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ag追杀证据套筒窑活性石灰厂喷煤后尾气脱硫脱硝

时间:2020-12-03 05:44

  套筒窑活性石灰厂喷煤后尾气脱硫脱硝措施(大峘集团张旭20150712)_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。套筒窑活性石灰厂喷煤后尾气脱硫脱硝措施 张 旭 (大峘集团有限公司) [摘要]套筒窑活性石灰厂采用喷煤以后, 尾气中将有 SO2 和 NOx 排放, 通过对多种脱硫脱 硝方法进行了比较讨论,得出石灰石

  套筒窑活性石灰厂喷煤后尾气脱硫脱硝措施 张 旭 (大峘集团有限公司) [摘要]套筒窑活性石灰厂采用喷煤以后, 尾气中将有 SO2 和 NOx 排放, 通过对多种脱硫脱 硝方法进行了比较讨论,得出石灰石膏法+臭氧法是较优化可行的脱硫脱硝方案。在实测基础 上得出套筒窑活性石灰工艺的自脱硫率约为 79~84.2%。 [关键词] 套筒窑 石灰 喷煤 脱硫 脱硝 活性石灰作为优秀的炼钢造渣溶剂日益受到钢铁企业的重视,为保证石灰品质 稳定以及节本降耗,钢铁企业已越来越多地自建活性石灰工厂。活性石灰生产工艺 主要有套筒窑工艺、回转窑工艺、双膛窑工艺以及双梁窑工艺,因为综合性价比以 及节能环保上的优势,目前套筒窑使用较多。套筒窑多使用转炉煤气作为燃料,为 了节省生产成本,将转炉煤气替代为喷煤粉已成为业内关注焦点。 凌源某活性石灰项目(简称凌源项目) ,建设有 4×600t/d 套筒窑生产冶金用活 性石灰,设计完全采用喷煤供热,工程设计一套煤粉制备系统,采购原煤进行研磨 制粉,制粉热源采用煤粉(自产)热风炉,每座窑煤粉消耗量为 4300kg/h,煤粉制 备系统煤粉消耗量为 500 kg/h,煤粉热值按 5500kcal/kg 计,硫含量为 0.5%。总烟 气量(四座窑废气+一套煤粉制备系统废气)排放量约 18 万 Nm3/h,年作业时间按 照 7920h 计算,希望按此标准考虑脱硫脱硝措施。本文以此为例对套筒窑石灰厂喷 煤后尾气的脱硫脱硝进行分析讨论。 1 尾气中 SO2 及 NOx 含量的计算 活性石灰是天然的脱硫剂,要想计算尾气中 SO2,首先需要知道套筒窑活性石 灰工艺自身的脱硫率,为此我们进行了一次测试。测试选择在我公司总承包并已成 功喷煤的唐山某 3×600t/d 套筒窑活性石灰厂中进行。该工程燃料设计为煤粉+转炉 煤气双燃, 以煤粉为主, 转炉煤气为辅, 生产时可互相切换, 每种燃料均能承担 100% 生产负荷。 该工程生产指标如下: 1 序号 1 1.1 1.2 1.3 2 3 4 5 5.1 5.2 6 6.1 6.2 6.3 指标名称 活性石灰产量 年产量 日产量 平均小时产量 石灰活性度 石灰中残留 CO2 含量 活性石灰窑年作业时间 原料 石灰石消耗量 石灰石年需求量 燃料 煤粉 转炉煤气 活性石灰单位热耗 单位 数值 备注 t/a t/d t/h ml % 天 3*200000 3*600 3*25.0 ≥350 ≤2 350 4N HCl 5 分钟 t /t t/a 1.8 3× 1080000 粒度 35~80mm t/h Nm3/h kCal/kg 3× 4.750 3× 21600 ≤980 热值按 5000 kCal/kg 计算 热值按 1100kcal/Nm3 计算 测试时,该工程正采用喷煤和转炉煤气混烧模式,喷煤情况如下: 名称 远兴煤 喷煤量 kg/h/座 1900 热值 kcal/kg 6738 S % 0.76 灰份 % 9.11 挥发份 % 29.16 尾气测量结果如下: SO2 mg/Nm3 93~124 NO