活性焦煙氣治理技術(shù)主要設(shè)備的選型比較

魏 星,唐夕山

（上海克硫環(huán)保科技股份有限公司,上海市　201203）

活性焦煙氣治理技術(shù)主要設(shè)備的選型比較

魏 星,唐夕山

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在簡要介紹活性焦煙氣治理技術(shù)和工藝流程的基礎(chǔ)上,重點對脫硫塔和再生塔兩個核心設(shè)備進行了研究。分別從國內(nèi)外的應(yīng)用業(yè)績情況、應(yīng)用實例、技術(shù)發(fā)展成熟性和經(jīng)濟性等方面對錯流床脫硫塔和逆流床脫硫塔、間接換熱再生塔和直接換熱再生塔進行了對比。從對比結(jié)果來看,在核心設(shè)備的選擇上,建議采用錯流床脫硫塔和間接換熱再生塔。

活性焦；錯流床；脫硫塔；間接換熱；再生塔

活性焦煙氣治理技術(shù)是一種可資源化的干法煙氣凈化技術(shù),該技術(shù)的主要功能包括：脫除SO2、脫除NOx、脫除顆粒物、脫除二噁英和脫除汞等重金屬[1]。該技術(shù)利用活性焦的吸附功能,吸附脫除煙氣中的SO2,完成吸附后的活性焦通過加熱方式再生,解吸出高濃度SO2氣體,可直接制取商品硫酸,從而實現(xiàn)硫的資源化；利用活性焦的催化功能,按適量氨氮比加入氨,可將煙氣中的NOx還原成N2和水,脫硝效率可達70%以上[2-3]。此外,該技術(shù)對煙氣中的重金屬、二噁英均有較好的脫除效果,脫除過程沒有廢水、廢渣產(chǎn)生,是徹底解決環(huán)保問題的先進煙氣凈化技術(shù)[4-5]。本文將針對活性焦脫硫工藝技術(shù),對比主要設(shè)備不同型式的優(yōu)劣。

1　工藝流程

活性焦脫硫系統(tǒng)主要由3個子系統(tǒng)組成[4],包括活性焦吸附系統(tǒng)、活性焦解吸系統(tǒng)和活性焦輸送系統(tǒng),全系統(tǒng)的典型工藝流程見圖1。

圖1　活性焦脫硫系統(tǒng)的典型工藝流程

活性焦吸附系統(tǒng)的主要設(shè)備是脫硫塔。需要凈化處理的煙氣進入脫硫塔,煙氣中的SO2在活性焦吸附層內(nèi)被吸附,達標煙氣由脫硫塔出氣室離開系統(tǒng),進入煙囪排放。

活性焦解吸系統(tǒng)的主要設(shè)備是再生塔。在脫硫塔內(nèi)吸附飽和的活性焦進入再生塔后,被加熱到再生溫度,發(fā)生解吸反應(yīng),釋放出含高濃度SO2的再生氣,送去制酸系統(tǒng),實現(xiàn)循環(huán)利用。再生后的活性焦恢復(fù)吸附活性,再被冷卻到吸附溫度,離開再生塔。

活性焦輸送系統(tǒng)主要設(shè)備有卸料器、提升機和振動篩?；钚越篂轭w粒狀固體,在脫硫塔和再生塔內(nèi)依靠重力自上而下緩慢流動；采用密封且防剪切的活性焦脫硫?qū)Ｓ眯读掀?實現(xiàn)脫硫塔/再生塔的頂部進料和底部排料；采用封閉的內(nèi)部沒有相對運動的提升機,實現(xiàn)活性焦在脫硫塔和再生塔之間的互相轉(zhuǎn)運；采用振動篩篩分出系統(tǒng)運行產(chǎn)生的活性焦粉塵,保證脫硫塔床層阻力不超過設(shè)計范圍。

活性焦輸送系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量較多,但均為通用設(shè)備,選型相對不難。而活性焦脫硫系統(tǒng)最重要的兩個核心設(shè)備脫硫塔和再生塔的設(shè)計選型優(yōu)劣情況,決定了整套裝置的煙氣治理效果和運行的可靠性,因此是全套裝置的關(guān)鍵所在。下面分別對這兩個設(shè)備的設(shè)計選型和應(yīng)用情況進行研究。

2　脫硫塔

脫硫塔是活性焦吸附系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,通常采用移動床形式。移動床可分為錯流床和逆流床兩種形式,在重力作用下,活性焦在脫硫塔內(nèi)垂直方向緩慢向下移動,煙氣水平方向垂直穿過活性焦床層的為錯流床,煙氣自下而上平行穿過活性焦床層的為逆流床。

由于錯流移動雙級床結(jié)構(gòu)成熟可靠,目前國內(nèi)建設(shè)的活性焦煙氣凈化裝置均采用錯流床結(jié)構(gòu)脫硫塔,國外的活性焦煙氣凈化裝置亦是如此,而逆流床脫硫塔在國外的應(yīng)用實例極少。雙級床結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2　錯流床結(jié)構(gòu)示意

