技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及燃燒煙氣處理工藝,特別是針對煙氣進行脫硫、脫氮、除塵的綜合處理工藝,屬于燃燒廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
山東省做為重點大氣污染物排放治理地區(qū),自2013年9月1日山東省頒布了《山東省鍋爐大氣污染物排放標準》將工業(yè)鍋爐煙氣排放標準調(diào)整至SO2 <300mg/m3,NOX<400 mg/m3,粉塵<50 mg/m3。自2016年1月1日升級為SO2 <200mg/m3 NOX <300 mg/m3,粉塵<20 mg/m3。尋找一種既經(jīng)濟又能夠適合的綜合性煙氣處理方法是一項重要課題。
現(xiàn)在在專業(yè)劃分中,脫硫脫硝和除塵分為兩個專業(yè)分項研究,隨著對煙塵的排放標準越來越嚴格,脫硫脫硝產(chǎn)物已經(jīng)成為了對煙塵影響的主要貢獻。在保證脫硫脫硝效率的同時如何處理好脫硫脫硝的產(chǎn)物則是保證煙塵達標排放的關(guān)鍵。
以下對目前鍋爐大氣污染物處理現(xiàn)狀進行分析
1、除塵:
由于我國的能源條件所限,一直以來煤炭都是我國主要的一次能源,1995年至2011年煤炭在我國一次能源消費中平均占比達70%左右。這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭燃燒所產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、煙塵、粉塵等是造成我國大氣污染的重要因素。同時,冶金、水泥、垃圾焚燒等行業(yè)的高速發(fā)展帶來的煙塵、粉塵排放進一步增加了環(huán)境保護的壓力。據(jù)環(huán)保部數(shù)據(jù),2010年我國煙塵排放量為829.1萬噸,其中工業(yè)煙塵排放量為603.2萬噸。煙塵、粉塵主要由顆粒物構(gòu)成,在采礦、冶金、機械、建材、輕工、電力等許多工業(yè)部門的生產(chǎn)中均會大量產(chǎn)生。對環(huán)境來說,排入大氣的粉塵長時間飄浮會降低大氣能見度,可引起煤煙型污染;對人體來說,可吸入性粉塵會導(dǎo)致漸進性的肺纖維化,引起肺功能減退,粉塵中含有的微量重金屬元素、放射性元素還會引起老年性癡呆,白血病等致命性疾病。為了減輕這些危害,除塵器作為大氣除塵的主要手段和設(shè)備,已被各個工業(yè)部門廣泛采用。在各類除塵器的作用下,我國工業(yè)煙塵、粉塵去除量穩(wěn)步提升。
除塵指標提升
按照《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)我國火電廠燃煤、燃油機組執(zhí)行30mg/m3的排放濃度限值,重點地區(qū)按照20mg/m3執(zhí)行(現(xiàn)有火電廠自2014年7月1日起執(zhí)行,新建火電廠自2012年1月1日起執(zhí)行)。該標準相比于此前的排放標準(GB13223-2003)規(guī)定的50—200mg/m3排放限值有了大幅提高。
2012年6月,環(huán)保部發(fā)布了煉鋼工業(yè)及鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放新標準。新標準將顆粒物排放濃度100mg/m3—150mg/m3調(diào)整為20mg/m3—50mg/m3,這就要求企業(yè)必然要配套高效除塵設(shè)備對顆粒物進行治理。
