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干法脱硫、SCR脱硝在镁钙砖烧成用隧道窑烟气治理中的应用

干法脱硫、SCR脱硝在镁钙砖烧成用隧道窑烟气治理中的应用

  • 分类:工艺创新
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2023-03-17
  • 访问量:0

【概要描述】

干法脱硫、SCR脱硝在镁钙砖烧成用隧道窑烟气治理中的应用

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  • 分类:工艺创新
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 干法脱硫、SCR脱硝在镁钙砖烧成用隧道窑烟气治理中的应用

  摘 要: 以镁钙砖烧成用隧道窑烟气治理为例,提出了干法脱硫、选择性催化还原( 简称 SCR) 脱硝的治理工艺。据此,可以实现二氧化硫、粉尘和氮氧化物的排放浓度分别低于 10、35 和 50 mg·m -3的超低排放标准。该工艺已在山西某生产镁钙砖的耐火材料企业投入使用,运行效果良好,但每吨产品增加成本约13.5元。

  关键词:干法脱硫;SCR脱硝;镁钙砖;隧道窑;超低排放

  镁钙砖是以氧化镁和氧化钙为主要化学组成的复合耐火材料,是一种更为环保的镁铬砖替代品[1]。因镁钙砖多以工业石蜡作为结合剂[2] ,所以,在镁钙砖的烧成过程中 ,会挥发出含有石蜡的烟气 ,环保治理难度大。传统做法采用碱液喷淋,烟气中含有的粉尘、二氧化 硫和石蜡经水洗后进入废液排放。此方法并不能去除氮氧化物[3] ,而且水洗后的废水含有凝结的 石蜡、粉尘,十分易于黏结并堵塞管道和设备,使产生的废水 无法回收处理,带来了二次污染。

  近年来,随着环保要求的不断提高 ,国家和地方政府相继更新了针对工业炉窑的环保标准[4]。对于辽宁省这样耐火材料行业集中的地区,还出台了针对本行业的 《镁质耐火材料工业大气污染物排放标准》。(DB 21 /3011—2018) ,其中,标准提出了如隧道窑的粉尘浓度 应≤30 mg·m -3、二氧化 硫浓度 应≤50 mg·m -3、氮氧化物排放浓度 应≤100 mg·m -3; 对于一些重点地区甚至还要求粉尘浓度 应≤10 mg·m -3、二氧化硫浓度应≤35 mg·m -3、氮氧化物排放浓度应≤50 mg·m -3的 排放标准。

  传统的碱洗法并不能满足最新的环保要求,而且烟气中含有的石蜡对于除尘滤袋和脱硝催化剂都有不利影响,不能直接照搬电厂常用的选择性催化还原 (简称 SCR) 脱硝和布袋除尘工艺。针对镁钙砖的生产 工艺,为 了消除石蜡对后端设 备 的不利 影响,可 采用在隧道窑后端加焚烧炉的方式去除石蜡。通过高温 焚烧促进石蜡分解,燃 烧后的高温烟气再经过两级换热降至 280 ~350 ℃后进行脱硫、脱硝、除尘。隧道窑多采用天然气作为燃料,在砖坯烧成的过程中还会有一部分含镁、钙氧化物的粉尘产生,若直接进行SCR 处理容易引起催化剂中毒,因此,要采取先脱硫除尘再脱硝的工艺。

  在本文中,介绍了实现镁钙砖烧成用隧道窑烟气超低排放的处理工艺: 干法脱硫 + 金属滤筒除尘 +SCR 脱硝工艺,以及该工艺的工程应用实例。

  1 干法脱硫

  干法脱硫是指利用超细的碳酸氢钠粉末作为脱硫剂,在烟气温度高于 140 ℃ 的条件下 ,碳酸氢钠粉末在高温烟气的作用下分解出高活性 Na2CO3 和 CO2; 活性强的 Na2CO3 与烟道内烟气中的 SO2 及其他酸性介质充分接触发生化学反应后被吸收净化 。脱硫后粉状颗粒产物随气流进入除尘器捕集去除。

  高活性的Na2CO3不仅能够快速吸附 SO2、HCl、HF 等酸性物质,对石蜡未完全焚烧产物、重金属也有很好的吸附能力,可以实现污染物的联合去除。采用钠基干法脱硫工艺(简称 SDS) ,SO2 去除效 率大于 90%。

  2 金属滤筒除尘

  一般除尘器滤袋使用温度需低 于 240 ℃。在 烟气温度高于 240 ℃或烟气的腐蚀性比较强的工况下 ,可以使用金属滤筒作为滤材 。

  金属滤筒是以 316L 不锈钢为原料,通过纤维集束拉拔,真空烧结工艺制成的 纤维毡。微米级的 不锈钢纤维直径均匀,性能优异,形成三维迷宫式梯度孔径结构的 多孔材料。以 不锈钢纤维为 滤料 制成的 滤筒具有表面平整、光洁 、过滤精度和过滤效 率高 、低压降、耐高温、耐 腐蚀等特点[6]。采用 金属滤筒为 滤料的 除尘器可以应用 于高温、高 硬度 或腐蚀性粉尘的工况。在 过滤风速 小于1 m·min -1的 条件下 ,除尘器系统阻力 小于 800 Pa,出口粉尘浓度 小于 10 mg·m -3。