mg/Nm3 294~310 NO2 mg/Nm3 0 尾气温度 ℃ 150 尾气流量 Nm3/h 49000 2 如果认为煤中 S 能全部转化为 SO2,通过计算,则可认为石灰窑自身的脱硫率 为 79~84.2%,如下表: 理论 SO2 排放量 Kg/h 28.88 实际 SO2 排放量 Kg/h 4.56~6.07 自身脱硫率 % 79~84.2 凌源项目套筒窑喷煤生产后,按照 79~84.2%的自脱硫率,四座窑尾气中总 SO2 排放量为 27.18~36.12 kg/h,煤粉制备系统尾气中 SO2 排放量为 5 kg/h,总 SO2 排 放量为 32.18~41.12 kg/h,如果考虑将窑尾气和煤粉制备尾气集中处理,总尾气量 按 180000 Nm3/h 计,烟气 SO2 排放浓度为 179~228 mg/Nm3。 凌源项目套筒窑喷煤生产后的 NOx 含量可取测试结果 294~310mg/Nm3。 2 环保排放标准 凌源项目的石灰用于炼钢,应属于冶金石灰的范畴,与之有关的标准见下表。 序号 1 2 3 4 5 标 准 SO2 960 [1] NOX 240 / 300 400 400 [3] [1] GB16297-1996 大气污染物综合排放标准 GB9078-1996 工业炉窑大气污染物排放标准 GB28662-2012 钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准 DB13/2169-2015 钢铁工业大气污染物排放标准 DB13/1641-2012 石灰行业大气污染物排放标准 2000 200 80 [2] [3] [4] [4] 100 [5] [5] 从排放浓度讲,对于 SO2、NOx 排放限值可从如下三方面进行考虑。 (1) 从国家环保标准讲,应使用 GB16297-1996 大气污染物综合排放标准和 GB9078-1996 工业炉窑大气污染物排放标准进行限定,考虑到 GB9078-1996 工业炉 窑大气污染物排放标准进行考核排放标准过低, 现环评业内参考 GB28662-2012 钢铁 烧结、球团工业大气污染物排放标准进行限定,两者取其严,则从国家环保标准讲, SO2≤200mg/Nm3,NOx≤240mg/Nm3。 3 (2) 河北省专门出了与石灰有关的地方环保标准 DB13/2169-2015 钢铁工业大 气污染物排放标准和 DB13/1641-2012 石灰行业大气污染物排放标准, 由于本项目生 产冶金石灰, 根据标准说明应参考 DB13/2169-2015 钢铁工业大气污染物排放标准执 行,SO2≤80mg/Nm3,NOx≤400mg/Nm3。 由于本项目地处辽宁省凌源市,无相应的地方环保排放标准,我们可取本行业 国家标准、地方标准的最严格排放作为参考,SO2≤80mg/Nm3,NOx≤240mg/Nm3。 3 脱硫脱硝措施 由于本工程尾气理论排放 SO2 为 179~228 mg/Nm3, 已超过国家相关法规规定的 最严格标准 80mg/Nm3,需要建设脱硫率大于 70%的脱硫装置。考虑自产活性石灰, 因此应优先考虑采用以石灰作为脱硫剂的脱硫方法。目前在市场上应用比较广泛的 有石灰石膏法、SDA 法和 CFB 法,各自的特点见下表: 项 目 石灰石膏法 湿法 成熟 高 低 ≥80% d100 ≤3mm ≤3% T60≤4min 低 低 容易 有 严重 SDA 法 半干法 成熟 高 中 ≥80% d100 ≤3mm 无 T60 ≤4min 中 高 困难 无 无 CFB 法 干法 成熟 中 高 ≥80% d100 ≤1mm 无 T60 ≤4min 高 中 困难 无 无 类型 技术成熟程度 脱硫效率 Ca/S 石灰 CaO 含量 石灰粒度 石灰酸性不溶物 石灰活性 运行成本 初始投资 脱硫产物处置 脱硫废水 设备腐蚀 4 从上表可知,因为活性石灰厂自产石灰粒度不能满足 CFB 法要求,CFB 先被排 除。