蒸汽余熱鍋爐系統的煙氣凈化

李 巖

（黑龍江省冶金設計規劃院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 工程概況

山東某化工有限公司是一家以煅燒石油焦生產經營為主體的股份制企業。公司規劃建設2×150kt/a針狀焦原料預處理裝置、100kt/a針狀焦聯合裝置及相應公用工程配套設施。煅燒石油焦在生產加工過程中產生大量高溫煙氣，為充分利用余熱，節約能源，設計余熱蒸汽鍋爐進行熱回收，并對冷凝煙氣進行脫硫除塵處理，以達到排放標準要求。

2 煅燒煙氣凈化

石油焦煅燒煙氣中含有SO2、粉塵等有害物質，需凈化處理。本設計采用凈化效率較高、流程簡單的水浴脫硫除塵凈化方案。

2.1 設計基本參數

煅燒石油焦產生的高溫煙氣經余熱鍋爐利用生產蒸汽后，煙氣的基本參數如下：煙氣量：48000～52000 Nm3/h；煙氣出口溫度：120～200℃（最高）；煙氣出口負壓：1500～2500Pa（最高）；SO2含量：≤212.6mg/m3；粉塵含量：100mg/m3；NOX 含量：140～160mg/Nm3；煙氣成分：CO2：6.9%；H2O：10.0%；O2：8.4%；N2：74.7%。

2.2 煙氣凈化方案及流程

回轉窯煅燒針狀石油焦和燃燒爐焚燒碳塵產生的高溫煙氣經余熱鍋爐換熱利用，煙氣溫度從1100℃降低到180℃左右，煙氣中含有SO2、NOX和少量的煙塵，經計算煙氣中的煙塵含量為100mg/m3，SO2含量為212 mg/m3，NOX 含量：140～160mg/Nm3。煙氣中的 NOX 含量滿足《山東省鍋爐大氣污染物排放標準》（DB37/2374-2013）表2中的排放濃度限值的要求，不需處理，本項目主要對煙氣中含有SO2和煙塵采取凈化措施。

本工程采用“預除塵器、雙堿法脫硫除塵”的混合法凈化流程對余熱鍋爐排放煙氣進行處理。煅燒煙氣先經高效密集干式陶瓷多管除塵器除去其中的大顆粒煙塵，再由水浴脫硫除塵器進一步脫除煙氣中的微細煙塵和SO2，水浴脫硫除塵器屬于濕法除塵，半干法出灰，集除塵脫硫、煙氣分離和出灰泥為一體，自上而下分為水膜除塵段、XL型部件脫硫段和除霧段三部分。水浴脫硫除塵器煙氣凈化流程如下：

全流程分為兩級凈化系統和兩級脫水除霧系統。第一級（下段）：煙氣經水膜除塵段除塵后，灰水經沉渣池澄清，澄清水循環返回用于水膜除塵。第二級（中段）：除塵后煙氣自下而上穿過XL型脫硫部件，與來自脫硫循環池內的中間產物亞硫酸鈣懸浮液充分逆流接觸，脫除煙氣中的SO2并進一步脫除細塵。完成脫硫后的懸浮液絕大部分返回脫硫循環池，少部分由控制地進入沉渣池，并將生成的鈣硫渣沉淀分離。新鮮石灰乳不斷補入脫硫循環池，以保證池內石灰乳的流量平衡和質量平衡。第三級（上段）：脫硫后的煙氣經除霧器脫水后，從主體設備進入副塔，完成第一步脫水除霧過程。第四級（副塔）：進入副塔的煙氣經高效汽水分離器進行二次脫水除霧，并引煙氣至下部進入引風機后排放至煙囪。脫硫除塵系統見附圖1。