  3 SCR脱硝

  隧道窑烧成温度一般高 于 1 000 ℃,高温条件下空气中的氮会氧化 生成氮氧化物,导致氮氧化物排放浓度较高 ,一般可 达 300 mg·m -3以 上。选择性 非催化 还原 ( 简称 SNCR) 工艺脱硝效 率一般为 50% ~ 60% ,并不能 满足超低 排放的 要求,因 此需要 采用SCR 脱硝工艺。

  SCR 脱硝效率一般可 达 90% 以上,其中,催化 剂是 保证脱硝效 率的 重要 条件。常用 的脱硝催化 剂是以 五氧化二钒为 活性 成分、二氧化 钛为 载体 的催化剂,适用的温度区间为 300 ~400 ℃。同时,催化 剂还需要注意防止中 毒[7] ,包括碱金属、砷、硫酸氢铵引起的 催化 剂中 毒,导致催化 剂失效 。进入催化剂的 烟气应当首先去除这些容易引发催化剂中毒的物质,才能保证催化剂的化学寿命和稳定的脱硝效果。

  4 干法脱硫SCR脱硝工程应用实例

  山西某耐火材料生产企业建有2条长度为 128.8 m的隧道窑,烧成温度为 1 500 ~ 1 600 ℃,燃料主要为天然气和焦炉煤气,生产的主要产品为镁钙砖 ,年产量约为70000t。镁钙砖的结合剂是石蜡,含量约为 3% (w) 。两条隧道窑的烟气汇总处理,设 计处理烟气量为 35 000 m3·h -1,烟气温度 300 ~ 360 ℃,隧道窑原 始排放的 粉尘、二氧化 硫和 氮氧化物的浓度 分别为 50、400 和 300 mg·m -3。根据超低 排放的要求,粉尘、二氧化 硫和 氮氧化物的排放浓度 分别要求达到10、35 和 50 mg·m -3。

  喷入的脱硫剂小苏打在高温烟气的加热作用下,被激活迅速 分解形成多孔状的碳酸钠。烟气中的二氧化 硫、石蜡未燃 尽物 、粉尘等 污染物 首先被喷入的脱硫剂吸附捕集后进入除尘器。除尘器采用金属滤筒作为滤材 ,原 烟气中带有的 粉尘等 污染物和脱硫剂一起被截留在 滤筒表面,干净的 烟气透过滤材 从滤筒中 间汇入除尘器上箱体 并排出。这时的 烟气中二氧化硫和 粉尘已被去除,烟气中的氮氧化物则进入除尘后端的脱硝反应器。

  本项目使用尿素作为脱硝还原剂,小苏打为脱硫剂,滤材为不锈钢金属滤筒。外购的袋装尿素首先制备 成 40% (w) 左右的尿素溶液,通过逻辑控制计量喷入 SCR 反应器前烟道内 ,利 用烟道内的高温烟气使尿素热解产生氨气 ,并通过烟道内的混风装置使氨气与烟气中的氮氧化物在到达催化 剂表面前混合均匀,在 催化 剂的作用下,氮氧化物被还原成氮气和水。经过脱硫脱硝除尘后的烟气 由引风机排出。本项目详细设 计参数见表 1。

  自 2020 年 4 月投运以来连续运 行了半年,出口排放的粉尘、二氧化 硫和 氮氧化物的浓度分别可以达到 10、20 和 40 mg·m -3以下,污染物 去除效果好 。

  本技术方案的 优点在 于: 1) 采用 干法脱硫技术,无废水 、无有色烟羽及 烟囱腐蚀 问题; 2) 采用 干法脱硫,能 够协同处理酸性气体、重金属、粉尘、石蜡等 有害物 质,有利 于后端工艺; 3) 采用 金属滤筒作为除尘器滤材 ,能 够耐受 300 ℃ 以上的高 温,并且具有极好的耐腐蚀性; 4) 采用 SCR 脱硝,脱硝效率高 ,且前端的 脱硫和 除尘已经去除了对催化 剂有害的物质,能够保证脱硝催化剂的 正常化 学寿命,脱硝效 果稳定; 5) 整套工艺的系统温降低 ,排口烟气 高于露点,烟囱没有腐蚀问题,且排口烟气 也可根据厂区需要进行热能回收,实现能源的可回收利用。

  5 结语

  干法脱硫 SCR 脱硝工艺可以用于处理镁钙砖隧道窑烟气 治理,有效 避免了含有碱金属和石蜡的粉尘对脱硝催化 剂化学寿命的影响,保证二氧化硫、粉尘、氮氧化物都能 够满足超低排放的标准。金属滤材的选用能够更好地适应工况烟温的波动情况。本工艺布局合理,系统温降低 ,排烟温 度 高,没有烟囱腐蚀 和有色烟羽等 次生问题,同时烟气 余热具有回收价值。

  采用 本工艺后,吨砖成本增加约 13. 5 元,但实现二氧化硫、粉尘和 氮氧化物的年减 排量分别为 102.2、11.2和70t,具有较高的经济性和环保性。

  本文部分摘自《耐火材料》2021年8月第55卷第4期

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