2、脫硫:
在雙堿法脫硫工藝當中,我們常用的工藝是,雙堿法是氫氧化鈉+石灰石或生石灰。工藝原理如下:
脫硫反應(yīng)
Na2CO3 + SO2→ Na2SO3 + CO2 (1)
2NaOH + SO2→ Na2SO3 + H2O (2)
Na2SO3+ SO2 + H2O → 2NaHSO3 (3)
其中:
式(1)為啟動階段Na2CO3溶液吸收SO2的反應(yīng);
式(2)為再生液pH值較高時(高于9時),溶液吸收SO2的主反應(yīng);
式(3)為溶液pH值較低(5~9)時的主反應(yīng)。
再生過程
Ca(OH)2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3 (4)
Ca(OH)2+2NaHSO3→Na2SO3+CaSO3.1/2H2O+3/2H2O (5)
氧化過程(副反應(yīng))
CaSO3+1/2O2→CaSO4 (6)
CaSO3.1/2H2O+1/2O2→CaSO4+1/2H2O (7)
其缺點在于,有兩種脫硫產(chǎn)物分別為硫酸鈣、亞硫酸鈉,其沸點分別為1484℃和1465℃。亞硫酸鈉在脫硫完成后處于液態(tài),但溫度升高或水分喪失后,會形成固態(tài)鹽;采用鈣法或鎂法的脫硫工藝中,形成的固態(tài)物為鈣顆粒或鎂顆粒。也就是我們常說的石膏雨或鹽水雨。在新標準下,不管采用哪種脫硫工藝,由于脫硫脫硝產(chǎn)物的影響,均無法達到煙塵指標<20mg/m3。
、脫氮:
由于國家2013年以前對脫氮沒有進行嚴格規(guī)定,只是按照全排放量進行收費管理,所以國內(nèi)各大電廠的脫氮設(shè)備也不是很多,主要集中在幾個重點城市當中,二段燃燒技術(shù)、干法脫氮技術(shù)等在層燒爐當中沒有設(shè)備投入運行。其中NO2可以通過強堿液,但NO需要進催化后,堿性物質(zhì)才能進行中和。
、脫水
原來國內(nèi)外經(jīng)常使用的脫硫工藝當中,常用的濕法脫硫工藝的有鈣法(石灰石法、石灰法(氧化鈣)、雙堿法(氫氧化鈉+石灰石或石灰)、氨法、鈉堿法、氧化鎂法等。
現(xiàn)有濕法脫硫工藝當中,其脫硫產(chǎn)物當中都會帶有一定的鈣類或鹽類物質(zhì)。最終導(dǎo)致煙塵指標的增加。脫硫脫氮效率越高其煙塵的排放值也就越高。隨著國內(nèi)對環(huán)境排放標準的逐步提高,在SO2和NOX超低排放的同時,煙塵也幾乎要求至零排放。所以降低濕法脫硫脫氮產(chǎn)物對煙塵指標的影響和降低煙氣的最終含水率是廢氣處理的主要課題。
為了降低煙氣中的含水率,滿足現(xiàn)階段超低排放,使煙塵排放指標達標。濕法脫硫裝置的煙氣含水率達到10-18%。
國內(nèi)最常用的是:
1、濕法電除塵技術(shù)。即利用高壓電正負極電子的運動攜帶吸收水霧。
2、橫向布置進口屋脊式除霧器。
上述兩種煙氣脫水裝置濕式電除塵由于存在著電離腐蝕和酸堿腐蝕的共同作用,導(dǎo)致陰陽極的使用壽命不長,一般玻璃鋼材質(zhì)的使用維持2-4年,不銹鋼材質(zhì)的6-8年。且每年都需要更換部分陰陽極設(shè)備。設(shè)備投資較高。
