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2019中国有色金属行业年会

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2019中国有色金属行业年会

【SMM年会】董涛:一文详解工业硅烟气脱硫脱硝技术

来源:SMM

SMM11月23日讯:在《2019中国有色金属行业年会暨2020(SMM)金属价格预测发布会》暨《2019中国金属硅产业链高峰论坛》上,江苏省环境保护产业协会高级工程师董涛从技术层面剖析工业硅生产,着重介绍和阐述工业硅烟气脱硫脱硝技术,他表示这种生产技术按照脱硫过程中是否加水,以及脱硫产物的干湿形态,分为干法、半干法、湿法三种工艺。

工业硅烟气脱硫脱硝技术的探讨及预测


烟气脱硫技术简介

燃烧后脱硫技术(烟气脱硫 FGD)

按照脱硫过程中是否加水,以及脱硫产物的干湿形态,分为干法、半干法、湿法三种工艺。

脱硫工艺技术选择

干法是在烟气≤400℃情况下,采用高温循环流化床方法,使碳酸氢钠与二氧化硫直接发生气固反应,生成亚liu酸钠粉尘,用布袋除尘器从烟气中清除。按照目前硅业企业的生产情况来看,对新疆等西部地区比较合适。

半干法是在布袋除尘器前增设一个沸腾流化床+旋风除尘器,流化床烟气气速为4~6m/s,反应时间t≧7s,塔高h≧40m。底部的文丘里烟气气速为40~50m/s,造成极大的动能损失。为了维持流化床的稳定性,必须配置高压风机。脱硫剂不是生石灰粉,而是生石灰浆,反应速率比干法快,动能损失很大,要配置高压风机;脱硫剂也会污染布袋除尘器过滤下来的粉尘;出装置时的烟气湿度比进口更高,显著影响布袋除尘器的工况。脱硫剂进装置为液态,出装置为固态,故称半干法。半干法目前在各个行业应用最广。

湿法是用碱性液体与烟气接触、吸收、反应,达到消除SO2的目的。脱硫剂进出装置均为液相,故称为湿法。湿法是工业各领域脱硫效果最好的脱硫技术,技术最成熟。虽然一次性投资较大,但脱硫效率高,操作弹性大,可以根据各种排放指标进行调整;脱硫设备安置在布袋除尘器后,对原生产工艺影响很小;

干法脱硫技术 工艺原理

碳酸氢钠(NaHCO3)用作烟气脱硫的吸附剂,通过化学吸附去除烟气中的SO2,同时,它还可通过物理吸附去除一些无机和有机微量物质。此工艺将碳酸氢钠细粉直接喷入高温烟气中,在高温下碳酸氢钠分解生成碳酸钠Na2CO3、H2O和CO2。

2NaHCO3→Na2 CO3+CO2+H2O

新产生的碳酸钠Na2CO3在生成瞬间有高度的反应活性,可自发地与烟气中的硫氧化物进行下列反应:

Na2CO3+SO2+½O2=Na2SO4+CO2

Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2

一般情况下,脱硫反应器里的烟气温度在160~200℃之间。由于碳酸氢钠吸附剂的高度活性,碳酸氢钠只需略微过量(化学计量因子在1.1和1.3之间)。

干法脱硫技术 特点

(1)NaHCO3干法烟气脱硫技术是利用NaHCO3作为脱硫剂,对烟气中SO2进行吸收脱除的一种技术。NaHCO3是良好的SO2吸收剂,其吸收速率高于钙基等吸收剂。用NaHCO3吸收烟气中的SO2是气-固相反应,反应速度快,脫硫效率可达95%,可保证SO2排放要求,吸收剂利用率高。

(2)NaHCO3干法脱硫对烟气流量、SO2浓度等工况的变化适应性较强;

(3)脱硫剂成本略高,总体运行成本相对较高,但由于烟气含硫量低,成本增加有限;

(4)腐蚀性轻微,基本不用采取特殊防腐措施,但需采取相应防磨损措施;

(5)由于脱硫工艺不需要对烟气进行増湿减温,排放烟气温度基本没有降低,烟气排放始终保持良好的视觉效果;

(6)系统不需要排放废水。

半干法脱硫技术简介

半干法是指此种方法的脱硫剂以湿态(或半湿态)进入,脱硫最终产物呈干态(“湿进干出”)。目前在各个行业有很多变种在运行,效果良好。主要有石灰浆循环流化床法、石灰粉增湿循环流化床法、喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法等等。

石灰浆循环流化床法与高温循环流化床法在工艺上比较相似,都是利用流化床的沸腾原理,通过强烈的烟气与石灰浆液滴扰动完成传质传热,在二氧化硫分子与石灰液发生反应时候,液滴同时蒸发成粉尘。

