两级活性炭吸附法烧结烟气净化系统工艺和装备Word下载.docx
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为适应未来更加严格的大气污染物排放标准,宝山钢铁股份有限公司(以下简称“宝钢股份”)根据宝钢湛江钢铁有限公司(以下简称“湛江钢铁”)2台550m2烧结机的2套一级活性炭吸附法烧结烟气净化系统的运行情况和净化效果,通过技术改造为宝钢股份三烧结600m2的烧结机新建了一套具备两级活性炭吸附系统的烟气净化系统。
通过两级活性炭吸附系统的串联使用和在其中使用不同新鲜程度的活性炭,以期达到既深度脱除烧结烟气中的污染物,尤其是提高难处理的NOX的脱除率,又可以最大限度地降低生产运行成本的目的。
该系统是目前国内首套两级活性炭吸附法烧结烟气净化系统,其主要建设目标为:
①烟气中SO2排放浓度≤50mg/Nm3;
②烟气中NOX排放浓度≤110mg/Nm3;
③粉尘排放浓度≤20mg/Nm3;
④二噁英当量排放浓度≤0.5ngTEQ/m3;
⑤氟化物排放浓度≤4.0mg/Nm3;
⑥氨逃逸≤10mg/Nm3;
⑦与烧结机同步率≥95%。
2烧结烟气活性炭净化原理
2.1脱硫原理
烧结烟气净化使用的吸附剂为圆柱状活性炭,大小为9mm×
10mm。
利用活性炭(AC)物理吸附性能,能同时吸附脱除多种有害物质,具体过程如下:
2.2脱硝原理
活性炭脱硝过程包括了选择性催化还原(SCR)反应和非选择性催化还原(non-SCR)反应。
SCR利用活性炭自身催化性能或在其中添加催化剂,能使部分有害物质反应生成无害物质。
反应的过程如下:
烧结烟气烧结烟气净化两级活性炭吸附法2.4二噁英脱除原理
二噁英是一类具有强毒性和强致癌性的有机污染物。
钢铁企业烧结过程是环境中二噁英的主要来源之一。
二噁英包括多氯二苯并对二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)2种。
烟气中固态二噁英在吸附塔内被活性炭移动层过滤捕集,气态二噁英则被活性炭吸附。
被活性炭捕集和吸附的二噁英在解析塔内被加热到400℃以上并持续超过3h,在催化作用下苯环间的氧基被破坏,最终被裂解为无害物质。
2.5除尘和脱重金属原理
活性炭吸附层相当于高效的颗粒层过滤器,烟气中直径1μm以上的粉尘通过与活性炭层发生碰撞而被捕集,1μm以下的颗粒物通过扩散作用被捕集。
活性炭捕集的粉尘在装卸、倒运和筛分过程中,部分脱附外逸的灰尘通过小型布袋除尘器除去。
烟气中的汞、砷等重金属大多以粉尘为载体,主要通过活性炭层的过滤作用和吸附作用从烟气中脱除。
3系统组成与工艺流程
该净化系统主要由烟道系统、两级吸附系统、解吸系统、活性炭储运系统组成,辅助系统包括制酸系统和废水处理系统,氨气由其他单元供给并通过管道输送至交接点。
其工艺流程见图1。
图1两级活性炭吸附法烧结烟气净化工艺流程
该净化系统的烟气处理量为197.624×
104Nm3/h。
在主抽风机至主烟囱的烟道上设置旁路烟气挡板并使用两台增压风机将烟气依次送入一级和二级吸附塔。
氨气在“氨气/空气混合器”与稀释风机鼓入的空气混合,使NH3浓度低于爆炸下限。
稀释后的氨气由格栅均匀喷入各吸附单元入口烟道。
烟气中的污染物被吸附塔内活性炭层吸附和通过催化反应生成无害物质,净化后的烟气进入主烟囱排放。
吸收了SO2、NOX、二噁英等污染物的活性炭经输送装置送往解析塔。
