李强--太钢炼铁厂烧结烟气脱硫脱硝技术2012.7

1太钢炼铁厂烧结烟气脱硫脱硝技术及应用2012年6月2目录一、概述二、烧结活性炭脱硫脱硝技术三、脱硫脱硝装置的设计条件四、活性炭脱硫脱硝实际运行效果五、结束语3一、概述太钢炼铁厂烧结在物料焙烧时产生大量的废气（SO2、NOx、烟尘等），450m2烧结机，SO2年排放总量为6821吨，NOX年排放总量为2774吨，对环境造成严重污染。为改善环境质量，严格控制工业污染，太钢450m2烧结机配套脱硫脱硝装置。脱硫脱硝装置采用日本住友重机械工业株式会社的活性炭移动层方式的干式脱硫脱硝装置，吸附塔的详细设计以及吸附塔的移动单元、解析塔制造由住友重机械负责，太钢进行土建、电气、设备、工艺、自动化编程、能源介质、总图布置、建设与安装等整套工程集成。制酸由中国瑞林工程技术有限公司设计，氨站由广州天赐三和环保工程有限公司设计，施工由山西钢铁建设有限公司完成。采用活性炭吸附工艺：脱硫、脱硝、脱二噁英、脱重金属、除尘五位一体，其副产品制备浓硫酸，在国内烧结行业为首例。4450m2烧结脱硫脱硝于2010年8月31日投入运行，至今运行平稳。本文首先就使用活性炭脱硫脱硝技术进行说明，然后对450m2烧结机干式脱硫脱硝装置原理说明、性能数据及物料消耗进行分析。附图：脱硫脱硝装置全景图5450m2烧结脱硫脱硝装置全景图6二、烧结活性炭脱硫脱硝技术1、工艺概要活性炭干法脱硫脱硝系统共分为七个子系统，包括除尘系统，卸灰系统，吸附、解析及活性炭运输系统，活性炭补给系统，热循环及富SO2输送系统、烟气系统以及注氨系统。烧结废气中的有害杂质，通过吸附塔吸附，可去除粉尘、重金属、SO2、NOX；解析塔可去除二噁英、并将富集SO2输送到制酸系统，生产98%浓硫酸。7脱硫脱硝使用的活性炭外观如图，平均直径为9mm，长度为10～15mm的圆柱状活性炭。8脱硫脱硝工艺流程图烧结废气升压风机吸附反应工艺NH3处理气体活性炭活性炭COG烟囱热风炉烟尘回收筛分机分离/再生工艺副产品回收工艺SO2浓缩气体活性炭暃惗昳清洁气体副产品硫酸石膏吸附塔分离塔副产品回收装置烧结废气升压风机吸附反应工艺NH3处理气体活性炭活性炭COG烟囱热风炉烟尘回收筛分机分离/再生工艺副产品回收工艺SO2浓缩气体活性炭暃惗昳清洁气体烧结废气升压风机吸附反应工艺NH3处理气体活性炭活性炭烧结废气升压风机吸附反应工艺NH3处理气体活性炭活性炭COG烟囱热风炉烟尘回收筛分机分离/再生工艺副产品回收工艺SO2浓缩气体活性炭暃惗昳清洁气体COG烟囱热风炉烟尘回收筛分机分离/再生工艺副产品回收工艺SO2浓缩气体活性炭暃惗昳清洁气体副产品硫酸石膏吸附塔分离塔副产品回收装置硫酸92、处理技术的原理1）、除尘活性炭的除尘原理与普通的过滤除尘相同，通过冲撞，遮挡以及扩散捕捉效果进行除尘。通常直径1μm以上的粒子可通过冲撞效果进行捕捉。而不到1μm的粒子要通过遮挡和扩散捕捉效果进行捕捉。102）、脱硫硫化物的大部分是二氧化硫（SO2），通过物理吸附以及化学吸附两种吸附方式进行。首先，在范德瓦尔斯力以及化学亲和力的作用下，SO2由气相移动至活性炭粒子表面后被捕捉（物理吸附）。然后，在活性炭细孔内被氧化为SO3同时与一同吸附的H2O产生反应，作为H2SO4被捕捉（化学吸附）。①、物理吸附SO2→SO2*11②、化学吸附A、SO2*+1/2O2*→SO3*SO3*+nH2O*→H2SO4*(n-1)H2O＊：为活性炭细孔内的吸附状态。ｎ：根据废气中的水分，SO2浓度，废气温度的不同有所变化，但在通常的温度下（100～150℃）可认为是2。B、为促进脱硝反应以及维持活性炭的活性，需要进行加氨，如以下的化学反应。是否作为NH4HSO4*或(NH4)2SO4*被吸附，由NH3与SO2的浓度比所决定。H2SO4*+NH3→NH4HSO4*NH4HSO4*+NH3→(NH4)2SO4*123）、脱硝活性炭的脱硝反应包括与SCR脱硝同样的触媒反应和活性炭特有的还原反应。