燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)

　　導(dǎo)讀：本文提出了一種符合燒結(jié)煙氣特點(diǎn)的循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)，并詳細(xì)闡述了其工藝流程、反應(yīng)機(jī)理、副產(chǎn)物利用狀況以及技術(shù)特點(diǎn)。燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對低溫?zé)煔舛喾N污染物的協(xié)同控制，且脫硫效率可達(dá)到85%-98%，脫硝效率可達(dá)到60%-85%，系統(tǒng)出口粉塵濃度小于10mg/m3。該技術(shù)目前已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。

　　1前言

　　燒結(jié)煙氣是鋼鐵企業(yè)較難治理的污染源。2012年頒布的《鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)（球團(tuán)）》更加嚴(yán)格，絕大多數(shù)鋼鐵企業(yè)將面臨二氧化硫和氮氧化物排放超標(biāo)的問題，并且隨著十二五期間火電廠脫硝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，鋼鐵行業(yè)氮氧化物排放所占的比重將會增加，國家對燒結(jié)煙氣氮氧化物減排力度將進(jìn)一步加大。

　　截止2015年底，控制燒結(jié)煙氣二氧化硫排放的技術(shù)，包括石灰石-石膏法和半干法煙氣脫硫技術(shù)（噴霧干燥法和煙氣循環(huán)流化床法）已經(jīng)在燒結(jié)機(jī)大規(guī)模應(yīng)用，它們的特點(diǎn)是脫硫效率高，但無法實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣的脫硝。國內(nèi)外針對燒結(jié)煙氣脫硝的研究較少，目前，火電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的脫硝技術(shù)為選擇性催化還原技術(shù)（SCR），該技術(shù)中脫硝核心裝置的催化劑對溫度要求高（350℃以上），燒結(jié)煙氣溫度通常低于150℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SCR運(yùn)行溫度，SCR技術(shù)若要得以應(yīng)用，需將煙氣溫度加熱至350℃以上，噸燒結(jié)礦脫硝運(yùn)行成本（含電耗、水耗、液氨消耗、升溫所用煤氣消耗）約為35元，經(jīng)濟(jì)性較差。

　　中冶節(jié)能環(huán)保有限責(zé)任公司（以下簡稱“中冶環(huán)保”）研發(fā)的燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)，是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種能同時脫除煙氣中硫氧化物、氮氧化物及粉塵的方法，并可對煙氣中的多種污染物實(shí)現(xiàn)一定的協(xié)同控制。該技術(shù)采用消石灰為吸收劑，具有低溫同時脫硫脫硝的能力，在較低的Ca/(S+0.5N)摩爾比下就能達(dá)到很高的脫硫脫硝效率，非常適合處理150℃以下的低溫?zé)煔猓瑫r，該工藝尾部配備脈沖袋式除塵器，對煙氣中的粉塵具有高效過濾的作用。

　　該工藝具有投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行可靠，流程簡單，易于維護(hù)，脫硫脫硝副產(chǎn)品易于處理，無二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)，其脫硫效率可達(dá)到85%-98%，脫硝效率可達(dá)到60%-85%，系統(tǒng)出口粉塵濃度小于10mg/m3。

　　2工作原理

　　燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)是中冶環(huán)保研發(fā)的一種低溫干法同時脫硫脫硝工藝。該技術(shù)以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，利用催化劑將NO氧化為NO2，通過吸收劑的多次再循環(huán)利用，延長吸收劑與煙氣的接觸時間，以達(dá)到高效脫硫脫硝的目的。