脱硫塔呈下部菱形上部平顶结构,烟气(200℃~300℃)从下部经过一个文丘里形成高速气流,同时用高压空气将脱硫剂(通常是Ca(OH)2石灰浆)吹入烟气中形成雾态。Ca(OH)2与二氧化硫反应,同时未反应的石灰浆与脱硫产物中的水分被蒸发,至出塔时呈干粉状,在经过随后的旋风除尘器将大部分粉尘分离出,再配成石灰浆吹入脱硫塔重复使用。小部分细粉在后续的布袋除尘器里滤除干净。

石灰粉增湿循环流化床法是将石灰干粉吹入脱硫塔下部入口处,同时喷水雾进塔,在塔内流化床中石灰粉、水滴在烟气中剧烈翻腾,完成氢氧化钙与二氧化硫的反应。同时烟气中蕴含的热量将水分蒸发,出塔时未反应的石灰粉与脱硫产物亚liu酸钙呈干灰粉尘形态,先经旋风除尘器回收大部分石灰以便重复使用,其余细粉在布袋除尘器中滤除。按照目前硅业企业的生产情况看,如果脱硫要求不严,无需对工艺、设备进行较大改进就可以采用半干法脱硫。

湿法脱硫技术简介 工艺原理

在脱硫塔内,碱性的脱硫剂溶液(浆)呈雨滴喷下与烟气接触,烟气中呈酸性的SO2与脱硫剂发生化学中合反应,生成盐类被溶液带走。依照脱硫剂的不同,分为石灰石/石灰—石膏法、双碱法、钠碱法等等。

a) 石灰石/ 石灰—石膏法 Ca(OH)2作为脱硫剂直接与烟气SO2反应,生成CaSO3/CaSO4沉淀过滤除去,余下未反应的Ca(OH)2循环使用。

Ca(OH)2+SO2→CaSO3

b) 双碱法 NaOH作为脱硫剂与烟气SO2反应生成Na2SO3,Ca(OH)2作为再生剂将Na2SO3变回直接NaOH,返回脱硫塔继续反应。Ca(OH)2不直接与烟气SO2反应。

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

Ca(OH)2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3


脱硝技术简介

烟气脱硝方法分两大类:SNCR(高温选择性非催化剂法);SCR(中低温选择性催化还原法)。这两种方法都需要往烟气中添加an基还原剂,与氮氧化物反应,将其变成环境空气的原生物氮气,达到消除污染物的作用。

SNCR(高温选择性非催化剂法)

根据物理化学原理,氮氧化物(NOx)在低温状态下不能直接与还原剂反应,但在850~1100℃温度区间内,氮氧化物的内能达到反应活化能,可以直接与an基还原剂反应,生成氮气。在实际工业应用中,多采用950~1100℃温度区间。

NOx+NH2-→ N2+H2O

SCR(中低温选择性催化还原法)

当烟气温度低于850℃时,氮氧化物的内能达不到反应活化能,不能直接与an基还原剂反应,必须在催化剂的作用下才能使反应能够进行。

目前工业领域中,广泛使用的是V2O5/TiO2催化剂,反应区间在160~450℃温度区间内。

SCR脱硝技术(中低温选择性催化还原法)

1. 一般情况下,SCR法的NOx脱除率可达70%~90%,NOx出口浓度可降低至100mg/m3左右,是一种虽然昂贵但是简单可靠的烟气脱硝技术。

2. 催化剂可以根据需要制作成各种样式。在烟气脱硝工艺中,配合操作参数、工艺设备的条件,通常制成连续、单一通道的整体结构,逐层堆砌在脱硝装置里,普遍采用三种形式:板式、蜂窝式和波纹板式。

3. 受工况温度的限制,布袋除尘器安置在SCR脱硝装置后,所以脱硝时烟气中灰尘较大。催化剂填料的设计要充分考虑到防堵和防磨损的要求,就烟气流通性而言,板式最好,通流面积约85%左右,蜂窝式次之,流通面积约80%左右,波纹板式最差,最容易堵。从结构来看,在相同间距的前提下,板式的折流死角最少,最不容易堵灰;蜂窝式的折流死角较多,容易产生灰分搭桥而引起催化剂的堵塞;波纹板式的折流死角最严重,是最容易堵灰的构型。堵灰严重影响催化剂的寿命,对催化剂的更换周期起决定性的影响。

4. 按照催化剂制造的方法,分为挤出式、浸烧式。采取挤出式制造的催化剂,强度很低,用手就能掰坏,耐磨性很差,但是易加工便于安装组配,成本低;采取浸烧式制造的催化剂,采取陶瓷等材料作载体,强度很高,耐磨性好,但是不易加工,成本高。


脱硫脱硝成本预测

以3万3KW的电炉为例:SO2=400mg/Nm3,Nox=400mg/Nm3。排放要求SO2=100mg/Nm3,Nox=100mg/Nm3。


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