与SCR相比，因为能够在低温即烧结废气的温度领域进行脱硝处理，所以没有必要像SCR一样加热废气，也不需要COG等加热源。这可以降低运行成本。活性炭的脱硝反应如下所示。①、SCR反应活性炭有通常的Ti-V系金属触媒同样的作用，如下式所示NO被还原为N2。NO+NH3+1/4O2→N2+3/2H2O②、Non-SCR反应如上关于脱硫的说明，提供的NH3与被活性炭吸附的SO2反应，生成酸性硫氨或者硫氨，称之为碱性化合物或者还原性物质，表示为下式的C…Red。活性炭在再生后，在含有该碱性化合物的状态下循环至吸附反应塔，与废气中的NO直接反应还原生成N2。该反应为活性炭特有的脱硝反应，称为Non-SCR反应。NO+C…Red→N2134）脱除PCDD/F（二噁英）作为毒性对象的PCDD/F，包括7种PCDDs（Polychlorodibenzop-dioxins）与10种PCDFs(Polychlorodibenzofurans)，共计17种。在常温下均为固体，但在活性炭吸附层的温度范围（100～150℃），由于各种浓度及蒸气压作用，作为固体状，雾状，或者气状存在。其中，固体状与雾状的PCDD/F为附着或者吸附在废气中灰尘粒子表面的状态，称之为灰尘状PCDD/F。因此，灰尘状PCDD/F通过活性炭移动层的过滤集尘功能被除去，气状PCDD/F通过吸附被除去。太钢着眼于未来，烧结在脱硫脱硝的同时，也可同时去除PCDD/F。145）、其他有害物质的除去除上述物质以外，烧结废气含有少量的HCl(氯化氢)，氟化氢（HF），SO3(三氧化硫)等酸性气体。这些酸性气体也通过吸附进行除去。而且，Hg（水银）这样的挥发性重金属也被高效率地吸附除去。15三、脱硫脱硝装置的设计条件项目单位FGD入口废气条件最小值最大值平均值设计值备注废气流量m3N-wet/h1,444,0001,369,0001,444,000BUFInlet废气压力Pa500500BUFOutlet废气温度℃138135138BUFInlet煤烟mg/m3N-dry10090100O2%-dry14.114.414.314.4CO2%-dry5*6*6*CO%-dry0.60.6N2%-dryBalanceBalanceH2O%131212SO2mg/m3N-dry553815639815SO3mg/m3N-dry微量微量NOxmg/m3N-dry209317260317HCｌmg/m3N-dry40*40*HFmg/m3N-dry2.5*2.5*PCDD/Fng-TEQ/m3N-dry1.5*1.5*Hgμg/m3N-dry微量微量1、脱硫烟气成份如下表一（太钢450烧结）162、硫酸设备由中国瑞林公司进行设计，设备由太钢负责采购。通常时期（春季，夏季以及秋季）的产品硫酸纯度为98%。但是，在冬季由于融点的原因制造硫酸纯度为93%。3、保证性能在任何工况情况下排出净烟气：含SO2浓度不大于41mg/Nm3脱硝效率达33%以上粉尘排放浓度不大于20mg/Nm3二恶暎排放指标不大于0.2ng/Nm3通过制酸系统制备98%的浓硫酸，450脱硫后制酸0.88万吨。17450m2烧结脱硫运行（2012年上半运行数据）：1、脱硫吸附塔入口温度：四、活性炭脱硫脱硝实际运行效果吸附塔入口温度℃0.050.0100.0150.005001000150020002500300035004000温度平均：126.2℃，控制在120到130℃。图中波动为烧结机检修停机所致。18入口烟气量平均：1670km3/h，范围大约在1,400到2,500km3N/。2、脱硫入口烟气量：吸附塔入口烟气量km3/h05001000150020002500300035000100020003000400019入口硫的浓度平均470mg/Nm3,图中波动高点为矿粉中硫高的原因。3、入口硫的浓度吸附塔入口SO2ppm0.0500.01000.01500.00500100015002000250030003500400020出口硫浓平均16mg/Nm3,图中波动高点为烧结机开停机的原因。