焦炉烟道气脱硫脱硝工艺设计文献综述

2020-06-09 22:42:31

文献综述

1.前言

1.1.SO₂和NO_X的危害

我国的SO₂和NO_X排放量高居世界各国前列。研究表明，气相的SO₂和NO_X是PM2.5的前驱体，由SO₂和NO_X等前驱体转变的PM2.5的量，比直接排放的多。SO₂和NO_X是酸雨的重要前体物质之一，造成的大气污染和酸雨问题日益严重，对人类健康和生态系统等造成重大危害，已成为制约我国经济社会可持续发展的因素。为保护和改善环境，防治大气污染，保障公众健康，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展，必须对SO₂和NO_X的排放进行限制。^[1]

1.2.政策法规

2012年6月27日,国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局共同发布了《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）^[2]，要求从2012年10月1日起实施。

1）自2012年10月1日至2014年12月31日止，现有企业执行表1规定。

表1 现有企业大气污染物排放浓度限值单位：mg/m³
序号	污染物排放环节	颗粒物	二氧化硫	氮氧化物	氨
1	精煤破碎，焦炭破碎，筛分及转运	50	-	-	-
2	装煤	100	150	-	-
3	推焦	100	100	-	-
4	焦炉烟囱	50	100	800	-
5	煤气净化区域	-	-	-	60

2）自2015年1月1日起，现有企业执行表2规定。自2012年1月1日起，新建企业执行表2规定。

表2 现有企业大气污染物排放浓度限值单位：mg/m³
序号	污染物排放环节	颗粒物	二氧化硫	氮氧化物	氨
1	精煤破碎，焦炭破碎，筛分及转运	30	-	-	-
2	装煤	50	100	-	-
3	推焦	50	50	-	-
4	焦炉烟囱	30	50	500	-
5	煤气净化区域	-	-	-	30

3)特别地区执行表3的规定

表3 现有企业大气污染物排放浓度限值单位：mg/m³
序号	污染物排放环节	颗粒物	二氧化硫	氮氧化物	氨
1	精煤破碎，焦炭破碎，筛分及转运	15	-	-	-
2	装煤	30	70	-	-
3	推焦	30	30	-	-
4	焦炉烟囱	15	30	150	-
5	煤气净化区域	-	-	-	10

4)特别地区划分

特别地区是指国土开发密度较高。环境承载能力减弱，或大气环容量较小，生态环境脆弱，容易发生严重环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区。执行大气污染物特别排放限值的区域范围，时间，由国务院环境保护行政主管部门或省级人民政府规定。

国务院环境保护行政主管部门于2013年2月27日发布2013年第14号文件^[3]，对特别地区进行界定。各省还应执行地方环保标准。

特别地区（重点控制区范围）

区域名称	省份	重点控制区
京津翼	北京市	北京市
天津市	天津市
河北省	石家庄市，唐山市，保定市，廊坊市
长三角	上海市	上海市
江苏省	南京市，无锡市，常州市，苏州市，南通市，扬中市，镇江市，泰州市
浙江省	杭州市，宁波市，嘉兴市，湖州市，绍兴市
珠三角	广东省	广州市，深圳市，珠海市，佛山市，江门市，肇庆市，惠州市，东莞市，中山市
辽宁中部城市群	辽宁省	沈阳市
山东城市群	山东省	济南市，青岛市，淄博市，潍坊市，日照市
武汉及其周边城市群	湖北省	武汉市
长株潭城市群	湖南省	长沙市
成渝城市群	重庆市	重庆市主城区
四川省	成都市
海峡两岸城市群	福建省	福州市，三明市
山西中北部城市群	山西省	太原市
陕西关中城市群	陕西省	西安市，咸阳市
甘宁城市群	甘肃省	兰州市
宁夏回族自治区	银川市
新疆乌鲁木齐城市群	新疆维吾尔自治区	乌鲁木齐市

1.3.脱硫技术^[4]

工业上烟气脱硫方法有

①干法:干法烟气脱硫是利用粉状和粒状物质作为吸收剂,吸附或催化来脱除烟气中的。

②半干法:半干法烟气脱硫的机理是吸收剂与的化学反应,只是水分或吸收剂的作用是调质,脱硫灰作为辅助脱硫剂成分,反应在气、固、液三相中进行。在高温烟气的干燥下,水分蒸发,脱硫产物为干粉状态

③湿法:湿法烟气脱硫是采用液态吸收剂洗涤烟气,经化学反应吸收烟气中的,该技术的关键是脱硫剂的选择和脱硫的结构设计。

1.4脱硝技术^[4]