煙氣首先通過下部的一級活性焦吸附床層,大部分SO2被吸附脫除,再由過渡氣室進入上部的二級吸附床層,充分凈化后的達標煙氣離開脫硫塔進入煙囪排放?；钚越乖谧陨碇亓ψ饔孟掠啥壩酱矊拥捻敳烤徛苿拥揭患壩酱矊拥牡撞縖6]。在兩級床層的中部采用了特殊的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)鎖氣,保證最終的尾排煙氣中污染物濃度不會超標。

煙氣與活性焦的接觸面上需要透氣性很好的格柵板等結(jié)構(gòu)形式,降低煙氣阻力。錯流床脫硫塔的格柵承受的是活性焦的側(cè)壓力,受力相對較小,結(jié)構(gòu)安全,同時煙氣中的粉塵會隨著活性焦一起從底部排出脫硫塔,格柵容易檢修維護,應(yīng)用成熟可靠；逆流床脫硫塔的布氣布料構(gòu)件承受的是活性焦垂直壓力,受力較大,同時煙氣中的粉塵容易堵塞布氣通道,必須將脫硫塔內(nèi)所有活性焦清空后才能檢修布氣布料構(gòu)件,維護工作量大。

錯流床布氣結(jié)構(gòu)與布料結(jié)構(gòu)相互獨立,結(jié)構(gòu)簡單,煙氣均布效果良好,同時采用百葉窗式布料結(jié)構(gòu),應(yīng)用成熟可靠。而逆流床脫硫塔的布氣需采用多層布氣布料板,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,布氣結(jié)構(gòu)與布料結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián),較為復(fù)雜,氣流容易產(chǎn)生返混,較難實現(xiàn)氣流均布,特別是還具有塌床的風(fēng)險,影響主系統(tǒng)的正常生產(chǎn),甚至可能造成停產(chǎn)。

實踐證明,錯流床脫硫塔可較好地適應(yīng)煙氣流量和SO2濃度的波動。以某公司環(huán)集脫硫裝置為例,環(huán)集煙氣每8 h一個波動周期,波動非常頻繁,DCS上的單月運行數(shù)據(jù)見圖3[7]。

圖3　環(huán)集脫硫裝置單月運行數(shù)據(jù)

由圖3可以看出,在進口SO2濃度最高超過6 000 mg/Nm3的情況下,出口SO2濃度最高不超過200 mg/Nm3,平均出口SO2濃度60 mg/Nm3。同時,錯流床脫硫塔可通過降低活性焦粒徑,提高反應(yīng)速度,提高脫硫效率,進一步降低排放尾氣中的SO2濃度,以應(yīng)對更高要求的環(huán)保排放標準。而對于逆流床脫硫塔,如果出現(xiàn)因生產(chǎn)狀況變化引起的系統(tǒng)負荷變化,可通過調(diào)整床層厚度來適應(yīng),但對于頻繁的周期波動,逆流床脫硫塔則不能做到動態(tài)調(diào)節(jié),對于更高要求的環(huán)保排放標準,則需要在設(shè)計階段就考慮裝置建設(shè)有一定的余量。

錯流床脫硫塔底部排出的活性焦硫容較低,活性焦利用率相對較低,但通過采用雙級床脫硫塔,可以大大提高活性焦的有效硫容,使脫硫塔出口的活性焦基本可以達到吸附飽和。逆流床脫硫塔底部排出的活性焦硫容理論上可以達到飽和,活性焦利用率相對較高,因此逆流床脫硫塔的活性焦消耗量理論上應(yīng)相對較低。但由于逆流床脫硫塔仍缺少足夠的實踐應(yīng)用經(jīng)驗,因此僅從公開資料對比來看,錯流床脫硫塔的活性焦消耗量遠低于逆流床脫硫塔。

由以上對比分析可知,錯流床優(yōu)勢明顯,技術(shù)發(fā)展成熟可靠,在國內(nèi)、國外均具有豐富運行經(jīng)驗,且應(yīng)用非常成功。

3　再生塔

再生塔為活性焦解吸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。從活性焦在再生塔內(nèi)需完成從低溫到高溫的加熱過程以及從高溫到低溫的冷卻過程所采取的換熱形式分：采用管殼式換熱器,氣體與活性焦不直接接觸換熱的是間接換熱式再生塔；氣體與活性焦直接接觸換熱的是直接換熱式再生塔。

國內(nèi)建設(shè)的活性焦煙氣凈化裝置均采用間接換熱形式再生塔,國外的活性焦煙氣凈化裝置也是絕大部分采用間接換熱形式,該技術(shù)成熟可靠；而逆流床脫硫塔在國外的應(yīng)用實例極少。

