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  • 燒結行業超低排放:滿足鋼鐵行業超低排放標準
  • 2019/6/29 閱讀次數:[1009]
  • 燒結行業超低排放:滿足鋼鐵行業超低排放標準
    無塵環保轉環境工程 
    基于當前環境污染現狀及國家環保標準的提高,津西鋼鐵對2號265 m2燒結機實施技術改造,2018年10月5日,項目圓滿通過168 h滿負荷運行性能考核。低溫煙氣循環流化床同時脫硫脫硝技術開發了獨有的低溫氧化催化劑和高效的循環流化床反應器,解決了NO的低成本氧化和SO2及NOx高效脫除的兩大關鍵難題。該技術的成功應用,為燒結煙氣實現超低排放的提供了一條經濟可靠的技術路線。

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    煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵技術開發了獨有的低溫氧化催化劑和高效的循環流化床反應器,解決了NO的低成本氧化和SO2及NOx高效脫除的兩大關鍵難題。

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    該技術實現了脫硫脫硝副產物的資源化利用,可脫除強酸、重金屬、二噁英等多種污染物,無廢水產生、無低溫腐蝕、無煙囪水汽。
    為滿足國家和地方環保要求,2017年9月,津西鋼鐵對2號265 m2燒結機進行脫硫脫硝除塵技術改造,改造要求凈化后的煙氣SO2排放濃度<30 mg/m3,NOx排放濃度<50 mg/m3,粉塵排放濃度<10 mg/m3,滿足鋼鐵行業超低排放標準。

    燒結低溫脫硝的技術路線分為氧化脫硝和還原脫硝2種,結合濕法、半干法和干法脫硫3種脫硫路徑,脫硫脫硝除塵技術路線主要包括氧化+濕法、氧化+半干法、活性炭法、SCR+濕法(先脫硝后脫硫)、濕法+SCR(先脫硫后脫硝)、半干法+ SCR等,但均無法滿足鋼鐵行業超低排放標準。經充分調研和反復論證,津西鋼鐵確定改造方案為新建一套煙氣脫硫脫硝除塵系統,采用低溫煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵技術。


    1 工藝流程

    燒結機煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵系統流程如圖1所示。燒結機系統煙氣排出溫度一般在100~150 ℃,在低溫催化劑和強氧化劑的作用下,大多數NO被氧化成NO2,隨后煙氣進入到脫硫脫硝反應塔底部。塔底部設一布風裝置,煙氣流經時可均勻分布。吸收劑通過一套噴射裝置在布風裝置上部噴入,布風裝置的上部同樣設有噴水裝置,噴入的霧化水使煙氣降至一定溫度。吸收劑與增濕后的煙氣相混合,并與煙氣中的SO2、NOx反應,生成CaSO3、CaSO4、Ca(NO2)2和Ca(NO3)2等。

    圖1 燒結機煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵系統流程

    由于在脫硫脫硝過程中,煙氣中的大量酸性物質(尤其是SO3)被脫除,因此煙氣的酸露點溫度很低,排煙溫度高于露點溫度,所以不需再加熱。反應塔上部設有回流裝置,塔中的煙氣和吸收劑顆粒在向上運動時,會有一部分煙氣及固體顆粒產生回流,形成很強的內部湍流,從而增加了煙氣與吸收劑的接觸效率,使脫硫脫硝反應更加充分。同時固體顆粒在上部產生強烈的回流,加強了固體顆粒之間的碰撞和摩擦,不斷地暴露出新鮮的吸收劑表面,大大提高了吸收劑的利用率。并且吸收塔較高,煙氣在反應塔內的停留時間較長,使得煙氣中的SO2、NO2能夠與吸收劑充分混合反應,99%的脫硫反應和90%的脫硝反應都在脫硫脫硝反應塔內進行并完成。


    2 工藝優勢

    煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵技術是一種低溫干法同時脫硫脫硝工藝。該技術以循環流化床原理為基礎,利用催化劑和強氧化劑將NO氧化為NO2,通過吸收劑的多次再循環利用,延長吸收劑與煙氣的接觸時間,以達到高效脫硫脫硝的目的,其技術核心是開發了獨有的低溫氧化催化劑和高效的循環流化床反應器,解決了NO的低成本氧化和SO2及NOx高效脫除的兩大關鍵難題。該工藝具有脫除效率高,流程簡單,運行可靠,投資和運行費用低,副產品易于處理等顯著優點,其脫硫效率可達到85%~99%,脫硝效率可達到70%~98%,系統出口粉塵濃度<5 mg/m3,完全可以滿足超低排放標準。

