煙氣脫硫脫硝一體化系統(tǒng)設計

衛(wèi)晉剛

(山西潞安焦化有限責任公司,山西 長治 047500)

SO2和NOX污染是造成大氣污染的主要原因。隨著新的污染物排放標準的頒布，煙氣脫硫脫硝技術面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。如何經(jīng)濟、有效地提高脫硫脫硝效率，降低SO2和NOX的排放量，成為大氣環(huán)境污染控制工作者研究的熱點問題。

脫硫脫硝一體化系統(tǒng)；系統(tǒng)設計；經(jīng)濟效益

引 言

大氣污染是二十一世紀人類社會生存和發(fā)展所面臨的最嚴重的環(huán)境問題之一。化石燃料燃燒及氣化后產(chǎn)生的SO2、NOx、HF、CxHy等有害氣體,造成的酸雨、溫室效應和臭氧層破壞等大氣污染，嚴重影響著人類的生存環(huán)境[1]。因此，削減和控制產(chǎn)生的SO2和NOX污染,是我國能源和環(huán)境保護面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。

本文對某焦化廠采用LCO法煙氣脫硫脫硝一體化工藝技術進行了介紹，同時綜合考慮了高溫煙氣余熱的利用。該項目具有技術先進、工藝可行、凈化效率高、運行成本低的優(yōu)點。使焦爐煙囪大氣污染物排放值最低標準達到《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準(GB16171-2012)》的要求[ρ(SO2)≤50 mg/m3，ρ(NOX)≤500 mg/m3，ρ(煙塵)≤30 mg/m3]，同時保留了更高排放要求的技改空間[2-3]。

1 LCO法煙氣脫硫脫硝一體化工藝優(yōu)勢

LCO法煙氣脫硫脫硝一體化技術是利用專用的有機催化劑對煙氣中的SO2、NOX等污染物進行強力捕捉，通過中和劑(氨水)中和最終生成硫酸銨或硝酸銨化肥[4-5]。本技術是一項能夠同時進行脫硫、脫硝及二次除塵的多效合一的先進技術，其主要創(chuàng)新點和技術優(yōu)勢表現(xiàn)在：

1) 技術集成一體化，脫除效率高。在同一個系統(tǒng)中同時完成多效脫除，脫硫、脫硝及二次除塵效率分別可達99%、85%、85%。

2) 低溫脫硝技術(80 ℃～180 ℃)，脫硝效率≥85%。

3) 使用液體催化劑，脫除效率高，催化劑循環(huán)使用。

4) 資源化利用，副產(chǎn)品為硫酸銨和硝酸銨的液態(tài)復合肥。

5) 無二次污染。無廢水與固體廢物排放，徹底解決副產(chǎn)品二次污染的重大環(huán)保風險。

6) 以廢制廢。利用焦化自產(chǎn)氨水作為原料，實現(xiàn)資源綜合利用。

7) 可滿足不斷升級的國家環(huán)保政策需求，無需進行二次投資。

8) 運行成本低。結合煙氣余熱利用，可實現(xiàn)環(huán)保達標運行費用3元/噸焦～5元/噸焦。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)參數(shù)(見表1)

表1 煙氣脫硫脫硝一體化系統(tǒng)參數(shù)

2.2 各分系統(tǒng)介紹

全系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 全系統(tǒng)流程

1) 煙氣系統(tǒng)

焦爐煙氣分別從1#、2#地下主煙道引出匯總后，首先進入H2O2氧化煙道，再進入余熱鍋爐，經(jīng)增壓風機升壓后，進入臭氧氧化煙道進一步氧化NOX，最后進入吸收塔。煙氣在吸收塔內(nèi)垂直上升，穿過催化劑吸收液噴淋吸收區(qū)，煙氣中SO2、NOX及粉塵被吸收液高效去除，再經(jīng)除霧器除去微滴后，經(jīng)塔頂直排煙囪排入大氣。

系統(tǒng)設置事故煙道，配置事故風機，并加裝電動擋板門，事故風機采用柴油發(fā)電機作為電源，以確保在緊急事故狀態(tài)下煙氣脫硫脫硝及余熱回收裝置能快速退出，煙氣經(jīng)事故煙道返回原煙囪。

2) 吸收塔循環(huán)系統(tǒng)

吸收塔是煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的核心，包括塔體及配套的內(nèi)部構件、循環(huán)泵等，吸收塔塔頂設置直排煙囪。吸收塔采用逆流噴淋，自下而上依次為底部反應池、脫硫脫硝吸收段、除霧器段、煙氣出口段。催化劑吸收液從塔上部經(jīng)噴嘴向下噴淋，與上行的煙氣接觸反應，然后與反應產(chǎn)物一起進入反應池，反應池內(nèi)的混合液通過循環(huán)泵到塔上部的噴嘴噴出，實現(xiàn)循環(huán)噴淋。

吸收了二氧化硫、氮氧化物的催化劑吸收液，在吸收塔吸收段完成氧化反應后，在LCO催化劑的作用下，持續(xù)氧化生成硫酸及硝酸，落入反應池中與加入的氨水發(fā)生中和反應生成硫酸銨、硝酸銨。

3) 氨水供給系統(tǒng)

氨水供給系統(tǒng)采用焦化氨水(體積分數(shù)10%)及部分外購氨水，由管道輸送至氨水儲罐。氨水通過氨水供給泵泵入吸收塔內(nèi)，參與脫硫脫硝反應。通過新鮮氨水的加入控制吸收液的pH值(6.0～6.5)，以達到最好的脫硫脫硝效果。