在解析塔内SO2被高温解析释放出来,NOX在解析塔内继续进行SCR和non-SCR反应生成无害的N2与H2O,二噁英在催化作用下受热分解为无害物质。
富含SO2的解析气体被送往制酸系统制取硫酸。
解析后的活性炭经塔底部的振动筛筛分,筛上吸附能力强的大颗粒活性炭落入二级吸附塔给料输送机输送至吸附塔循环利用,筛下小于1.2mm的小颗粒活性炭粉进入炭粉仓,用罐车运输至其他单元作为燃料使用。
烧结烟气烧结烟气净化两级活性炭吸附法该烟气净化系统由2套吸附解析系统组成,每套吸附解析系统主要包括2台增压风机、1座吸附塔(两级,每级包含4个吸附单元)、1座解析塔(2个塔)、1台热风炉、1套活性炭储运装置、1套小型布袋除尘器和1套烟气挡板门等设备。
图2所示是投运后的烧结烟气活性炭净化系统。
图2投运后的烧结烟气活性炭净化系统
4主要装备
4.1烟道系统
烟道系统是从主抽风机至烟囱的全部烟道及其上安装的设备。
该净化系统设置2套烟道系统,分别对应2台主抽风机。
每套烟道系统设置3.4kW的一级增压风机和二级增压风机,净化系统的风压损失由增压风机补偿。
在烟道系统设置了雾化喷水降温装置和电动冷风阀,可保证入塔烟气温度不大于135℃。
烟道系统设置了原烟气、净烟气、系统旁路挡板和二级吸附塔旁路挡板,每座吸附塔的各个吸附单元也都设置有进出口烟气挡板。
4.2吸附系统
吸附系统从上至下包括活性炭给料阀、布料仓、吸附模块,圆辊卸料机,下料仓,卸料阀等设备。
该净化系统设置2套吸附系统,每套吸附系统与1套烟道系统对应。
每套吸附系统由串联的两级吸附塔组成,每级吸附塔都由4个吸附单元组成,两级吸附塔的外形尺寸都为9.9m×
28.0m×
47.0m,其中吸附单元总高为24.0m。
吸附塔是整个烟气净化系统的核心设备之一,采用分层移动床型结构,每个吸附单元由左右对称共六个反应室组成,分别为前室、中室和后室,在不同的部位设有入口格栅、中间多孔板及出口微格栅。
吸附塔空塔流速为0.15~0.20m/s。
图3所示是建设中的吸附塔系统,从图中可以看到吸附塔的内部结构。
图3吸附塔内部结构
图3中两块相邻壳体之间的部分为一个吸附单元。
SO2、NOX、二噁英、粉尘等污染物的吸附在吸附塔内完成。
烟气从吸附单元左右两个模块中间垂直于活性炭运动的方向进入吸附模块,首先通过前室和中室,主要进行脱硫、除尘、除重金属和脱二噁英,最后进入后室,主要以脱硝为主。
经过两级吸附,有害物质被脱除,烟气经吸附塔出口进入总烟道,经净烟气挡板后由主烟囱排放。
每个反应室中活性炭的移动速度由265mm×
L9280mm圆辊卸料机控制,前、中、后室的圆辊卸料机的卸料速度分别约为0.6t/h,1.2t/h和0.6t/h。
该净化系统设置两级吸附塔,根据一、二级吸附塔入口烟气中污染物浓度的不同,两级吸附塔使用不同新鲜度的活性炭。
在第二级吸附塔中,因为污染物浓度较低,烟气侧吸附推动力较低,吸附塔中采用从解析塔中解析出来的新鲜活性炭;
在第一级吸附塔中,污染物浓度高,烟气侧吸附推动力高,吸附塔中采用在二级吸附塔吸附了少量污染物的活性炭。
与两级吸附塔都使用新鲜活性炭相比,这种方法显著降低了活性炭的循环量,减轻了解析塔的解析负荷。
烧结烟气烧结烟气净化两级活性炭吸附法4.3解析系统
解析系统从上至下包括活性炭给料阀、进料仓、解析塔本体、圆辊卸料机、卸料阀、下料仓、振动筛、炭粉仓等设备。
该净化系统设置2套解析系统,每套解析系统与两级吸附塔对应。
