干擾問(wèn)題。

新型低溫脫硝催化劑不同于常規銳基催化劑實(shí)現了低溫高效脫硝。該催化劑采用活性炭為載體以專(zhuān)有技術(shù)制備相比于鈦基催化劑制備工藝高效簡(jiǎn)便。該催化劑以較低的成本解決了常規銳基SCR催化劑起化溫度高的缺陷能夠在120°C-160 °C達到85%以上的脫硝效率;配合在煙氣脫硫后使用溫度梯度更匹配,大幅降低了高溫脫硝的補熱能耗。

該工藝效率高,裝備簡(jiǎn)潔,運行便捷。為脫硫脫硝分別設置兩個(gè)相對獨立的專(zhuān)門(mén)催化反應單元,效率較高,對工況、指標適應性較強、適應范圍較廣,反應塔空間和催化劑裝填量較小流程短、設備少、占地面積較小;干法技術(shù)不存在濕法技術(shù)的結垢、堵塞等一系列問(wèn)題;固定床結構的運轉裝備和控制系統較簡(jiǎn)單不需要頻繁更換和增加催化劑總體操作和維護工作量較少。

該工藝能耗等運行成本較低。固定床的結構使催化劑壽命大幅提高減少了催化劑填料的損耗和整體設備設施的維修、維護費用。催化劑再生采用水吸收置換和沖刷清洗干燥利用系統凈化后熱煙氣進(jìn)行外接能源介質(zhì)簡(jiǎn)單消耗少。

3、存在問(wèn)題和建議

(1) 安保和長(cháng)效運行需要強化。催化劑再生后液體為稀酸,腐蝕性較強,需要用不銹鋼、復合板等防腐材料,投資會(huì )有所增高。固定床分室運行,具備在線(xiàn)隔離檢查、檢修的能力,需定期查看催化劑使用情況,及時(shí)對有問(wèn)題之處進(jìn)行篩分、補充和更換確保運行阻力和效率正常。針對高爐煤氣加熱煙氣溫度較低情況同樣建議取消余熱回收工序僅用冷風(fēng)機間接冷卻和直接噴水汽化冷卻即可實(shí)現較低煙氣溫度的穩定。建議增設風(fēng)機在線(xiàn)備用這樣可大幅提高系統的設備有效作業(yè)率。

(2) 硫酸等副產(chǎn)品的處理。由于再生池有隔油過(guò)濾功能,副產(chǎn)品稀酸品質(zhì)較好,可直接用于硫錢(qián)工段正常煙氣含硫量下稀酸產(chǎn)量與硫鞍的補水量能夠匹配如果煙氣含硫過(guò)高,或硫鞍補水消納過(guò)低(硫錢(qián)煤氣進(jìn)出溫差較低)則稀酸消納不足。部分企業(yè)無(wú)硫錢(qián)工序時(shí)可考慮硫酸的濃縮或生產(chǎn)市場(chǎng)需求較好的硫酸鹽產(chǎn)品。催化劑吸收的雜質(zhì)經(jīng)沖洗隨粉化的活性炭進(jìn)入隔油池,再排渣排出與脫硝定期篩分出的炭粉一道送煤場(chǎng)處理這少部分廢棄物的輸送、處理要與廠(chǎng)焦油渣配煤系統結合好,實(shí)現內部循環(huán)消化。

(3 )脫硝工序催化劑的再生維保要進(jìn)一步研究改進(jìn)。炭基脫硝催化劑的高溫再生有一定難度和風(fēng)險現主要采用加預防護層和定期循環(huán)切出清洗方式作業(yè)效率、效果有限需要在如何安全、高效、簡(jiǎn)便再生上予以改進(jìn)。


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