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回转窑窑尾烟气除尘及脱硫脱硝环保工艺

2019-12-12

随着国内环保要求的提高对耐火行业烟气中颗粒物、SO2和NOx排放的控制力度逐渐加大尤其国家生态环境部在2019 年4 月28 日发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中对于有组织排放控制指标规定“颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值原则上分别不高于10、50、200 mg /Nm3”。另外国内对于耐火行业超低排放最严省级标准是《河北省钢铁工业大气污染物超低排放标准》DB13 /2169 -2018其中对于SO2和NOx排放值进行了明确规定并给出了实施限期。因此必须对回转窑窑尾烟气中颗粒物、SO2和NOx的重大污染源进行治理。


回转窑窑尾烟气处理的设计思路

煤中含硫量高在燃烧过程中不可避免的产生SO2等酸性气体但是考虑到运输成本和运行成本等原因目前在建和正在生产的石灰石及白云石回转窑生产中仍然采用“烟煤”作为主要的煅烧燃料。本文仍按照烟煤作为煅烧燃料这一最不利情况以某钢铁联合企业中的耐材厂为例对回转窑窑尾烟气除尘及脱硫脱硝设计进行说明。若采用天然气作为燃料经实测SO2可以达到超低排放将本工艺的脱硫工段去掉即可。


石灰石送入竖式预热器顶部料仓后由溜料管将石灰石分布到竖式预热器内。从窑尾来的高温热烟气( 最高可达约1 100 ℃) 进入到竖式预热器后直接穿过料层与石灰石进行热交换。被预热的物料约有30%左右的石灰石被分解。预热后的石灰石由液压推头推动经转运溜槽进入回转窑内在回转窑内进一步煅烧分解为氧化钙等产品。换热后的高温热烟气降低到230 ~ 250 ℃左右。

耐火厂采用烟煤为燃料其质量指标: 水分War≤10%低位热值QDW≥23 000 kJ /kg( 应用基) 挥发分25%~ 30%灰分Ad≤12%Sd≤0. 6%固定碳≥55%灰分熔点≥1 250 ℃烟煤原料粒度< 25mm。

烟煤燃烧产生的窑尾烟气经热交换后进入脱硫、除尘、脱硝等设备进行净化后达标排放。


工艺系统组成

本工艺系统主要由烟气管道及风机系统、脱硫系统、脱硝系统等组成。

1 烟气管道及风机系统

烟气管道及风机系统主要由烟气管道、阀门、波纹补偿器、主引风机、管道附件及保温组成。

当回转窑正常工作时关闭开工电动阀打开除尘器进风阀使烟气进入脱硫脱硝除尘系统净化后清洁烟气经由主引风机直接排入烟囱。

烟气净化系统的阻力损失主要由主引风机进行克服。主引风机采用离心风机风机通过变频器来调节压力和流量并与回转窑窑内压力联锁。

为防止烟气温降减弱脱硝效果烟气管道外设保温层。采用纳米气凝胶毡( 或硅酸铝棉毡) 作为外保温。主引风机参数如表3 所列。

2 脱硫系统

本方案中脱硫系统的组成主要包括: 脱硫剂制备系统及脱硫段。

脱硫剂制备系统是SDS 干法脱硫系统的关键设备其选型及配置直接关联到系统的脱硫效率、脱硫剂的消耗量及系统达标运行的稳定性。磨粉机要求研磨时温度低不会使得NaHCO3分解以及脱硫剂粘结。

系统的主要设备有: 上料电动葫芦、吨包卸料站、超细磨机等。

研磨工艺流程: 物料经过旋转阀均匀进入磨机磨机研磨盘和分级轮在电机带动下高速旋转NaHCO3物料受到高速旋转的研磨盘撞击之后粉碎。符合要求的物料进入脱硝系统大的颗粒通过特制气流导向环作用重新进入研磨区再次粉碎直至粒径达到设计要求粒径通过调整分级轮速度来调节。

