CN108043210A - 一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于烟气净化及资源利用的环保技术领域，具体涉及一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，所要解决的技术问题在于提供一种适用性广、安全可靠、可行性强、脱硫脱硝效率高、氨逃逸率低、无废液排放、热量利用率高、运行成本低的焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统；除尘脱硝一体化装置将所述布袋除尘工艺和选择性催化还原脱硝工艺集成在一起；所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝一体化装置，所述脱硫烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的氨气充分混合，混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在脱硝催化剂作用下发生脱硝反应，脱除NOX；本发明广泛应用于焦炉烟气脱硫脱硝技术领域。

Description

一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统
技术领域
本发明属于烟气净化及资源利用的环保技术领域，具体涉及一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统。
背景技术
焦炉烟囱排放的大气污染物为焦炉煤气燃烧后产生的废气，主要有SO2、NOx及烟尘等，污染物呈有组织高架点源连续性排放，是污染最为严重的行业之一。随着国家对大气污染治理的日益重视，焦炉烟气污染物的治理已迫在眉睫。依据《炼焦化学工业污染物排放标准（GB16171-2012）》规定，自2015年1月1日起，现有焦化企业需执行颗粒物浓度30mg/m3、二氧化硫 50mg/m3、氮氧化物 500mg/m3的排放限值，依此标准仅有少数企业能够达标。通常经过脱硫除尘后，颗粒物及二氧化硫可达到排放标准。但对于标准规定的“大气污染特别排放限值”，将焦炉烟囱氮氧化物排放限值设定在150mg/m3，现有及新建焦炉若不采取措施，烟气均无法达标排放。焦炉烟气的治理，应在尽量不影响焦炉正常运行的前提下，使脱硫脱硝除尘效率满足国家和焦化行业的排放标准。
现有的燃煤电厂SCR烟气脱硝工艺多采用高尘布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，从锅炉省煤器引出的烟气经过SCR反应器后进入空气预热器。而焦化烟气中粉尘主要是煤尘和焦尘，其含量高、成分复杂，若采用高尘布置方式，易造成催化剂堵塞、磨损及碱金属中毒，严重时会导致停炉，造成重大损失。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种适用性广、安全可靠、可行性强、脱硫脱硝效率高、氨逃逸率低、无废液排放、热量利用率高、运行成本低的焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，包括旋转喷雾干燥单元和除尘脱硝单元，原烟气在所述旋转喷雾干燥单元由旋转喷雾半干法脱硫得到脱硫烟气，所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝单元进行布袋除尘后，再进行选择性催化还原脱硝，得到符合排放标准的排放气。
所述除尘脱硝单元包括：除尘脱硝一体化装置和喷氨装置，所述除尘脱硝一体化装置将所述布袋除尘工艺和选择性催化还原脱硝工艺集成在一起；所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝一体化装置，所述脱硫烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的氨气充分混合，混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在脱硝催化剂作用下发生脱硝反应，脱除NOX；净化后的洁净烟气经过烟囱排放。
将所述脱硫烟气进入除尘脱硝单元的温度控制为180-200℃。
所述旋转喷雾干燥单元的反应参数为烟气量120000-170000Nm3/h，烟气流速0.8-1.5m/s。
所述脱硝催化剂为低温SCR催化剂，其寿命为24000h。
所述除尘脱硝单元还包括热风炉，每年对所述脱硝催化剂进行在线加热，实现催化剂的活性再生，再生时间为8-12h/仓。
所述焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统的前端烟道设置有气动调节阀门。
如上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明将粘有焦油等粘性物的颗粒物从焦炉烟气中清除，从而有效地保护脱硝催化剂，保证系统能够长期、稳定、安全地运行。