屋脊式除霧器初期投資相對濕式電除塵較低,但由于沖洗無法覆蓋全面,形成有除霧死角,導(dǎo)致部分區(qū)域結(jié)構(gòu)堵塞。現(xiàn)在已經(jīng)改正的系統(tǒng)中,大部分系統(tǒng)運行不夠穩(wěn)定,經(jīng)常性超標。最終煙氣水分過高則是煙塵超標的關(guān)鍵因素。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明旨在降低現(xiàn)有濕法脫硫技術(shù)中脫硫脫硝固態(tài)產(chǎn)物和溶質(zhì)對煙塵的影響,并有效降低煙氣含水率;進而提供一種雙濕法煙氣脫硫除塵處理工藝。該處理工藝既經(jīng)濟又能夠適應(yīng)現(xiàn)有濕法脫硫脫硝工藝、降低脫硫脫硝的最終產(chǎn)物,實現(xiàn)燃燒廢氣超低排放。
為解決上述問題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
雙濕法煙氣脫硫除塵處理工藝,特殊之處在于,其結(jié)構(gòu)包括:
對煙氣進行一級脫硫除塵處理的一級脫硫除塵裝置;
對一級脫硫除塵處理后的煙氣進行二級脫硫除塵處理的二級脫硫除塵裝置;以及
外接于所述二級脫硫除塵裝置并參與氨法脫硫的氨水添加裝置;
其中,所述一級脫硫除塵裝置包括文丘里除塵塔30、脫硫水池及循環(huán)管路;所述二級脫硫除塵裝置包括清水噴淋塔13、除塵水池及循環(huán)管路;所述一級脫硫除塵裝置的文丘里除塵塔30與所述二級脫硫除塵裝置的清水噴淋塔13之間通過頂部相聯(lián)通,以構(gòu)成n形雙濕塔結(jié)構(gòu);
所述氨水添加裝置包括外接于所述除塵水池的氨水罐12和氨水泵11;所述除塵水池與所述脫硫水池之間通過排空泵22及管路相連通;
煙氣進入文丘里除塵塔30并經(jīng)過初步脫硫除塵后,進入清水噴淋塔13完成二級脫硫除塵處理并同時在外部氨水的參與下實現(xiàn)氨法脫硫,產(chǎn)生的亞硫酸銨或亞硫酸氫氨伴隨二級脫硫除塵水通過排空泵22導(dǎo)入脫硫水池中,與一級脫硫除塵水中的碳酸鈣、氧化鈣、氧化鎂發(fā)生再生反應(yīng),降低鈣類物質(zhì)的使用量。
在二級脫硫除塵裝置中添加用煤量(噸)的<3%氨作為二級水循環(huán)脫硫劑,去除一級除塵裝置處理后剩余的微量SO2和NO2實現(xiàn)完全脫硫的同時保證煙塵達標排放。
所述一級脫硫除塵裝置的循環(huán)管路包括經(jīng)由脫硫水泵8向所述文丘里除塵塔30供水的第一泵送管路6,以及連接在所述文丘里除塵塔30出水口與所述脫硫水池之間的第一回流管路7;所述二級脫硫除塵裝置的循環(huán)管路包括經(jīng)由除塵水泵10向所述清水噴淋塔13供水的第二泵送管路8,以及連接在所述清水噴淋塔13出水口與所述除塵水池之間的第二回流管路9。
所述脫硫水池包括能夠滿足逐級溢流沉淀的一級脫硫水池1、二級脫硫水池2和三級脫硫水池3;所述除塵水池包括能夠滿足逐級溢流沉淀的一級除塵水池4和二級除塵水池5。
所述清水噴淋塔13包括塔體,以及自上而下安裝于塔體內(nèi)部、用于實現(xiàn)噴淋過濾的一級平鋪式分流板19和二級平鋪式分流板20,所述一級平鋪式分流板19和所述二級平鋪式分流板20的上部分別順流布置有一組噴淋方向與煙氣流動方向一致的離心型煙道脫水噴淋裝置21,除塵水在進入清水噴淋塔13后,先經(jīng)離心型煙道脫水噴淋裝置21噴淋除塵,而后順勢經(jīng)過下部的平鋪式分流板過濾。
