煅后焦裝置中如何加強(qiáng)余熱鍋爐的煙氣凈化

劉闖(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

1 煅后焦裝置中余熱鍋爐的煙氣凈化的研究背景

自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平迅速地提升，但是也帶來了巨大的環(huán)境問題。我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展正在面臨轉(zhuǎn)型期，工業(yè)企業(yè)必須推進(jìn)清潔化生產(chǎn)，降低自身對于區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境的影響程度，因此我國省市出臺了相應(yīng)的政策，對于工業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。企業(yè)必須根據(jù)各個省市的標(biāo)準(zhǔn)要求制定相應(yīng)的計劃，從而促進(jìn)自身在新的時期的發(fā)展。中海油惠州石化有限公司根據(jù)《廣東省地方排放標(biāo)準(zhǔn)-大氣污染物排放限值》排放標(biāo)準(zhǔn)制定2017年環(huán)境監(jiān)測計劃，要求40萬噸/年煅后焦裝置2020年9月以后粉塵排放濃度為10 mg/m3，SO2排放濃度100 mg/m3，NOx排放濃度100 mg/m3。但是，在當(dāng)前發(fā)展階段裝置自身無法達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)，由于該裝置當(dāng)時根據(jù)國家排放標(biāo)準(zhǔn)(對NOx排放未作要求)僅設(shè)計了半干法脫硫及布袋除塵，粉塵排放濃度為20～50 mg/m3，SO2排放濃度300～350 mg/m3，NOx排放濃度120～160 mg/m3。排放量過大使得裝置無法在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時取得更高的社會效益。因此，本裝置必須對自身的工藝進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，所以本文就煅后焦裝置中如何加強(qiáng)余熱鍋爐的煙氣凈化進(jìn)行了研究，希望可以為相關(guān)部門進(jìn)行相關(guān)工作提供有效的建議。

煅后焦是中低硫含量石油焦在1250～1350 ℃高溫煅燒除掉水分、揮發(fā)份等小分子物資，自身密度、穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升的碳素材料，是制備鋁行業(yè)陽極制品、其他行業(yè)石墨電極、增炭劑等的基本原料。煅后焦主要用于生產(chǎn)石墨電極、碳素制品、金剛砂、食品級磷工業(yè)、冶金工業(yè)及電石等。而石墨電極以及鋁行業(yè)陽極制品則是最為常見的用途。在實際生產(chǎn)的過程中，煅后焦的煙氣會產(chǎn)生大量的硫化物、硝化物等有害氣體，因此工業(yè)企業(yè)必須引用相應(yīng)的工藝進(jìn)行生產(chǎn)，從而保證后續(xù)工作的進(jìn)行。

本裝置在生產(chǎn)的過程中，會產(chǎn)生大量的廢棄物，通過對煙氣的實際情況進(jìn)行研究，不難發(fā)現(xiàn)其中硫化物和硝化物的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于規(guī)定的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。其中，煙氣中硫化物濃度為800 mg/m3，最高達(dá)2000 mg/m3，而NOx的排放量為200 mg/m3，最高達(dá) 250 mg/m3，粉塵濃度達(dá)為31.7 kg/h，最高達(dá)182 kg/h，這種超額排放會對區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境造成影響，因此需要在其中安裝相應(yīng)的凈化設(shè)施，從而降低在生產(chǎn)的過程中的污染物的排放量，提升裝置自身的環(huán)保系數(shù)，從而保證后續(xù)工作的進(jìn)行。

另外，余熱鍋爐自身具有比較豐富的利用價值，為了保證實現(xiàn)余熱的回收利用，我國已經(jīng)針對這種措施進(jìn)行了研究工作，從而實現(xiàn)了資源的再利用。

因此，煅后焦裝置中加強(qiáng)余熱鍋爐的煙氣凈化的工藝對于傳統(tǒng)的處理方式進(jìn)行了改變和優(yōu)化，大大提升了煙氣處理的效率和實際效果，使得煙氣可以實現(xiàn)有效的應(yīng)用，其中的硫化物等有害氣體得到了有效的處理，從而保證工業(yè)的清潔化生產(chǎn)，其具體的應(yīng)用流程為：