脱硫剂制备系统具有在线自动调节功能可以依据进出口SO2浓度调整碳酸氢钠粉喷入量。

在除尘器前烟道上设置脱硫段。其作用是降低烟气流速使得反应时间加长、将钠基粉体在高温下激活和充分混合。将大量的钙基大颗粒通过气力输送装置回收到工艺细粉料仓避免造成产品浪费。

3 除尘脱硝系统

脱硝反应系统由除尘脱硝一体化装置、氨气分配装置、热风装置组成。

经过干法脱硫的烟气进入除尘脱硝一体化装置进行除尘、脱硝。

除尘段具有高效除尘的功能滤料材质为针刺毡基材芳纶和玻纤复合覆膜耐高温滤料( 耐温≤250 ℃) 。为避免结露当烟气温度低于120 ℃不宜进入袋式除尘器。滤袋规格为Φ160 m × 6 m 长袋除尘效率高达99. 9%可实现干法脱硫工艺中脱硫灰的回收和烟气中颗粒物的除尘净化。并通过布袋表面收集的脱硫剂继续与烟气中剩余的SO2进行化学反应进一步增大干法脱硫的效率( 表4) 。

除尘段配有清灰装置清灰吹扫介质为压缩氮气根据实际运行情况设定清灰吹扫频率或根据反应器里滤袋前后的压差变化情况进行控制。除尘脱硝一体化装置竖向布置下部是除尘段上部是脱硝段。除尘段配备在线监测压差和手动测量压差接口。

除尘脱硝一体化装置的箱体采用分仓设计满足离线更换布袋的要求可离线清灰。除尘后的烟气与氨气分配器加入的还原剂( 氨气) 充分混合混合后的烟气向上进入脱硝SCR 催化剂层在催化剂作用下发生脱硝反应脱除NOx。在烟气温度≥180 ℃时脱硝效率不低于90%,冲击试验机氮氧化物排放浓度低于150 mg /Nm3。

4 氨气单元

氨气单元由稀释风机、氨气/烟气混合器组成。本方案采用氨气作为还原剂稀释风机的目的是降低喷入的氨气浓度。氨气的爆炸极限为15. 7%~30. 2%( 在空气中体积浓度) 为保证安全和分布均匀稀释风机流量按稀释后的氨体积浓度不超过5%设计。稀释气体来自脱硫脱硝后的洁净烟气这部分烟气温度高能减少混合气体温降有利于脱硝反应进行。

氨气/烟气混合器的作用是保证氨气和烟气混合均匀。两者在氨气/烟气混合器及管路内借流体动力原理充分混合混合物均匀导入脱硝反应器内使NOx和氨发生催化还原反应。

氨气/烟气混合器置于稀释风机与喷氨格栅之间混合器的氨气入口管道上设置流量控制阀可对需要的氨喷入量进行控制。

5 输灰系统

输灰系统包含预处理装置下部灰斗处的气力输灰系统以及除尘脱硝一体化装置下部灰斗气力输灰系统。

在脱硫段下部灰斗处由于重力作用Ca 基大分子颗粒先于Na 基分子降落单独设置1 套气力输送系统将粉料输送到细粉料仓。

脱硫反应产生的脱硫灰经过除尘脱硝一体化装置布袋过滤收集收集的脱硫灰采用气力输送的方式经灰斗下部仓泵送至脱硫灰仓。脱硫灰装袋采用带塑料衬的吨包装袋人工装袋后汽车外运储存卸灰过程中设有除尘措施。

除尘脱硝一体化装置下部灰斗配套1 套气力输送系统将在每个除尘器灰斗下分别布设1 台AV气力输送泵共6 台泵分成3 排每排2 个; 单排的泵串联起来组成一组输灰单元两组输灰单元汇流到一根输灰母管; 当该灰斗下部的气力输送泵需要检修时将此泵上部相关除尘单元离线用其他5 个除尘单元进行除尘正常工作既能保证检修时间又节约了传统运输设备的投资和运行成本。


工艺技术特点

设计采用“NaHCO3( SDS) 干法脱硫+ 除尘+ 中低温SCR 脱硝”这一回转窑窑尾废气净化工艺路线具有以下技术特点:

