燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)

　　導讀：本文提出了一種符合燒結(jié)煙氣特點的循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)，并詳細闡述了其工藝流程、反應機理、副產(chǎn)物利用狀況以及技術(shù)特點。燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)實現(xiàn)了對低溫煙氣多種污染物的協(xié)同控制，且脫硫效率可達到85%-98%，脫硝效率可達到60%-85%，系統(tǒng)出口粉塵濃度小于10mg/m3。該技術(shù)目前已實現(xiàn)了工業(yè)化應用。

　　1前言

　　燒結(jié)煙氣是鋼鐵企業(yè)較難治理的污染源。2012年頒布的《鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標準燒結(jié)（球團）》更加嚴格，絕大多數(shù)鋼鐵企業(yè)將面臨二氧化硫和氮氧化物排放超標的問題，并且隨著十二五期間火電廠脫硝技術(shù)的廣泛應用，鋼鐵行業(yè)氮氧化物排放所占的比重將會增加，國家對燒結(jié)煙氣氮氧化物減排力度將進一步加大。

　　截止2015年底，控制燒結(jié)煙氣二氧化硫排放的技術(shù)，包括石灰石-石膏法和半干法煙氣脫硫技術(shù)（噴霧干燥法和煙氣循環(huán)流化床法）已經(jīng)在燒結(jié)機大規(guī)模應用，它們的特點是脫硫效率高，但無法實現(xiàn)燒結(jié)煙氣的脫硝。國內(nèi)外針對燒結(jié)煙氣脫硝的研究較少，目前，火電領(lǐng)域廣泛應用的脫硝技術(shù)為選擇性催化還原技術(shù)（SCR），該技術(shù)中脫硝核心裝置的催化劑對溫度要求高（350℃以上），燒結(jié)煙氣溫度通常低于150℃，遠遠低于SCR運行溫度，SCR技術(shù)若要得以應用，需將煙氣溫度加熱至350℃以上，噸燒結(jié)礦脫硝運行成本（含電耗、水耗、液氨消耗、升溫所用煤氣消耗）約為35元，經(jīng)濟性較差。

　　中冶節(jié)能環(huán)保有限責任公司（以下簡稱“中冶環(huán)保”）研發(fā)的燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)，是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種能同時脫除煙氣中硫氧化物、氮氧化物及粉塵的方法，并可對煙氣中的多種污染物實現(xiàn)一定的協(xié)同控制。該技術(shù)采用消石灰為吸收劑，具有低溫同時脫硫脫硝的能力，在較低的Ca/(S+0.5N)摩爾比下就能達到很高的脫硫脫硝效率，非常適合處理150℃以下的低溫煙氣，同時，該工藝尾部配備脈沖袋式除塵器，對煙氣中的粉塵具有高效過濾的作用。

　　該工藝具有投資省，運行費用低，運行可靠，流程簡單，易于維護，脫硫脫硝副產(chǎn)品易于處理，無二次污染等顯著優(yōu)點，其脫硫效率可達到85%-98%，脫硝效率可達到60%-85%，系統(tǒng)出口粉塵濃度小于10mg/m3。

　　2工作原理

　　燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝除塵技術(shù)是中冶環(huán)保研發(fā)的一種低溫干法同時脫硫脫硝工藝。該技術(shù)以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，利用催化劑將NO氧化為NO2，通過吸收劑的多次再循環(huán)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。

　　工藝流程：燒結(jié)機系統(tǒng)排出的煙氣（一般為100-150℃左右）引入催化劑中，在催化劑作用下，大多數(shù)NO被氧化成NO2，經(jīng)催化劑后的煙氣再進入脫硫脫硝反應塔底部，脫硫脫硝反應塔底部為一布風裝置，煙氣流經(jīng)時被均勻分布。脫硫脫硝吸收劑和水被噴入塔內(nèi)，使煙氣降溫并與吸收劑相混合，復合吸收劑與煙氣中的SO2、NOx反應，生成亞硫酸鈣、硫酸鈣、亞硝酸鈣和硝酸鈣等。固體顆粒部分在塔頂回落，在塔內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，部分隨煙氣從脫硫脫硝反應塔上部排出，然后進入脈沖袋式除塵器。大部分的固體顆粒通過除塵器下的再循環(huán)系統(tǒng)，返回脫硫脫硝反應塔繼續(xù)參加反應，如此循環(huán)達100-150次，少部分脫硫脫硝產(chǎn)物則經(jīng)過灰渣處理系統(tǒng)輸入到渣倉。最后的煙氣經(jīng)除塵器通過脫硫脫硝增壓風機排入煙囪。由于脫硫脫硝過程中，煙氣中的大量酸性物質(zhì)尤其是SO3被脫除，煙氣的酸露點溫度很低，排煙溫度高于露點溫度，因此煙氣也不需要再加熱。

　　當燒結(jié)機負荷較低導致煙氣量不能滿足循環(huán)流化床運行工況要求時，可以通過調(diào)節(jié)回流調(diào)節(jié)閥開度使部分凈煙氣重新返回脫硫脫硝反應塔，以滿足流化床對系統(tǒng)風量的要求。

　　3反應機理

　　煙氣循環(huán)流化床脫硫脫硝反應原理：在脫硫脫硝反應塔內(nèi)，多次循環(huán)的固體吸收劑形成一個濃相床態(tài)，消石灰粉末、煙氣及噴入水分，在流化狀態(tài)下充分混合。消石灰粉末和煙氣中的SO2、NO2、SO3、HCl、HF等在水分存在的情況下，在Ca(OH)2粒子的液相表面發(fā)生反應，從而實現(xiàn)高效脫硫脫硝。下列簡化反應式描述了一定溫度范圍內(nèi)脫硫脫硝反應塔內(nèi)發(fā)生的大部分反應。

脫硫反應：

SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O

脫硝反應：

NO+1/2O2→NO2（催化劑作用下）

4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+2H2O

脫硫脫硝互相促進反應：

2NO2+CaSO3+Ca(OH)2→Ca(NO2)2+CaSO4+H2O

與其他酸性物質(zhì)反應：

SO3+Ca(OH)2→CaSO4+H2O

2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O

2HF+Ca(OH)2→CaF2+2H2O

　　相比諸多采用循環(huán)流化床原理的干法脫硫工藝，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，縮短脫硫脫硝塔入口的長度，提高床層利用效率，同時，脫硫脫硝塔下部是脫硫脫硝反應迅速進行的區(qū)域，采用新型布風裝置，消除了脫硫脫硝裝置下部流場的偏轉(zhuǎn)，提高了顆粒均勻性和脫硫脫硝效率。同時，在脫硫脫硝反應塔上部出口區(qū)域布置了回流裝置，旨在造成煙氣流中固體顆粒的回流，通過這種方式，延長了固體顆粒在塔內(nèi)的停留時間，同時改進了氣固間的混合。此外，脫硫脫硝反應塔內(nèi)還裝有內(nèi)構(gòu)件，增強了氣體的紊流效果，使吸收劑和二氧化硫、二氧化氮接觸更加充分，明顯提高了脫硫脫硝效率。

　　該工藝最重要的特色是在維持高污染物去除率的同時保持低反應物消耗率，這主要是通過優(yōu)化循環(huán)流化床內(nèi)部的反應條件達到的，具體包括加強氣固接觸、固體物有較長的接觸時間、不斷更新吸收劑反應表面等。