在废水和脱硫石膏问题上,考虑到废水可以在生产工艺中消耗,因此石灰石膏 法因为脱硫石膏容易处置而略显优势, 是套筒窑活性石灰厂喷煤后的最佳脱硫工艺。 NOx 理论排放为 294~310mg/Nm3,高于最严格标准 240mg/Nm3,需要建设脱 硝率大于 25%脱硝装置。在 25%脱销率的前提下,目前比较成熟的脱硝方法有 SCR 法、SNCR 法、臭氧法脱硝,各自特点如下。 项 目 SCR 法 成熟 NH3 或尿素 300~420℃ TiO2,V2O5,WO3 90% 适合温度区间的 烟道接出, 再返回 小于 3ppm 催化剂会造成较 大的压力损失 高灰分会磨耗催 化剂, 碱金属氧化 物会使催化剂钝 化 大(需增加大型催 化剂反应器和供 氨或尿素系统) 无,NO 被还原为 N2 小 中 高 无 SNCR 法 成熟 NH3 或尿素 850~1150℃ 不使用催化剂 30~40% 适合温度区 小于 10ppm 没有压力损失 臭氧法 成熟 O3 常温 不使用催化剂 30~40%(经济) 脱硫前烟道内 没有压力损失 成熟程度 还原剂/氧化剂 反应温度 催化剂 脱硝效率 反应剂喷射位置 NH3 逃逸 系统压力损失 烟气灰分的影响 无影响 无影响 占地空间 小(需增加脱硝 喷枪) 无,NO 被还原为 N2 小 低 低 无 小(需增加臭氧 制备装置) 中,NO 被氧化 及中和为硝酸 钙, 随废水排放 大 高 中 优先与脱硫系 统联合使用 二次污染 反应剂消耗 运行成本 初始投资 与脱硫的关系 5 SNCR 法脱硝需要寻求 850~1150℃工艺区间,在套筒窑上有两层烧嘴,温度如 下表。 烧嘴位置 烧嘴数量 只 供热量比例(占总供热量) 炉膛温度 ℃ 上 7 1/3 1100~1200 层 下 7 2/3 1000-1100 层 从上表可知,不能保证通过在每一个炉膛内设置脱硝喷枪可靠覆盖 100%烟气。 套筒窑炉膛通常很小,喷煤烧嘴又较大,可以布置脱硝喷枪的空间很少。同时由于 喷煤很容易遇到灰熔点问题,出现热态灰渣粘壁,这时很容易将脱硝喷枪堵塞,因 此 SNCR 应被排除。 SCR 法投资很高但运行费用低,臭氧法投资很低但运行费用高,对于本案 25% 的脱硝效率而言,臭氧法的氧氮比不高,相应的电费也不高,因此综合来看,此处 选臭氧法较为合适。 4 脱硫脱硝原理 4.1 石灰石膏法脱硫原理 将石灰窑烟气收集后集中进入脱硫塔, 脱硫剂为石灰与水配制的悬浮浆液, SO2 与石灰反应后生成的亚硫酸钙, 就地被强制氧化为石膏, 石膏经二级脱水处理可作 为副产品外售。 脱硫塔中 SO2 的脱除原理如下: 烟气中的 SO2 与浆液中氧化钙发生反应,生成亚硫酸钙: CaO+SO2+H2O→CaSO3.?H2O↓+?H2O (1) 通过烟气中的氧气和亚硫酸氢根的中间过渡反应,部分的亚硫酸钙转化成石膏 (二水硫酸钙): CaSO3.?H2O + SO2 + H2O →Ca(HSO3)2 + ?H2O Ca(HSO3) 2 +?O2 +2H2O →CaSO4 .2 H2O ↓+ SO2 + H2O (2) (3) 6 脱硫塔浆液池中剩余的亚硫酸钙通过由氧化风机鼓入的空气发生氧化反应,生 成硫酸钙。反应过程(3)中直接的氧化是次要的,而主要是通过亚硫酸氢根与氧化 风机鼓入的空气中氧气的反应来完成的。 