4) 化肥鹽液處理系統(tǒng)

化肥鹽液處理系統(tǒng)設置一個硫酸銨/硝酸銨混合鹽液儲罐，容量按7 d儲量設計。系統(tǒng)設計2臺鹽液輸送泵，將硫酸銨/硝酸銨混合鹽液定期輸送至焦化廠硫銨車間統(tǒng)一處理。

5) 粉塵過濾及催化劑分離回收系統(tǒng)

當吸收塔內(nèi)鹽液達到一定質(zhì)量分數(shù)(35%～45%)后由混合液排出泵排出，進入過濾器，去除大顆粒后送入離心機。經(jīng)離心分離后，混合鹽液分成2個部分：渣漿進入渣儲罐，密度輕的催化劑和鹽液進入液相儲罐靜置分離。上層催化劑返回回收地坑，并打入吸收塔重復利用，下層混合鹽液用液相供給泵打入液液過濾器，經(jīng)過濾進入鹽液儲罐儲存，經(jīng)鹽液泵打入硫銨車間，進行統(tǒng)一濃縮、結晶、干燥處理。

6) 脫硝氧化系統(tǒng)

脫硝氧化系統(tǒng)包括H2O2氧化系統(tǒng)和臭氧氧化系統(tǒng)。高溫煙道內(nèi)的NOx通過霧化的H2O2部分被氧化，隨后再被臭氧氧化。經(jīng)臭氧強制氧化后的煙氣進入吸收塔，被吸收塔內(nèi)霧化的LCO催化劑吸收液吸收，完成脫硝。H2O2采用外購27.5%的工業(yè)級H2O2，經(jīng)雙氧水輸送泵送入高溫煙道，通過噴嘴汽化成微小顆粒，與煙氣充分混合，氧化其中的NOx。氧氣源采用空分氧氣，經(jīng)臭氧發(fā)生器放電作用產(chǎn)生高質(zhì)量濃度(120 g/m3～150 g/m3)的臭氧，經(jīng)稀釋風機配風后送入吸收塔入口。

7) 余熱回收系統(tǒng)

余熱回收系統(tǒng)配置余熱鍋爐一臺，設備包括蒸發(fā)器、汽包、汽水連接管路等，實現(xiàn)對高溫煙氣熱量回收，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)用蒸汽。

8) 控制系統(tǒng)

整套系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)(LCO-DCS)進行監(jiān)視和控制。LCO-DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)模擬量控制、順序控制和數(shù)據(jù)采集功能，以滿足各種運行工況的要求，確保脫硫脫硝系統(tǒng)安全、高效運行。控制系統(tǒng)安全可靠、使用方便、通訊接口靈活、人機界面友好、控制性能優(yōu)越、組態(tài)功能豐富。

3 經(jīng)濟效益分析

系統(tǒng)投運后，焦化廠焦爐煙囪基本實現(xiàn)達標排放，其中，SO2質(zhì)量濃度為35 mg/m3～45 mg/m3，NOX質(zhì)量濃度為230 mg/m3～400 mg/m3，煙塵質(zhì)量濃度為8 mg/m3～22 mg/m3，符合《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)新的環(huán)保排放要求，并大大降低了對周邊自然環(huán)境的影響。

同時，兩廠煙道余熱回收裝置總計回收余熱蒸汽量達到24t/h，用于廠內(nèi)正常生產(chǎn)用汽，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。按投產(chǎn)后每小時實際生產(chǎn)8 t蒸汽,一年能節(jié)約蒸汽費用18萬元。

4 存在的問題

由于本技術在焦化煙氣治理上為首次應用，投資費用較高，設計時參照電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝工藝。但是，因與電廠鍋爐煙氣工況存在很大不同，焦化煙氣溫度偏高且存在大量煤焦油粉塵等雜質(zhì)，實際運行過程出現(xiàn)粉塵量大、氨水消耗大等問題。現(xiàn)已通過各項技術改造進行完善：通過對塔底部安裝氧氣曝氣裝置提高氧化脫除效果，通過源頭操作控制減少粉塵量，降低后續(xù)處理負荷；部分設計設備選型偏小，像分離系統(tǒng)主要設備離心機及過濾器存在選型不當影響正常運行的情況，現(xiàn)已更換整改。

5 總結

本文介紹了某焦化廠脫硫脫硝一體化系統(tǒng)的設計。通過實際運行的結果對脫硫脫硝的設備提出了更為合理、系統(tǒng)的改造方案。對進一步的設計、運行調(diào)試和改造提供了重要的基礎。

[1] 王智化，周俊虎，溫正城，等.利用臭氧同時脫硫脫硝過程中的NO的氧化機理研究[J].浙江大學學報(工學版)，2007，41(5)：765-769.

[2] 劉濤，曾令可，稅安澤，等.煙氣脫硫脫硝一體化技術的研究現(xiàn)狀[J].工業(yè)爐，2007，29(4)：12-15，32.

[3] 紀曉雯.燃煤煙氣脫硫脫硝一體化技術的研究與應用[J].能源與環(huán)境，2004(4)：53-56.

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[5] 王潔，孫石，和曉榮，黃賢峰，周小蘭．液相催化氧化凈化煙氣中SO2和NOX的研究[J]．云南大學學報(自然科學版),2006,28(6):526-529.