每套解析系统包含1组共2个解析塔,2个解析塔并排布置,2个解析塔的解析能力为24t/h。
解析塔也是烟气净化系统的核心设备之一,主要包含进料段、加热段(解析段)、过渡段、冷却段和下料仓,解析段与冷却段均为列管换热器。
图4为解析塔内外结构和加热段热风、冷却段冷风送风流程。
图4解析塔冷热风送风流程和内外部结构
由图4可见,高炉煤气在热风炉内燃烧后,热烟气送入解析塔加热段的壳体内。
加热段的热风通道由壳体和内部水平设置的隔离钢板组成。
在加热段,吸附了污染物的活性炭被热风从100℃左右加热到400℃以上,并保持3h以上,活性炭吸附的SO2被释放出来,生成富含SO2的气体(SRG),SRG在下部过渡段被输送至制酸单元制取H2SO4。
被活性炭吸附的部分NOX继续发生SCR或者non-SCR反应,生成N2与H2O。
被活性炭吸附的二噁英在催化作用下受热分解为无害物质。
解析后的活性炭进入解析塔下部的冷却段。
在冷却段,冷却风机鼓入空气通过间接冷却将活性炭的大部分物理热带走。
每组解析塔对应设置一台冷却风机,冷却风量为56000m3/h。
活性炭冷却到120℃以下经265mm×
L4200mm圆辊卸料机定量卸到下料仓,再通过下部卸料阀送入活性炭振动筛。
解析塔圆辊卸料机的卸料速度约为9.6t/h。
每组解析塔对应设置1个共用的活性炭振动筛。
解析过程中需要用氮气进行保护,氮气同时作为载气将解析出来的SO2等有害气体带出。
氮气从进料段通入,富含SO2的解析气从过渡段流出,一组解析塔氮气进口流量为460Nm3/h,进口温度约为100℃。
4.4活性炭储运系统
活性炭储运系统包括卸料存储系统和输送机系统。
每套卸料存贮系统与1套吸附解析系统对应设置一个储料仓,储料仓尺寸为4.0m×
11.0m(筒体高9m),有效容积约为90m3,能存储14d的活性炭用量。
当系统需要添加活性炭时,通过仓底卸料装置和解析塔给料输送机向解析塔加料。
每套吸附解析系统设置3条“Z”型链斗运输机,分别是二级吸附塔、一级吸附塔和解析塔给料输送机,其运输能力均为24t/h。
4.5系统的技术特点
该净化系统最突出的特点是根据一、二级吸附塔入口烟气中污染物浓度高低的不同,两级吸附塔使用了不同新鲜度的活性炭。
这种方法不但提高了烟气净化的效果,而且还显著降低了活性炭的循环量,降低了生产运行的成本。
该系统还具有如下技术特点:
①吸附塔入口多点喷氨;
②解析塔余热循环利用;
③增压风机入口烟气温度自动调节;
④吸附塔分区控制;
⑤多种活性炭防摔设计;
⑥制酸尾气循环处理等。
5烟气净化实际效果
该净化系统自投运以来,各种污染物排放浓度都优于建设目标。
图5所示是在2017年3月16日至3月22日系统功能考核期间,每日经该系统净化后主烟囱排放的烟气中SO2的小时浓度变化。
在此期间,该系统的2套吸附解析系统入口原烟气中SO2浓度平均值分别为391mg/Nm3和470mg/Nm3,该系统原烟气中SO2浓度的综合平均值为430.5mg/Nm3。
2017年3月16~22日主烟囱排放的烟气中SO2的小时平均浓度变化,如图5所示。
图52017年3月16~22日主烟囱排放的烟气中SO2的小时平均浓度变化所属行业:
烧结烟气烧结烟气净化两级活性炭吸附法由图5可知,处理后SO2浓度在0.224~4.203mg/Nm3之间,大幅优于大气污染物特别排放限值中180mg/m3的排放要求。
SO2脱除率在99.02%~99.95%之间,说明两级活性炭烟气净化系统对SO2具有超高的脱除率。