　　工藝流程：燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)排出的煙氣（一般為100-150℃左右）引入催化劑中，在催化劑作用下，大多數(shù)NO被氧化成NO2，經(jīng)催化劑后的煙氣再進(jìn)入脫硫脫硝反應(yīng)塔底部，脫硫脫硝反應(yīng)塔底部為一布風(fēng)裝置，煙氣流經(jīng)時被均勻分布。脫硫脫硝吸收劑和水被噴入塔內(nèi)，使煙氣降溫并與吸收劑相混合，復(fù)合吸收劑與煙氣中的SO2、NOx反應(yīng)，生成亞硫酸鈣、硫酸鈣、亞硝酸鈣和硝酸鈣等。固體顆粒部分在塔頂回落，在塔內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，部分隨煙氣從脫硫脫硝反應(yīng)塔上部排出，然后進(jìn)入脈沖袋式除塵器。大部分的固體顆粒通過除塵器下的再循環(huán)系統(tǒng)，返回脫硫脫硝反應(yīng)塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)達(dá)100-150次，少部分脫硫脫硝產(chǎn)物則經(jīng)過灰渣處理系統(tǒng)輸入到渣倉。最后的煙氣經(jīng)除塵器通過脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)排入煙囪。由于脫硫脫硝過程中，煙氣中的大量酸性物質(zhì)尤其是SO3被脫除，煙氣的酸露點(diǎn)溫度很低，排煙溫度高于露點(diǎn)溫度，因此煙氣也不需要再加熱。

　　當(dāng)燒結(jié)機(jī)負(fù)荷較低導(dǎo)致煙氣量不能滿足循環(huán)流化床運(yùn)行工況要求時，可以通過調(diào)節(jié)回流調(diào)節(jié)閥開度使部分凈煙氣重新返回脫硫脫硝反應(yīng)塔，以滿足流化床對系統(tǒng)風(fēng)量的要求。

　　3反應(yīng)機(jī)理

　　煙氣循環(huán)流化床脫硫脫硝反應(yīng)原理：在脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi)，多次循環(huán)的固體吸收劑形成一個濃相床態(tài)，消石灰粉末、煙氣及噴入水分，在流化狀態(tài)下充分混合。消石灰粉末和煙氣中的SO2、NO2、SO3、HCl、HF等在水分存在的情況下，在Ca(OH)2粒子的液相表面發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫脫硝。下列簡化反應(yīng)式描述了一定溫度范圍內(nèi)脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi)發(fā)生的大部分反應(yīng)。

脫硫反應(yīng)：

SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O

脫硝反應(yīng)：

NO+1/2O2→NO2（催化劑作用下）

4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+2H2O

脫硫脫硝互相促進(jìn)反應(yīng)：

2NO2+CaSO3+Ca(OH)2→Ca(NO2)2+CaSO4+H2O

與其他酸性物質(zhì)反應(yīng)：

SO3+Ca(OH)2→CaSO4+H2O

2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O

2HF+Ca(OH)2→CaF2+2H2O

　　相比諸多采用循環(huán)流化床原理的干法脫硫工藝，本工藝的特點(diǎn)是采用新型布風(fēng)裝置，加快氣體對固體顆粒的加速作用，快速獲得均一的氣固濃度分布，縮短脫硫脫硝塔入口的長度，提高床層利用效率，同時，脫硫脫硝塔下部是脫硫脫硝反應(yīng)迅速進(jìn)行的區(qū)域，采用新型布風(fēng)裝置，消除了脫硫脫硝裝置下部流場的偏轉(zhuǎn)，提高了顆粒均勻性和脫硫脫硝效率。同時，在脫硫脫硝反應(yīng)塔上部出口區(qū)域布置了回流裝置，旨在造成煙氣流中固體顆粒的回流，通過這種方式，延長了固體顆粒在塔內(nèi)的停留時間，同時改進(jìn)了氣固間的混合。此外，脫硫脫硝反應(yīng)塔內(nèi)還裝有內(nèi)構(gòu)件，增強(qiáng)了氣體的紊流效果，使吸收劑和二氧化硫、二氧化氮接觸更加充分，明顯提高了脫硫脫硝效率。

　　該工藝最重要的特色是在維持高污染物去除率的同時保持低反應(yīng)物消耗率，這主要是通過優(yōu)化循環(huán)流化床內(nèi)部的反應(yīng)條件達(dá)到的，具體包括加強(qiáng)氣固接觸、固體物有較長的接觸時間、不斷更新吸收劑反應(yīng)表面等。