4、出口硫浓吸附塔出口SO2ppm0.020.040.060.00500100015002000250030003500400021入口氮氧化物浓度平均102mg/Nm3。5、入口氮氧化物吸附塔入口NOXppm0.050.0100.0150.0200.00500100015002000250030003500400022入口氮氧化物浓度平均62mg/Nm3。6、出口氮氧化物吸附塔出口NOXppm0.020.040.060.080.00500100015002000250030003500400023脱硫效率平均96%7、脱硫效率脱硫率%0.020.040.060.080.0100.0120.00500100015002000250030003500400024脱硝效率平均：39.9%，8、脱硝效率脱硝率%0.020.040.060.080.0100.0120.005001000150020002500300035004000259、保证性能与实测值如下表所示各性能指标为投运4个月后（2011年1月）经市环保局检测的结果。所有项目均超过保证性能。另外，生产的硫酸达到了工业硫酸一等品质，在太钢轧钢系统进行了有效利用。保证项目保证值实测值判定SO2（脱硫）烟囱入口浓度mg/m3N-dry≦417.5合格脱硫率%≧9598合格NOx（脱销）烟囱入口浓度mg/m3N-dry≦213101合格脱硝率%≧3350合格粉尘烟囱入口浓度mg/m3N-dry≦2017.1合格PCDD/F烟囱入口浓度ng-TEQ/m3N-dry≦0.20.15合格NH3Slip烟囱入口浓度ppm-dry≦39.50.2合格回收硫酸纯度等级％≧98一等品一等品合格2610、运行维护费用活性炭粉作为燃料高炉喷煤使用，硫酸在太钢的型材厂、五轧厂、焦化厂使用。1）、活性炭消耗及产生的粉尘量0501001502002503003502010年8月2010年10月2010年12月2011年2月2011年4月2011年6月2011年8月2011年10月2011年12月2012年2月2012年4月2012年6月三烧区域活性炭加入(T)三烧区域活性炭粉尘(T)活性炭从2010年8月到2012年6月消耗5271吨，平均每月230吨，产生的粉尘为5688吨，月均247吨。272）、硫酸产量三烧硫酸产量(T)01002003004005006007008002010年9月2010年10月2010年11月2010年12月2011年1月2011年2月2011年3月2011年4月2011年5月2011年6月2011年7月2011年8月2011年9月2011年10月2011年11月2011年12月2012年1月2012年2月2012年3月2012年4月2012年5月2012年6月从2010年9月到2012年6月产酸13001吨，平均每月590吨。283）、液氨用量从2010年11月到2012年6月用液氨2589吨，平均每月136吨，图中波动为零点是此月氨站校检安全阀。三烧液氨用量(T)0501001502002503002010年11月2010年12月2011年1月2011年2月2011年3月2011年4月2011年5月2011年6月2011年7月2011年8月2011年9月2011年10月2011年11月2011年12月2012年1月2012年2月2012年3月2012年4月2012年5月2012年6月294）、运行费用450烧结脱硫脱硝2012年1-6月份运行成本项目单价价格单位450脱硫数量（吨）金额（万元）一、硫酸收入500元/吨3320166.00活性炭粉尘收入500元/吨161880.90二、运行成本2671.831、辅料活性炭4872元/吨1430696.67NH33200元/吨723231.36302、能源其中：电0.60元/KWH17546