采用雙堿法脫硫除塵，雙堿法脫硫是采用NaOH和石灰（氫氧化鈣）兩種堿性物質做脫硫劑的脫硫方法。脫硫設置一個循環池，NaOH和石灰與除塵脫硫過程中捕集下來的煙灰同在一個循環池內混合，在清除循環水池內的灰渣時煙灰、反應生成物亞硫酸鈣、硫酸鈣及石灰渣和未完全反應的石灰同時被清除。

雙堿法脫硫的化學反應式為：2NaOH+SO2=NaSO3+H2O； 2NaOH+CO2=NaCO3+H2O；NaCO3+SO2=Na2SO3+CO2；CaO+H2O=Ca（OH）2；Ca（OH）2+SO2=CaSO3+H2O；

雙堿法水循環系統工藝流程：清水池一次性加入氫氧化鈉溶劑制成溶液（循環水），用泵打入脫硫除塵器進行脫硫，生成的三種中間產物均溶于水。在脫硫過程中，煙氣夾雜的煙道灰同時被循環水濕潤而捕集進入循環水，從脫硫除塵器排出的循環水變為灰水（稀灰漿）。一起流入沉淀池，煙道灰經沉淀池定期清除，上層清液溢流進入反應池與投加的石灰進行反應，置換出氫氧化鈉溶液在循環水中，同時生成亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等，可通過沉淀形成泥餅，回收制造水泥等。

圖1

為了保證設備的高效運行，減輕設備運行負擔，在此設備的前端增設XZTD-20型高效密集干式陶瓷多管除塵器1臺，以減少水浴脫硫除塵器的磨損并延長其使用壽命。XZTD-20型陶瓷多管除塵器的煙氣處理量L=60000m3/h，系統阻力P=650～900Pa，除塵效率η＞95%，黑度＜1級；ST-FGD型水浴脫硫除塵器的煙氣處理量L=50000m3/h，系統阻力P＜1000Pa，除塵效率η≥98%，除硫效率 η（S）≥85～95%，黑度＜1級，凈化后煙氣含塵濃度為 10mg/Nm3＜20mg/Nm3，SO2濃度為 10.6～31.8mg/Nm3＜50mg/Nm3，煙氣排放符合國家有關標準，煙氣經引風機由煙囪排入大氣，煙氣排放溫度為210℃，引風機型號為Y4-73No.16D，風量L=85571～119330m3/h，壓力 P=2293～2200Pa，電功率 N=132kW，風機配設變頻調速裝置，可機旁控制和煅燒控制室控制。脫硫過程中50000m3/h的煙氣中，0.1%的SO2排放量為10.63kg/h，6.9%的CO2排放量為966kg/h，雙堿法脫硫除塵根據上述化學反應式，其中，NaOH的分子量為40，SO2的分子量為80，CO2的分子量為44，根據SO2和CO2的每小時質量，NaOH的消耗量按過量5%計算，折算NaOH和石灰消耗量如下：

NaOH=（80×10.63/64+80×966/44）×105%=1858kg/h，脫硫過程中由于NaOH的轉換實際消耗是石灰，故CaO=（56/80）×1858=1300kg/h。

干式除塵器收集的灰渣設置渣倉，濕式除塵器收集的灰渣經灰渣池沉淀后形成泥餅，灰渣和泥餅的主要成分為亞硫酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等，可回收利用制作內燃轉、水泥等，也可汽車定期外運。

3 結語

余熱鍋爐排放煙氣經高效密集干式陶瓷多管除塵器和水浴脫硫除塵器聯和凈化處理后，除去殘留在煙氣中煙塵和SO2，凈化后的煙氣由40m煙囪排入大氣。SO2的凈化效率為90%～95%，處理后為32mg/Nm3，粉塵的凈化效率為92%～98%，處理后為，20mg/Nm3，各種污染物的排放濃度均低于《山東省鍋爐大氣污染物排放標準》（DB37/2374-2013）表2中的燃煤鍋爐排放濃度限值和《工業爐窯大氣污染物排放標準》GB9078-1996規定的排放標準限值，達到理想的處理效果。