    相比采用循環流化床原理的半干法脫硫工藝,本工藝的特點是采用新型布風裝置,加快氣體對固體顆粒的加速作用,快速獲得均一的氣固濃度分布,縮短塔入口的長度,提高床層利用效率,同時,塔下部是脫硫脫硝反應迅速進行的區域,采用新型布風裝置,消除了塔下部流場的偏轉,提高了顆粒均勻性和脫硫脫硝效率,同時保持低反應物消耗率。


    3 參數設計

    低溫煙氣同時脫硫脫硝除塵系統,主要由煙氣系統、吸收劑儲存、輸送及循環系統、水系統、灰渣輸送系統、公用介質及控制系統等組成。單套脫硫脫硝系統的設計參數如表1所示。

    表1 單套脫硫脫硝系統的設計參數





    4 改造前后效果對比

    2018年10月5日,項目圓滿通過168 h滿負荷運行性能考核,期間,SO2入口平均值為638.5 mg/m3,出口平均值為2.3 mg/m3(見圖2a);NOx入口平均值為198.9 mg/m3,出口平均值為15.5 mg/m3(見圖2b);粉塵排放濃度較低,出口粉塵平均濃度為1.85 mg/m3(見圖2c)。系統運行穩定,煙氣排放各項指標低于燒結行業超低排放標準。

    系統的主要設計和運行參數如表2所示,通過數據分析,運行參數均優于設計參數,系統可穩定達到超低排放標準,根據表3,運行費用約3 500元/h,折合噸礦運行費用<9.5元。



    圖2 系統168 h滿負荷運行性能考核期間SO2、NOx、粉塵排放情況

    表2 主要設計及運行參數



    表3 主要能源、介質消耗



    5 副產物利用

    采用鈣基脫硫劑單純脫除煙氣中SO2的半干法工藝,包括目前普遍采用的循環流化床脫硫工藝、SDA旋轉噴霧工藝及密相干塔工藝等,產生的脫硫渣主要成分為CaSO3、CaSO4、CaCO3及Ca(OH)2等,其中CaSO3占多數。由于脫硫時系統采用的鈣硫比不同,脫硫渣中CaSO3的組分一般控制在(35±10)%,脫硫渣平均粒徑在10 μm左右,堆比重在600~900 kg/m3。由于CaSO3對水泥中礦物的選擇性較強,不具有應用的普遍適應性,因此無論是電廠煙氣還是燒結煙氣的干法脫硫系統產生的脫硫渣都很難利用。多數堆棄,或有限地利用于礦井填埋,路基鋪墊等,無法高效利用。

    低溫煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵工藝對煙氣進行處理后,副產物的主要礦物組成是CaSO4、Ca(NO3)2、Ca(NO2)2及其他鈣化合物。CaSO4是礦渣粉生產企業常用的外加劑,也是GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》所允許添加的外加劑。硝酸鹽和亞硝酸鹽不僅能作為混凝土的早強劑組分,而且可以作為混凝土防凍劑組分使用。我國曾生產應用過以硝酸鹽和亞硝酸鹽為主的許多品種的早強劑或防凍劑,如Ca(NO2)2—Ca(NO3)2、Ca(NO2)2—Ca(NO3)2—CO(NH2)2、Ca(NO2)2—Ca(NO3)2—CaCl2、以及Ca(NO2)2—Ca(NO3)2—CaCl2—C5H4N4O3等。Ca(NO2)2的摻入還可以防止混凝土內部鋼筋的銹蝕,因其可以促使鋼筋表面形成致密的保護膜。通過實驗分析,其副產物可用于礦渣粉生產用添加劑和配制鋼鐵渣粉早強激發劑,達到提高礦渣的活性,并解決鋼鐵渣粉早期強度低的技術問題,達到“零排放”,還具有很高的經濟價值。

     重要結論

    低溫煙氣循環流化床同時脫硫脫硝除塵技術實現了低溫條件下NO向NO2的高效轉化、SO2與NO2的同塔高效脫除以及脫硫脫硝副產物的資源化利用,同時可脫除強酸、重金屬、二噁英等多種污染物,且無廢水產生、無低溫腐蝕、無煙囪水汽。

    經過對穩定運行及168 h滿負荷運行狀況的分析,該項目工藝具有凈化效率高、流程簡單、運行可靠、經濟性好、副產品易于處理、無二次污染等顯著優點,其脫硫效率可達到99%,脫硝效率可達到90%,可以滿足燒結煙氣SO2濃度<35 mg/m3,NOx濃度<50 mg/m3和顆粒物濃度<10 mg/m3的燒結行業超低排放的國家標準

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