本裝置利用本公司焦化裝置生產(chǎn)的中低硫含量的石油焦在回轉(zhuǎn)窯里預(yù)熱、加熱到既定的溫度，熱源來自于石油焦煅燒過程中揮發(fā)的可燃?xì)怏w以及噴入的重油。回轉(zhuǎn)窯配置三次風(fēng)機(jī)提供空氣以供物料中揮發(fā)份充分燃燒?；剞D(zhuǎn)窯排料端設(shè)有燃燒罩。重油與燃燒風(fēng)混合進(jìn)入燃燒室燃燒，提供煅燒熱量。

這種工藝下，共有大概140 000 m3/h(單臺)煙氣從余熱鍋爐裝置排出，其中排出來的煙氣溫度約160 ℃。由于氣體溫度較熱，因此需要從底部進(jìn)入脫硫塔，使得其與裝置內(nèi)部已經(jīng)加入的吸收劑、循環(huán)脫硫灰充分預(yù)混合，進(jìn)行初步的脫硫反應(yīng)，然后通過反應(yīng)器底部的文丘里管的加速，吸收劑、循環(huán)脫硫灰受到氣流的沖擊作用而懸浮起來，形成流化床，進(jìn)行第二步充分的脫硫反應(yīng)。通過幾次循環(huán)利用可以對煙氣中的硫化物、粉塵等進(jìn)行處理，從而保證硫化物的實際排放效果。

2 煅后焦裝置中加強(qiáng)余熱鍋爐的煙氣凈化的工藝

煙氣凈化的目的是徹底消除內(nèi)部的硫等有害氣體，從而避免工業(yè)生產(chǎn)對區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境造成影響，危害我國的生態(tài)文明建設(shè)。

煅后焦裝置中加強(qiáng)余熱鍋爐的煙氣凈化的重點(diǎn)就是脫硫、脫硝及除塵，從而降低工業(yè)廢氣對于工業(yè)的危害程度，因此該裝置利用專門用于工業(yè)窯爐煙氣脫硫除塵的“LJG工業(yè)窯爐新型高效干法脫硫除塵一體化工藝”以及兩級聯(lián)合脫硝方案，對煙氣中存在的SO2、NOx和粉塵進(jìn)行綜合治理，并且保證實際事例的效果。

煅后焦裝置煙氣脫硫脫硝除塵一體化工程采用兩爐一塔串聯(lián)布置，并且在其中配套使用兩套SNCR脫硝裝置，一套脫硫除塵一體化裝置及一套COA協(xié)同脫硝裝置，與鍋爐采用串聯(lián)布置方式。具體而言，煅后焦裝置中加強(qiáng)余熱鍋爐的煙氣凈化需要按照一定的工藝流程進(jìn)行工作，從而保證煙氣凈化的實際效果，具體工藝流程如圖1所示。

具體來說凈化煙氣的工藝主要是由脫硝、脫硫吸收塔、布袋除塵器、吸收劑制備及供應(yīng)、物料循環(huán)、工藝水系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)等部分組成，并且在其中預(yù)留吸附劑(活性炭)脫重金屬系統(tǒng)接口，以解決在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題。保證該工業(yè)的實際應(yīng)用效果。

圖1 煙氣凈化工藝流程

實際上在應(yīng)用的過程中通過該種工藝對于煙氣中存在的有害物質(zhì)以及有害氣體進(jìn)行及時的處理，其化學(xué)反應(yīng)原理如下：

脫硝反應(yīng)(以氨水為還原劑)：

脫硫反應(yīng)：

以上是該工藝有效地發(fā)揮作用的實際工作原理，而具體的工藝流程的運(yùn)轉(zhuǎn)方式如同下文闡釋：

SNCR+COA新型煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)。其中SNCR為高溫脫硝，通過將還原劑噴入爐膛或者反應(yīng)區(qū)間的煙道，對氮氧化物進(jìn)行還原降低NOx排放；COA低溫脫硝為專利技術(shù)，通過在干法脫硫塔添加脫硝劑，將煙氣中NO氧化成NO2后，再與鈣基吸收劑反應(yīng)吸收。通過兩級逐級脫硝，滿足NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)。

首先余熱鍋爐排出的煙氣進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)部將煙氣和吸收劑、循環(huán)脫硫灰進(jìn)行充分預(yù)混合，在其內(nèi)部產(chǎn)生初步的脫硫反應(yīng)，在這一區(qū)域主要完成吸收劑與煙氣中容易發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，從而完成初步處理的工序。這種方法是對煙氣進(jìn)行初步處理，為了保證其排放標(biāo)準(zhǔn)可以和國家標(biāo)準(zhǔn)相符合，需要進(jìn)行后續(xù)的處理。

