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粉焦原位制备及烧结烟气脱硫脱硝技术

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粉焦原位制备及烧结烟气脱硫脱硝技术

发布日期:2018-05-02 作者:张成刚 点击:

粉焦原位制备及烧结烟气脱硫脱硝技术

  来源:金属导报    2018/5/2 10:16:05    
所属频道:   关键词:  

:1技术背景

1.1主流技术潜在问题及我国硫资源矛盾

石灰石-石膏湿法脱硫技术具有脱硫效率高、脱硫剂成本低等优点,为我国SO2减排做出了巨大贡献,但随着其大规模应用,也逐渐暴露出一些问题:

1)耗水量大、废水排放量大,对于缺水地区尤为不利,脱硫废水的处置也成为难题。

2)钙基脱硫剂的制备需要消耗大量碳酸钙,造成石灰石资源的过量开采,对生态环境造成严重破坏;

3)副产物脱硫石膏的品质较低,二次利用的价值有限,导致大量脱硫产物被抛弃,造成二次污染。

我国既是SO2排放大国,还是硫磺资源缺乏的,2011年我国进口硫磺量达952万吨,对外依存度高达70%,已经严重威胁到硫磺下游产业安全。SO2既是污染物,又是宝贵的硫资源。我国近几年SO2排放量和硫磺进口量之比接近2∶1,正好符合SO2与S的分子质量比,如果在治理SO2污染的同时能回收硫磺资源,可很大程度上缓解硫资源严重失衡的局面,一举两得。

1.2颗粒技术分析

活性焦烟气脱硫技术是目前烟气硫资源化减排的主流技术之一,具有硫资源化利用、耗水量少、无废水排放及多污染物联合脱除(SOx、VOCs、Hg等)的特点。现有国内的活性焦脱硫技术存在的主要问题:

1)使用颗粒定型活性焦,制备工艺复杂、成本高(3000-8000元/吨),且制焦过程废气得不到有效利用。

2)颗粒活性焦内表面利用率低、吸附及再生过程中机械损耗较大,补入新焦量大,导致运行成本较高。

3)活性焦厂家和用户分离,活性焦需远距离运输,运输成本较高。

4)活性焦再生副产SO2或硫酸,难以利用,且存储和运输不便利。

1.3“粉焦技术”的提出及特点

基于上述形势和需求分析,山东大学提出了“粉焦原位制备及烧结烟气综合净化技术”,并进行了技术研发,该技术2017年成功申报科技部重点研发项目,项目名称为燃煤烟气硫回收及资源化利用技术,项目编号为2017YFB0602900,项目总预算为8686万元,其中中央财政专项经费为1886万元。项目周期自2017年7月起,至2021年6月止。

该工艺重整煤的利用途径,热解气化制备活性焦,活性焦制备所需热源为高温烟气,活化剂为烟气和水蒸气,实现了活性焦的原位制备;粉状活性焦可作为脱硫剂送入吸附反应碳内净化燃煤烟气,饱和吸附后的活性焦送入再生炉再生,再生过程析出高浓度SO2气体可作为化工原料使用或与制焦热解气反应生成单质硫,从而实现硫的资源化利用。

2技术简介

粉焦制备及烧结烟气技术工艺流程,如图1所示。主要由粉焦原位制备系统、粉焦吸附脱硫系统、粉焦催化脱硝系统、粉焦再生系统和硫磺制备系统构成。

2.1粉焦原位制备系统

活性焦以厂用煤炭为原材料制得。煤通过制粉系统制得粒度大于75μm和小于75μm两种粒度的煤粉。大于75μm的煤粉进入制焦炉作为制焦的原料。小于75μm的煤粉进入热风炉燃烧,产生1200℃的高温烟气。制粉系统既可以制取烟煤煤粉,也可以制取褐煤煤粉。热风炉和制焦炉有机结合为一体。高温烟气进入制焦炉迅速热解煤粉,在制焦炉内生成的活性焦和热解气经高温分离器分离,活性焦冷却后粉焦仓储存。热解气经冷却后通过高温风机送入焚烧炉燃烧。

烟风系统主要包括烟气流程和热解气流程两部分。制焦过程所需要的烟气是约1200℃的高温烟气,本烟气由系统自带的粉煤热风炉产生。热烟气从制焦炉底部的烟气入口进入,为煤粉制焦提供热量。