( 1) 在脱硝之前脱硫是为了给低温高效脱硝创造条件延长脱硝催化剂在高效脱硝区的使用寿命,电镀层测厚仪降低脱硫脱硝系统运行费用。

( 2) 采用进口脱硫剂其氯离子含量小于300× 10 - 6阻垢防腐效果好可有效提高研磨后细粉的流化效果从而保证脱硫系统连续、稳定、高效运行。

( 3) 脱硫剂制备系统是干法脱硫系统的关键设备其选型及配置直接关系到系统的脱硫效率、脱硫剂的消耗量及系统达标运行的稳定性。碳酸氢钠磨粉机采用进口磨机研磨时温度不超过60 ℃不会使NaHCO3分解不会产生脱硫剂粘结现象不需要设清洗系统。

( 4) 所用低温脱硝催化剂是国内首个真正商业化应用的低温催化剂通过试验和工业化装置长期运行证明对焦化、耐材、水泥、玻璃等行业的烟气具有很强的适应性具有良好的低温活性。在低温工况下催化剂对SO2的氧化率低于0. 5%低温高效脱硝时间长脱硝运行成本低。

( 5) 本工艺中低温脱硝催化剂的适用温度为180 ~ 350 ℃完全适应窑尾竖式预热器出口烟气温度波动工况不需额外热源加热烟气脱硝。

( 6) 该脱硫脱硝系统运行稳定安全可靠全流程无二次污染无废水、废气、废渣产生。脱硫所产生的副产品Na2SO4学名芒硝可由玻璃制造企业、制革企业、水泥生产或粉磨企业回收因此没有任何其他外排污染物。脱硝系统可实现催化剂的原位再生功能。

( 7) 充分考虑回转窑运行过程中竖式预热器烟气参数及压力随物料量及操作温度变化的特点系统能够自动调节和适应烟气工况的各种波动并保证稳定达标排放。

( 8) 为了保证除尘及脱硫脱硝系统的正常运行选用经过国家生态环保部认证的,红外测温仪国内一流超低排放在线监控仪表厂家灵敏可靠维护方便

( 9) 设计了相关报警、连锁系统从而保证回转窑安全、连续、稳定生产。如工艺窑尾竖式预热器排出的废气温度超过250 ℃掺混冷风系统将立即自动启动以避免除尘滤袋烤糊及损毁; 当温度降低到正常工作温度( 230 ℃) 将自动关闭掺混冷风系统;若持续超温将在中控室报警进行人工干预处理或停机处理。

( 10) 根据目前国内评价各种酸露点的muller曲线已知SO3的体积含量就可以查询实际的酸露点温度( 见图3) 。

当前工况下窑尾烟气的SO3的体积含量约为10. 5 × 10-6~ 35 × 10-6酸露点温度在135 ~ 145 ℃左右回转窑窑尾烟气排出口处温度将达到230 ℃以上除尘烟囱排出口烟气温度也达到170 ℃以上全流程烟气温度始终远远高于酸露点温度。因此净化后的烟气温度不会低于酸露点而引起设备和管道腐蚀也不会在烟囱周围产生烟囱雨。

( 1) 本工艺的烟囱排出口温度大于170 ℃远远高于露点温度70 ℃不会形成有色烟羽也不用增设烟气除湿消白设施。

( 2) 本工艺路线流程短、构筑物结构形式简单、除尘与脱硝采用一体化设计设备占地少结构紧凑。供应脱硫剂、氨水等单元占地小可利用旧有建筑间隙布置若用于老厂改造现场拆迁工作量小。


本文提供了一种“NaHCO3( SDS) 干法脱硫+ 除尘+ 中低温SCR 脱硝”回转窑窑尾废气净化工艺路线。这一工艺运行稳定可控占地及投资较少操作简单; 有别于常规钙基湿法脱硫、循环流化床等工艺可有效防止烟囱雨、有色烟羽和防止系统腐蚀作为一种回转窑窑尾废气净化工艺路线是完全合格的。

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