图6所示是在2017年3月16~22日系统功能考核期间,每日经该系统净化后主烟囱排放的烟气中NOX的小时浓度变化。
图62017年3月16~22日主烟囱排放的烟气中NOX的小时平均浓度变化
在此期间,该系统的2套吸附解析系统入口原烟气中NOX浓度平均值分别为290mg/Nm3和265mg/Nm3,该系统原烟气中NOX浓度的综合平均值为277.5mg/Nm3。
处理后NOX浓度在20.9~41.5mg/Nm3之间,大幅优于大气污染物特别排放限值中300mg/m3的排放要求。
NOX脱除率在85.05%~92.47%之间,与其他脱硝工艺设施相比,两级活性炭吸附法烟气净化系统的脱硝率有较大幅度的提高。
图7所示是在2017年3月16~22日系统功能考核期间,每日经该系统净化后主烟囱排放的烟气中粉尘的小时浓度变化。
经过净化后粉尘含量在14.0~14.7mg/Nm3之间,明显优于大气污染物特别排放限值中40mg/m3的排放要求,表明该系统具有良好的除尘效果。
图72017年3月16~22日主烟囱排放的烟气中粉尘的小时平均浓度变化
通过在主烟囱取样孔抽样分析,净化后烟气中二噁英的平均毒性当量浓度为0.0484ngTEQ/Nm3,大幅优于大气污染物特别排放限值中0.5ngTEQ/m3的排放要求;
氟化物平均浓度为表1两级活性炭吸附法和一级吸附法烧结烟气净化效果对比
由表1可见,经过两级活性炭吸附净化系统和一级活性炭吸附净化系统处理后的烧结烟气中各种污染物的平均浓度都大幅优于大气污染物特别排放限值中规定的数值。
与一级活性炭吸附净化系统相比,两级吸附净化系统在深度脱硫方面表现更佳,而且对于难脱除的NOX,其脱除率得到大幅提高。
7结语
(1)该两级活性炭吸附法烧结烟气净化系统投运后,处理后的烟气中各种污染物含量都大幅优于《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662-2012)和大气污染物特别排放限值,成功实现了烟气中多种污染物的末端协同治理。
处理后SO2排放浓度小于4.203mg/Nm3,脱除率大于99.02%;
NOX排放浓度小于41.5mg/Nm3,脱除率大于85.05%;
粉尘排放浓度小于14.7mg/Nm3;
二噁英排放平均毒性当量浓度为0.0484ngTEQ/Nm3。
该系统可以高效地脱除烧结烟气中的各种污染物,副产物SO2用于制取98%的浓硫酸,可产生一定的经济效益,且整个系统不产生二次污染,是一种先进实用的烧结烟气末端协同深度治理的工艺和装备。
(2)与湛江钢铁的一级活性炭吸附法净化系统相比,两级吸附净化系统对SO2和NOX的脱除率更高,尤其是对于较难脱除的NOX,其脱除率有大幅提高。
从实际生产情况看,这3套系统都能够长期稳定地运行,系统的故障率小,实现了与烧结机同步率≥95%的目标,该系统是一种稳定可靠的烧结烟气污染物末端治理装备。
(3)为加强大气污染防治、促进钢铁行业化解过剩产能,在重点控制区的钢铁企业从2013年开始逐步执行大气污染物特别排放限值。
在此背景下,钢铁企业建设可以同时深度处理多种大气污染物的环保设施成为企业发展的当务之急。
目前这种烧结烟气活性炭净化工艺和装备已经成为国内多家钢铁企业的拟选方案,具有巨大的应用价值和推广前景。
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- 两级 活性炭 吸附 烧结 烟气 净化系统 工艺 装备