2、当焦炉进行加热换向时，烟气量及烟气中的二氧化硫、氮氧化合物、粉尘浓度均有波动，本方案采用的脱硫脱硝处理工艺具有很强的自适应能力，可以满足不同工况污染物浓度的焦炉烟气处理需求，装置最前端焦炉总烟道烟气取风点处设置了气动调节阀门，可根据总烟道压力联锁调节阀门。
3、脱硝前除尘，减少烟气中的粉尘在通过脱硝催化剂层时对催化剂表面的磨损，可以有效延长脱硝催化剂的使用寿命，减少脱硝催化剂的用量，同时可省略传统意义上的催化剂清灰系统。
4、采用除尘脱硝喷氨热解一体化结构形式，利用除尘滤袋过滤层和均流结构体的均流作用，实现烟气在脱硝催化剂横截面上的均布，使烟气速度场、温度场分布更加均匀，进一步提高脱硝效率。
5、烟气先经过脱硫处理，在进入催化脱硝时SO2含量极低。可有效抑制在脱硝过程硫酸氢铵的生成量，防止硫酸氢铵在烟气温度降低到 230℃以下时凝结黏附在催化剂表面，降低脱硝催化剂脱硝效率。全流程烟气温度始终远远高于水露点温度及酸露点温度，因此不会产生腐蚀现象。
6、本发明产生的固体废物主要成份为CaSO3、CaSO4等无毒物质，不会对环境造成危害。CaSO3作为半水化合物CaSO3•1/2H2O存在，在与空气和湿气接触时，半水化合物逐渐转变为CaSO4•2H2O。在380℃至410℃时它释放出其结晶水，在温度超过600℃时它又分解为CaO和SO2。脱硫灰中所含未反应的CaO和Ca(OH)2会使脱硫灰硬结，与空气中CO2反应生成稳定的CaCO3。脱硫灰的碱性和硬结性对防止堆放场地下水污染有极大帮助。脱硫灰的碱性使其重金属不易析出，而硬结特性使得堆放层底部的防渗透特性大为改善。在欧美，很多国家的环保部门批准干法脱硫的脱硫灰露天堆放。
一、本发明的工艺原理
1.1 SDA塔半干法脱硫原理
原烟气通过烟气分布器进入SDA塔，流态化的物料和烟气中的二氧化硫在脱硫塔中与细小的石灰浆液（平均液滴直径50微米）发生化学反应，烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。同时，其中的水分也被蒸发，合理控制烟气分布、浆液流量和液滴尺寸，以确保液滴在接触喷雾干燥吸收塔塔壁之前被干燥。
一部分干燥产物，包括飞灰和吸收反应产物，落入吸收塔底部，进入粉尘输送系统。塔内反应完成的烟气进入布袋除尘器，固体颗粒被收集下来。
当雾化水经过回流式雾化喷嘴在脱硫塔中雾化，并与烟气充分接触，烟气冷却并增湿，氢氧化钙粉颗粒同H2O、SO2、H2SO3反应生成干粉产物，整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应，反应步骤及方程式如下：
（1）SO2被液滴吸收；SO2(气)+H2O→H2SO3(液)；
（2）吸收的SO2同溶液的吸收剂消石灰粉反应生成亚硫酸钙；
Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O；
Ca(OH)2(固)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O；
（3）液滴中CaSO3达到饱和后，即开始结晶析出；CaSO3(液)→CaSO3(固)；
（4）部分溶液中的CaSO3与溶于液滴中的氧反应，氧化成硫酸钙，CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)；
（5）CaSO4(液)溶解度低，从而结晶析出；CaSO4(液)→CaSO4(固)。
1.2脱硝原理
除尘脱硝单元以氨(NH3)为还原剂，在低温SCR催化剂作用下与烟气中的NOX反应，生成N2和H2O，实现NOX脱除，并控制NH3的逃逸率。烟气中90％以上 NOx是以NO形式存在。NH3选择性地和NOX反应生成无二次污染的N2和H2O随烟气排放。
原烟气通过烟气分布器进入SDA塔，烟气中的酸性组分迅速被细小的研发液滴中和。同时，其中的水分也被蒸发，一部分干燥产物，包括飞灰和吸收反应产物，落入吸收塔底部，进入粉尘输送系统。塔内反应完成的烟气进入布袋除尘器，固体颗粒被收集下来。
完成脱硫和除尘后的烟气温度控制在180-200℃。进入除尘脱硝一体化装置，烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的还原剂（氨气）充分混合。混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在催化剂作用下发生脱硝反应，脱除NOX；净化后的洁净烟气经过烟囱排放。在除尘脱硝一体化装置旁设置煤气热风炉，定期对催化剂进行在线加热，可实现催化剂的活性再生。
本发明脱硫单元包括：SDA塔、制浆单元、循环浆液单元。除尘脱硝单元包括脱硝除尘一体化装置、热风炉、氨气单元。低温SCR催化剂使用寿命为24000时，设计脱硝效率不小于85%。烟气热风炉根据运行情况每年再生1次，每次再生时间约10h/仓。氨气单元由氨汽化器、稀释风机、氨气/烟气混合气组成，氨水槽内氨水泵送氨汽化器蒸发为氨汽，经外线管道送至氨气/烟气混合器；稀释风机将主风机后洁净烟气送氨气/烟气混合器将两者充分混合，导入脱硝反应器内。