其他的反应,如:三氧化硫,氯化氢和氢氟酸与氧化钙的反应,反应生成石膏 和氯化钙和/或氟化钙化合物: CaO + SO3 + 2 H2O→ CaSO4.2 H2O↓ (4) (5) (6) CaO + 2HCl→ CaCl2 + H2O CaO+ 2HF → CaF2↓+H2O 脱硫塔浆液池中的 pH 值通过加入石灰浆液来控制,在吸收塔浆液池中的反应 需足够长的时间以使石膏能产生良好的石膏结晶 (CaSO4.2H2O)。 4.2 臭氧法脱硝原理 在石灰窑出口至脱硫塔进口的烟道上设置臭氧氧化系统,向烟气内喷射臭氧, 将烟气中 NOX 氧化,并在脱硫塔内被吸收,控制脱硫塔最终排放烟气中 NOx 的浓 度。 反应原理如下: 低温条件下,O3 与 NO 之间的关键反应如下: NO+O3→NO2+O2 NO2+O3→NO3+O2 NO3+NO2→N2O5 NO+O+M→NO2+M NO2+O→NO3 (7) (8) (9) (10) (11) 臭氧脱氮氧化物系统以高阶氮氧化物优良的溶解性和酸碱中和反应为基础。 NO 不容易溶于水,同时也不和碱性物质反应,而 NO2 是相对易溶于水,同时可以和脱 硫反应中的碱性物产生中和反应生成亚硝酸盐, 可以很容易的溶解在水中形成硝酸。 因此可以根据这些物理化学特性来对氮氧化物进行氧化,同时结合脱硫塔中碱性吸 收剂的酸碱中和反应来有效的脱除烟气中的 NOx。 7 考虑到工程上的经济性, 在氧化系统中把 NOx 氧化成为 NO2, 然后通过脱硫塔 内的碱性吸收剂进行酸碱中和反应生成亚硝酸盐。在操作过程中根据烟气中的氮氧 化物浓度,同时根据环保的要求,来定量调整加入的臭氧量,保证运行的经济性。 5 结论 用于炼钢的套筒窑活性石灰采用喷煤工艺后, 由于煤中含硫以及高温煅烧环境, 尾气中含有一定的 SO2 和 NOx,需要考虑相应的环保措施。 (1)如果项目地在河北省则按照河北省地方标准执行,SO2≤80mg/Nm3,NOx≤ 400mg/Nm3,一般情况下不需要脱硝,但根据煤中含 S 情况可能需要脱硫。 如果项 目地在其他省市(如凌源项目)则很可能既需要脱硫又需要脱硝。 (2) 套筒窑活性石灰厂喷煤后, 如有需要优先考虑石灰石膏+臭氧法进行联合 脱硫脱硝。 (3)唐山某 3×600t/d 套筒窑活性石灰厂实测结果表明套筒窑活性石灰的自脱 硫率约在 79~84.2%。 6 参考文献 【1】 中华人民共和国环境保护局, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 16297-1996 大气污染物综合排放标准 [s]. [S. 1. ]:[s. n. ],1996:4-5. 【2】 中华人民共和国环境保护局,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 9078-1996 工业炉窑大气污染物排放标准 [s]. [S. 1. ]:[s. n. ],1996:5-6. 【3】 中华人民共和国环境保护部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 28662-2012 钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准 [s]. 北京:中国环境科学出版社,2012:3. 【4】 中华人民共和国河北省环境保护厅,中华人民共和国河北省质量技术监督局.DB 13/2169-2015 钢铁工业大气污染物排放标准[s]. [S. 1. ]:[s. n. ],2015:3. 【5】 中华人民共和国河北省环境保护厅,中华人民共和国河北省质量技术监督局.DB 13/1641-2012 石灰行业大气污染物排放标准[s]. [S. 1. ]:[s. n. ],2012:3. 8

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