再生塔內(nèi)的活性焦溫度需達到350℃才能充分再生,為了節(jié)約運行費用,一般采用可燃氣體作為加熱再生的熱源。采用間接加熱方式的再生塔為通過管殼式換熱器加熱活性焦,管程為活性焦,殼程為可燃氣體充分燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?即使出現(xiàn)可燃氣體不完全燃燒時也不會和活性焦接觸,甚至是當局部換熱管泄漏時也只有局部活性焦會和高溫?zé)煔饨佑|；而采用直接換熱方式的再生塔,當出現(xiàn)可燃氣體不完全燃燒時,活性焦將和高溫?zé)煔馍踔量扇細怏w直接接觸,存在超溫燃燒的風(fēng)險,而且將引起大面積的區(qū)域性燃燒,安全隱患較大。

采用間接加熱方式的再生塔,通過換熱風(fēng)機帶動換熱氣體流動,操作便利。而采用直接加熱方式的再生塔,需嚴格控制再生塔內(nèi)各段的壓力。大型再生塔內(nèi)充滿活性焦,整個塔體并不是一個理想的等壓腔,根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,再生塔內(nèi)部不同位置處的壓差可以達到200 Pa以上,因此依靠壓力調(diào)節(jié)的方式操作性較差。

間接換熱形式再生塔的傳熱系數(shù)較低,換熱面積相對較大,但采用換熱氣體循環(huán)利用可以大大提高能量利用效率,有效降低能耗,基本接近直接換熱的水平；直接換熱形式再生塔的傳熱系數(shù)較高,換熱面積相對較小,再生能耗相對較低。

由以上對比可知,間接換熱再生塔優(yōu)勢明顯,技術(shù)發(fā)展成熟可靠,在國內(nèi)外均具有豐富運行經(jīng)驗,且應(yīng)用非常成功。

4　結(jié)論

現(xiàn)階段,活性焦煙氣治理技術(shù)已逐步得到國內(nèi)多個行業(yè)設(shè)計院以及若干企業(yè)的認可,應(yīng)用將越來越廣泛[8]。國產(chǎn)化活性焦煙氣治理技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展,系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備設(shè)計均已經(jīng)成熟,尤其是在對脫硫塔和再生塔這兩個核心設(shè)備的研究上,已達到相當完善的程度。因此,在核心設(shè)備的選擇上,綜合多方面因素對比,建議采用在國內(nèi)、國外均具有豐富運行經(jīng)驗且應(yīng)用非常成功的錯流床脫硫塔和間接換熱再生塔。

[1]魏星,翟尚鵬,劉靜.活性焦煙氣脫硫技術(shù)在有色行業(yè)的推廣應(yīng)用[J].污染防治技術(shù),2011,24（5）:14-16.

[2]曾艷,高繼賢,翟尚鵬,等.活性焦干法在金川鎳熔鑄煙氣脫硫中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究,2012,33（4）：17-19.

[3]李健,高繼賢,張青,等.貴溪銅冶煉環(huán)集煙氣的活性焦脫硫工程應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究,2011,32（2）：19-21.

[4]唐夕山,魏星,翟尚鵬.活性焦法治理燒結(jié)煙氣技術(shù)探討[C]//2013年全國燒結(jié)煙氣綜合治理技術(shù)研討會論文集,2013:30-34.

[5]吳濤.活性焦聯(lián)合脫除煙氣中SO2和NO機理研究[D].煤科總院煤化工研究分院.2010.

[6]翟尚鵬,劉靜,辛昌霞 等.移動床活性焦煙氣脫硫與除塵中試研究[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(5)：850-854.

[7]魏星,唐夕山.活性焦煙氣治理技術(shù)在我國的發(fā)展與應(yīng)用[C].//鋼鐵工業(yè)大氣污染物防治國際研討會論文集,2014:179-182.

[8]高繼賢,劉 靜,翟尚鵬,等.活性焦脫硫技術(shù)在我國有色冶金行業(yè)的應(yīng)用與研究[J].有色冶金設(shè)計與研究,2012,33（1）：24-28.

Type Selection and Comparison of Main Equipments on Activated Coke Flue Gas Treatment Technology

WEI Xing,TANG Xishan
(Shanghai Clear Science&Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201203,China)

On the basis of introducing activated coke flue gas treatment technology and process flow,the paper mainly researches desulphurization tower and regeneration tower.The paper compares cross-flow bed desulphurization tower,counter-flow bed desulphurization tower,indirect heat exchange regeneration tower and direct heat exchange regeneration tower from the aspects of condition of application activities,application examples,maturity and economy of technical development.It can be seen from the comparison that cross-flow bed desulphurization tower and indirect heat exchange regeneration tower are suggested in selection of key equipments.

activated coke;cross-flow bed;desulphurization tower;indirect heat exchange;regeneration tower

X701.3

B

1004-4345(2015)04-0027-03

2015-01-30

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863）項目（2011AA060803）。

魏星（1981—）,男,工程師,主要從事大氣污染物治理的研究工作。