本发明中的除尘脱硝一体化装置可以为多个反应塔，从SDA塔出来的脱硫烟气可以由阀门控制分别进入不同的反应塔中，以此来连续化进行除尘脱硝反应。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明工艺流程图。
图2为本发明除尘脱硝单元的工艺流程图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明进行说明。
一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，包括旋转喷雾干燥单元和除尘脱硝单元，原烟气在所述旋转喷雾干燥单元由由旋转喷雾半干法脱硫得到脱硫烟气，所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝单元进行布袋除尘后，再进行选择性催化还原脱硝，得到符合排放标准的排放气。
所述除尘脱硝单元包括：除尘脱硝一体化装置和喷氨装置，所述除尘脱硝一体化装置将所述布袋除尘工艺和选择性催化还原脱硝工艺集成在一起；所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝一体化装置，所述脱硫烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的氨气充分混合，混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在脱硝催化剂作用下发生脱硝反应，脱除NOX；净化后的洁净烟气经过烟囱排放。
将所述脱硫烟气进入除尘脱硝单元的温度控制为180-200℃。
所述旋转喷雾干燥单元的反应参数为烟气量150000Nm3/h，烟气流速1.1m/s。
所述脱硝催化剂为低温SCR催化剂，其寿命为24000h。
所述除尘脱硝单元还包括热风炉，每年对所述脱硝催化剂进行在线加热，实现催化剂的活性再生，再生时间为10h/仓。
所述焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统的前端烟道设置有气动调节阀门。
本实施例中除尘脱硝单元的参数为：
烟气量Nm3/h 过滤面积m2 催化剂用量m3 入口NOX浓度 mg/m3 出口NOX浓度mg/m3 NH3耗量kg/h
150000 5200 45 800 150 28
上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：包括旋转喷雾干燥单元和除尘脱硝单元，原烟气在所述旋转喷雾干燥单元由旋转喷雾半干法脱硫得到脱硫烟气，所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝单元进行布袋除尘后，再进行选择性催化还原脱硝，得到符合排放标准的排放气。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述除尘脱硝单元包括：除尘脱硝一体化装置和喷氨装置，所述除尘脱硝一体化装置将所述布袋除尘工艺和选择性催化还原脱硝工艺集成在一起；所述脱硫烟气进入所述除尘脱硝一体化装置，所述脱硫烟气在除尘脱硝一体化装置内先经布袋除尘，除尘后的烟气与喷氨装置加入的氨气充分混合，混合后的烟气进入脱硝催化剂层，在脱硝催化剂作用下发生脱硝反应，脱除NOX；净化后的洁净烟气经过烟囱排放。
3.根据权利要求1或2所述的一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：将所述脱硫烟气进入除尘脱硝单元的温度控制为180-200℃。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述旋转喷雾干燥单元的反应参数为烟气量120000-170000Nm3/h，烟气流速0.8-1.5m/s。
5.根据权利要求2所述的一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述脱硝催化剂为低温SCR催化剂，其寿命为24000h。
6.根据权利要求2所述的一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述除尘脱硝单元还包括热风炉，每年对所述脱硝催化剂进行在线加热，实现催化剂的活性再生，再生时间为8-12h/仓。
7.根据权利要求1所述的一种焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统，其特征在于：所述焦炉烟气的脱硫和除尘脱硝一体化系统的前端烟道设置有气动调节阀门。
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