从制焦炉出来的为热解气和半焦混合物,采用高温水冷分离器进行气/固分离,将大部分粉焦分离下来,分离下来的粉焦进入冷焦器降温至常温,储存于粉焦仓,以供脱硫塔使用。

2.2粉焦吸附脱硫和催化脱硝系统

原烟气从吸附塔底部进入吸附塔,在吸附塔的进口段,烟气与加入的吸附剂、循环吸附剂充分预混合,进行初步的吸附作用。而后烟气通过吸附塔下部的文丘里管的加速,进入循环流化床床体;物料在循环流化床里,气固两相由于气流的作用,产生激烈的湍动与混合,充分接触,在上升的过程中,不断形成絮状物向下返回,而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升,使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍;吸附塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回,进一步提高了塔内颗粒的床层密度。这种循环流化床内气固两相流机制,极大地强化了气固间的传质,为实现高脱硫率提供了根本保证。

烟气在文丘里以上的塔内流速均保持在4-6m/s之间,为满足吸附的要求,烟气在该段的停留时间至少为5s以上。烟气在上升过程中,颗粒一部分随烟气被带出吸附塔,一部分因自重重新返回流化床中,进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸附剂的作用时间。

净化后的含尘烟气从吸附塔顶部排出,然后转向进入脱硫后的旋风除尘器,进行气固分离。经除尘器捕集下来的固体颗粒,一部分通过除尘器下的活性焦再循环系统,返回吸附塔继续参加反应;一部分送入再生系统进行再生。

脱硫后的烟气进入催化脱硝塔。催化脱硝塔与脱硫塔类似,均采用循环流化床方式,脱硝塔入口喷入NH3,NH3与烟气中的NOx在活性焦的表面发生催化还原反应,实现NOx的脱除,脱硝后的烟气进入预除尘器和布袋除尘器进行气固分离,烟气含尘浓度低于5mg/Nm³,后经引风机排出系统。

2.3粉焦再生和硫磺制备系统

再生系统主要设备为解析塔,采用间接换热的方式,立式横管列管换热器。解析热源采用焚烧热风炉烟气,设计压力为微正压。解析塔集合了预热段、解析段和冷却段等换热单元于一体。载硫活性半焦经管链输送机进入解析塔预热将温度升高至180℃左右,然后进入解析段,解析段半焦从180℃继续升温至410℃左右,在此温度下解析再生,解析气主要成分为SO2、CO2和H2O。解析气与循环气混合加热后进入后续还原单元,再生后的粉焦进入冷却段降温至100℃左右排出,经管链输送至脱硫塔粉焦仓再次使用。

还原单元主要设备为循环流化床炭热还原塔,采用解析段再生后的热焦作为还原剂。炭热还原反应为放热过程,采用循环流化床方式。解析气经焚烧炉高温烟气加热后送至还原塔,半焦通过绞龙自解析段输送至还原塔入口,解析气与循环乏气在还原塔内与活性半焦反应,还原主反应如下:

C+SO2→CO2+S

还原气体(含硫蒸气)经过高温分离器、再热器、冷凝器后,冷凝成液体硫磺,并经旋流收集装置收集后储存于储罐中。

3技术特色及优势

1)多种污染物同时脱除。

a.吸附脱除酸性气体(SO2、HCl、HF)、有机气体(PAHs)、重金属(Hg)等;催化还原NOx。

b。活性焦制备过程中产生含有CO、H2、CH4等热解气,可送入锅炉再燃脱硝。

2)闭环系统,无二次污染。

a.不需外购脱硫剂:脱硫剂活性焦来自于厂用煤粉。

b.脱硫剂循环使用:活性焦吸附SO2后,可以通过热方法再生。

c.无固体废弃物:失活的活性焦直接送入锅炉燃烧。

d。无废水排放:干法脱硫工艺,耗水量低,几乎无废水排放。

3)硫资源化利用:热再生后SO2富集,用于生产高值化副产物-硫磺。

4技术指标

1)粉焦粒径:50μm-3mm;粉焦硫容≥40mg/g。

2)脱硫效率≥95%,出口SO2浓度≤35mg/Nm³。

3)脱硝效率≥75%,出口NOx浓度≤100mg/Nm³。

4)出口烟气粉尘含量≤5mg/Nm³。

5)硫磺回收率≥90%。


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