煙氣脫硫脫硝一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

衛(wèi)晉剛

(山西潞安焦化有限責(zé)任公司,山西 長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)的頒布，煙氣脫硫脫硝技術(shù)面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。如何經(jīng)濟(jì)、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(diǎn)問(wèn)題。

脫硫脫硝一體化系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)效益

引 言

大氣污染是二十一世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展所面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一?；剂先紵皻饣螽a(chǎn)生的SO2、NOx、HF、CxHy等有害氣體,造成的酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞等大氣污染，嚴(yán)重影響著人類(lèi)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(guó)能源和環(huán)境保護(hù)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

本文對(duì)某焦化廠采用LCO法煙氣脫硫脫硝一體化工藝技術(shù)進(jìn)行了介紹，同時(shí)綜合考慮了高溫?zé)煔庥酂岬睦?。該?xiàng)目具有技術(shù)先進(jìn)、工藝可行、凈化效率高、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。使焦?fàn)t煙囪大氣污染物排放值最低標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16171-2012)》的要求[ρ(SO2)≤50 mg/m3，ρ(NOX)≤500 mg/m3，ρ(煙塵)≤30 mg/m3]，同時(shí)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(shì)

LCO法煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)是利用專(zhuān)用的有機(jī)催化劑對(duì)煙氣中的SO2、NOX等污染物進(jìn)行強(qiáng)力捕捉，通過(guò)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(shù)是一項(xiàng)能夠同時(shí)進(jìn)行脫硫、脫硝及二次除塵的多效合一的先進(jìn)技術(shù)，其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：

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

2) 低溫脫硝技術(shù)(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(fù)合肥。

5) 無(wú)二次污染。無(wú)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(fēng)險(xiǎn)。

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

7) 可滿(mǎn)足不斷升級(jí)的國(guó)家環(huán)保政策需求，無(wú)需進(jìn)行二次投資。

8) 運(yùn)行成本低。結(jié)合煙氣余熱利用，可實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)運(yùn)行費(fèi)用3元/噸焦～5元/噸焦。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)參數(shù)(見(jiàn)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(jiàn)圖1。

圖1 全系統(tǒng)流程

1) 煙氣系統(tǒng)

焦?fàn)t煙氣分別從1#、2#地下主煙道引出匯總后，首先進(jìn)入H2O2氧化煙道，再進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓后，進(jìn)入臭氧氧化煙道進(jìn)一步氧化NOX，最后進(jìn)入吸收塔。煙氣在吸收塔內(nèi)垂直上升，穿過(guò)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(shè)置事故煙道，配置事故風(fēng)機(jī)，并加裝電動(dòng)擋板門(mén)，事故風(fēng)機(jī)采用柴油發(fā)電機(jī)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(gòu)件、循環(huán)泵等，吸收塔塔頂設(shè)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(yīng)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(yīng)，然后與反應(yīng)產(chǎn)物一起進(jìn)入反應(yīng)池，反應(yīng)池內(nèi)的混合液通過(guò)循環(huán)泵到塔上部的噴嘴噴出，實(shí)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(yīng)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(yīng)池中與加入的氨水發(fā)生中和反應(yīng)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?jǐn)?shù)10%)及部分外購(gòu)氨水，由管道輸送至氨水儲(chǔ)罐。氨水通過(guò)氨水供給泵泵入吸收塔內(nèi)，參與脫硫脫硝反應(yīng)。通過(guò)新鮮氨水的加入控制吸收液的pH值(6.0～6.5)，以達(dá)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(shè)置一個(gè)硫酸銨/硝酸銨混合鹽液儲(chǔ)罐，容量按7 d儲(chǔ)量設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)2臺(tái)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(chē)間統(tǒng)一處理。

5) 粉塵過(guò)濾及催化劑分離回收系統(tǒng)

當(dāng)吸收塔內(nèi)鹽液達(dá)到一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)(35%～45%)后由混合液排出泵排出，進(jìn)入過(guò)濾器，去除大顆粒后送入離心機(jī)。經(jīng)離心分離后，混合鹽液分成2個(gè)部分：渣漿進(jìn)入渣儲(chǔ)罐，密度輕的催化劑和鹽液進(jìn)入液相儲(chǔ)罐靜置分離。上層催化劑返回回收地坑，并打入吸收塔重復(fù)利用，下層混合鹽液用液相供給泵打入液液過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入鹽液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，經(jīng)鹽液泵打入硫銨車(chē)間，進(jìn)行統(tǒng)一濃縮、結(jié)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?zé)煹纼?nèi)的NOx通過(guò)霧化的H2O2部分被氧化，隨后再被臭氧氧化。經(jīng)臭氧強(qiáng)制氧化后的煙氣進(jìn)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(gòu)27.5%的工業(yè)級(jí)H2O2，經(jīng)雙氧水輸送泵送入高溫?zé)煹?，通過(guò)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(fēng)機(jī)配風(fēng)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(tái)，設(shè)備包括蒸發(fā)器、汽包、汽水連接管路等，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫?zé)煔鉄崃炕厥?，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(jìn)行監(jiān)視和控制。LCO-DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬量控制、順序控制和數(shù)據(jù)采集功能，以滿(mǎn)足各種運(yùn)行工況的要求，確保脫硫脫硝系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)安全可靠、使用方便、通訊接口靈活、人機(jī)界面友好、控制性能優(yōu)越、組態(tài)功能豐富。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

系統(tǒng)投運(yùn)后，焦化廠焦?fàn)t煙囪基本實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)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(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)新的環(huán)保排放要求，并大大降低了對(duì)周邊自然環(huán)境的影響。

同時(shí)，兩廠煙道余熱回收裝置總計(jì)回收余熱蒸汽量達(dá)到24t/h，用于廠內(nèi)正常生產(chǎn)用汽，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。按投產(chǎn)后每小時(shí)實(shí)際生產(chǎn)8 t蒸汽,一年能節(jié)約蒸汽費(fèi)用18萬(wàn)元。

4 存在的問(wèn)題

由于本技術(shù)在焦化煙氣治理上為首次應(yīng)用，投資費(fèi)用較高，設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)際運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)粉塵量大、氨水消耗大等問(wèn)題?，F(xiàn)已通過(guò)各項(xiàng)技術(shù)改造進(jìn)行完善：通過(guò)對(duì)塔底部安裝氧氣曝氣裝置提高氧化脫除效果，通過(guò)源頭操作控制減少粉塵量，降低后續(xù)處理負(fù)荷；部分設(shè)計(jì)設(shè)備選型偏小，像分離系統(tǒng)主要設(shè)備離心機(jī)及過(guò)濾器存在選型不當(dāng)影響正常運(yùn)行的情況，現(xiàn)已更換整改。

5 總結(jié)

本文介紹了某焦化廠脫硫脫硝一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果對(duì)脫硫脫硝的設(shè)備提出了更為合理、系統(tǒng)的改造方案。對(duì)進(jìn)一步的設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)試和改造提供了重要的基礎(chǔ)。

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