燃煤烟气的、控制技术可分为两类:燃烧中控制技术和燃烧后控制技术。目前应用最为广泛的是燃烧后脱硝技术。燃烧后脱硝技术分干法、湿法、和干一湿结合法三大类。其中,干法脱硝技术主要包括选择性催化还原法,简称、选择性非催化还原法简称、吸附法、高能电子活化氧化法湿法可分为水吸收法、稀硝酸吸收法、络合吸收法等干一湿结合法指的是将催化氧化过程与相应的湿法技术结合的一种脱硝方法。

在各种烟气脱硫技术中, 活性炭干法烟气脱硫和脱硝技术以高度环保、深度节水、集成净化、资源回收、适应面广和运行稳定等优势,适合焦炉烟气脱硫和脱硝,在焦炉烟气脱硫，脱硝和集成净化中得到了应用并逐步推广。

2.活性炭干法烟气脱硫和脱硝技术

根据技术发展的趋势和建设生态文明社会对环保的要求,烧结烟气脱硫，脱硝和集成净化技术呈现出以下发展趋势^[⁵^-1¹^]:

(1)干法节水深度净化资源回收工艺、半干法节水协同净化工艺和湿法中的氨-硫酸铵法及镁法等资源回收工艺将逐步取代传统的石灰/石灰石-石膏湿法。

(2)单组分脱硫技术将逐步被高度环保、工艺扩展性强、脱硫脱硝一体化协同控制的集成深度净化技术取代。

(3)深度节水、硫资源回收和副产物综合利用的技术将得到优先发展。

(4)适应烧结机面积增长和大型化发展的趋势,脱硫装备大型化和处理烟气高通量成为发展趋势。

(5)工艺的节地、投资省、运营成本低、无二次污染、脱硫效率高、作业率高等多因素的优化与平衡成为重要因素。

(6)在国家加强节能减排和”十二五”规划的政策驱动下,对钢铁行业烧结全面脱除SO₂,逐步脱除NO_X和二英的要求提高,使烧结脱硫市场迅速形成,多污染物协同控制市场逐步成长,为烧结脱硫技术发展、扩大和集成净化环保技术发展提供了较大的空间。

活性焦(炭)净化以物理-化学吸附和催化反应原理为基础,能实现一体化脱硫、脱硝、脱重金属及除尘的烟气集成深度净化,具有高度环保、深度节水、集成净化、资源回收、适应面广、运行稳定等优点,适应烧结烟气流量、组分和温度的波动,回收SO2制浓硫酸,不排放废水、废渣和废气,无二次污染,是适应烧结烟气脱硫和集成净化的先进环保技术^[⁶^-⁹^，¹²^-1⁶^]。

活性炭干法烟气脱硫和脱硝技术在20世纪50年代从德国开始研发,20世纪60年代日本也开始研发,不同企业之间进行合作与技术转移以及自主开发,形成了日本住友^[⁷^，⁸^，1⁶^]、日本J- POWER(MET- Mitsui- BF)^[⁹^，1²^，1⁵^]和德国WKV等几种主流工艺^[1²^-1⁵^]。日本住友工艺和J- POWER(MET- Mitsui- BF)工艺的开发成功的活性炭脱硫，脱硝与集成净化工艺在世界各地多个领域得到了日益广泛的应用。其中,在新日铁、JFE、浦项钢铁和太钢等大型钢铁企业烧结烟气净化方面的应用^[^7，12-16],取得了良好效果。

我国的活性炭烟气脱硫技术先是从水洗再生的湿法起步,上世纪90年代末才又开始加热再生的干法工程装备的研发。在”十五”国家863计划的支持下,成功地开发了具有自主知识产权的活性炭干法脱硫装备,成立了上海克硫环保科技股份有限公司,并且其进一步承担和参与了”十一五”和”十二五”国家863计划,形成了具有自主知识产权的可资源化的活性炭烟气脱硫成套工艺技术。其工艺分为上下一体化布置^[1³^]和分体式布置两种典型工艺,并建设了十多套活性炭干法脱硫工业装置。而后,在脱硫技术的基础上,又进一步开发了活性炭干法脱硝和脱汞的集成净化技术,为该技术在我国进一步发展与应用打下了坚实的基础。国内高校、研究机构和其它企业也开始关注或开展活性炭脱硫工程与装备的研发,并取得了相应进展。

经济成本和技术特征是影响技术工业应用和产业化推广的重要因素^[⁹^，¹⁴^，1⁷^]。活性炭干法烟气净化技术由于初期投入和运行费用较高,对技术推广形成了一定阻力,但考虑到该方法可以回收硫资源,能给业主带来一定的经济效益,并可通过材料和技术的发展进一步降低费用,还需对其进行客观全面的经济评价。

活性炭烟气净化技术在集成净化时,相比其它湿法联合多种方法集成净化有成本优势。具有更低的投资和运行成本,并可通过进一步开发新工艺、新装备和联合相关单位开发廉价高效活性炭,继续降低投资和运行成本。

参考文献

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