煙氣在進(jìn)行第一次脫硫處理后，通過文丘里管循環(huán)流化床，由于氣流的影響，物料以及其他物質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流和混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物，絮狀物和解體的不斷激烈的湍流氣舉，形成一個循環(huán)流化床鍋爐的粒子流動代碼(PFC)，內(nèi)圈為氣固間滑移速度，單粒間滑移率高達(dá)幾十倍；吸收塔頂部的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng)了絮凝體的返出，進(jìn)一步增加了塔內(nèi)顆粒的床層密度，使床層內(nèi)Ca/S比顯著增大。循環(huán)流化床內(nèi)的氣固兩相流動機(jī)制大大加強(qiáng)了氣固間的傳質(zhì)傳熱，為實現(xiàn)高脫硫率提供了根本保證。

LJG系統(tǒng)在此時有效地發(fā)揮作用，在不增加吸附劑前提下，利用循環(huán)流化床中的鈣基吸收劑物料顆粒來實現(xiàn)對重金屬的部分脫除，這些物料具有高密度、表面積大、激烈湍動的特點(diǎn)，可以在實際應(yīng)用中有效地發(fā)揮作用。之后借助脫硫系統(tǒng)配套的除塵裝置對附著在Ca(OH)2和飛灰細(xì)顆粒表面上的重金屬，進(jìn)行捕集、脫除。同時，LJG系統(tǒng)預(yù)留了吸附劑(活性碳)脫重金屬系統(tǒng)接口，使得經(jīng)過處理后的煙氣可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的實際需求，避免出現(xiàn)再次處理的現(xiàn)象，從而保證實際效果。

LJG系統(tǒng)作為一種全新的工藝，為了保證實際應(yīng)用的效果，往往會在的出口擴(kuò)管段設(shè)一套噴水裝置，目的是為了提升內(nèi)部的蒸發(fā)效果，保證后續(xù)工作的進(jìn)行[1]。噴入霧化水以降低在進(jìn)行脫硫反應(yīng)器內(nèi)的溫度，使煙溫降至高于煙氣露點(diǎn)15 ℃以上，從而保證SO2與Ca(OH)2可以在內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成的離子型反應(yīng)。吸收劑、循環(huán)脫硫灰在文丘里段以上的塔內(nèi)進(jìn)行第二步的充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O，此外還有與SO3、HF和HCl反應(yīng)生成相應(yīng)的副產(chǎn)物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O等。

煙氣由于溫度過高往往進(jìn)行上升運(yùn)動，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸收塔，另一半由于自身的特點(diǎn)比如其自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)，進(jìn)一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應(yīng)時間。噴入的用于降低煙氣溫度的水最為顯著的作用就是加劇了內(nèi)部的蒸發(fā)現(xiàn)象，以激烈湍動的、擁有巨大的表面積的顆粒作為載體，在塔內(nèi)得到充分的蒸發(fā)，保證了進(jìn)入后續(xù)除塵器中的灰，能夠具有良好的流動狀態(tài)和效果。

由于流化床中氣固間良好的傳熱、傳質(zhì)效果，從而消除煙氣內(nèi)部的硫化物。另外在實際應(yīng)用的時候需要對排煙溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證其在高于露點(diǎn)溫度15 ℃以上，因此在進(jìn)行排煙的時候不需要再進(jìn)行二次加熱，整個系統(tǒng)也無須任何的防腐處理，保證實際工作的效率和水平。

凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入布袋除塵器，再通過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。利用除塵器捕集下來的固體顆粒，進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行再次循環(huán)處理，繼續(xù)在系統(tǒng)內(nèi)部參加反應(yīng)，進(jìn)行多次往復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)；零污染排放。最后剩余的少量脫硫灰渣再次利用物料輸送至脫硫灰倉內(nèi)，再通過罐車或二級輸送設(shè)備進(jìn)行排放[2]。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，我國的工業(yè)企業(yè)面臨著全新的發(fā)展局面和發(fā)展形式，使得相關(guān)部門不得不在實際工作的過程中對自身的工作模式和工作原理進(jìn)行創(chuàng)新，從而提升自身在新時期的發(fā)展水平。因此，工業(yè)企業(yè)必須采取合理的措施對自身在生產(chǎn)的過程中排放的有害氣體進(jìn)行處理，從而避免工業(yè)生產(chǎn)的過程中對于區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境造成負(fù)面影響，進(jìn)一步推進(jìn)我國的生態(tài)文明建設(shè)。