所述離心型煙道脫水噴淋裝置21包括接收外部除塵水的橫向噴淋管,以及縱向布設(shè)于所述橫向噴淋管下部的SMP噴嘴21-1,通過支架21-2在所述SMP噴嘴21-1的噴射口前端安裝有離心式葉輪21-3,所述離心式葉輪21-3通過滾動軸承21-4安裝于所述支架21-2上,所述離心式葉輪21-3距離所述SMP噴嘴21-1噴射口之間的距離大于20cm;所述離心式葉輪21-3采用的是塑料葉輪。
所述一級脫硫除塵裝置的文丘里除塵塔30經(jīng)由省煤器32與外部的鏈條爐31相連;鏈條爐31燃燒煙氣在爐體內(nèi)經(jīng)過了氨法脫硝處理工藝后經(jīng)由煙道進入一級脫硫除塵處理工藝;所述氨法脫硝處理裝置包括:在所述鏈條爐31的爐體內(nèi)的煤層上方加裝的碳酸鈣添加槽29,通過其向煤層上面添加碳酸鈣;在爐體溫度大于200℃的高溫區(qū)安裝向內(nèi)添加氨水或尿素的氨水槽28,所述氨水槽28通過管路與二級脫硫除塵裝置外接的氨水罐12相連通,通過氨水泵11抽取氨水并經(jīng)由管路輸送至所述氨水槽28內(nèi);所述尿素可直接通過在爐體開設(shè)的人孔添加。通過在氨水槽28內(nèi)的氨水或尿素蒸發(fā),來實現(xiàn)氨的添加。
通過添加1-5%的碳酸鈣在鏈條爐中與氨水或尿素配合實現(xiàn)催化原理轉(zhuǎn)化NO為NO2。
本發(fā)明的主要技術(shù)原理是利用碳酸鈣和氨水或尿素在爐內(nèi)配合去除一氧化氮和二氧化硫后,通過兩級濕法脫硫除塵工藝,在濕法煙氣處理中利用氨這一物質(zhì)無害且氣態(tài)轉(zhuǎn)換溫度低的特點,代替現(xiàn)常用的鈉基組成雙堿法脫硫工藝。本發(fā)明有效降低現(xiàn)有濕法脫硫技術(shù)中,脫硫脫硝固態(tài)產(chǎn)物和溶質(zhì)對煙塵的影響并有效降低煙氣含水率,從而實現(xiàn)燃燒廢氣超低排放。提供一種既經(jīng)濟又能夠適合現(xiàn)有濕法脫硫脫硝工藝,降低脫硫脫硝的最終產(chǎn)物。
附圖說明
圖1:本發(fā)明雙濕法煙氣脫硫除塵處理工藝結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2:圖1中離心型煙道脫水噴淋裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3:脫氮工藝原理分析圖。
具體實施方式
下面就附圖1-2對本發(fā)明兩級濕法煙氣脫硫除塵處理工藝作以下詳細說明。
、實施例
實施例1
雙濕法煙氣脫硫除塵處理工藝,其結(jié)構(gòu)包括:對煙氣進行一級脫硫除塵處理的一級脫硫除塵裝置;對一級脫硫除塵處理后的煙氣進行二級脫硫除塵處理的二級脫硫除塵裝置;以及外接于所述二級脫硫除塵裝置并參與氨法脫硫的氨水添加裝置;
其中,所述一級脫硫除塵裝置包括文丘里除塵塔30,構(gòu)成脫硫水池且逐級溢流沉淀的一級脫硫水池1、二級脫硫水池2和三級脫硫水池3,以及經(jīng)由脫硫水泵8向所述文丘里除塵塔30供水的第一泵送管路6和連接在所述文丘里除塵塔30出水口與所述三級脫硫水池3之間的第一回流管路7;所述二級脫硫除塵裝置包括清水噴淋塔13,構(gòu)成脫硫水池且逐級溢流沉淀的一級除塵水池4和二級除塵水池5,以及經(jīng)由除塵水泵10向所述清水噴淋塔13供水的第二泵送管路8和連接在所述清水噴淋塔13出水口與一級除塵水池4之間的第二回流管路9。所述一級脫硫除塵裝置的文丘里除塵塔30與所述二級脫硫除塵裝置的清水噴淋塔13之間通過頂部相聯(lián)通,以構(gòu)成n形雙濕塔結(jié)構(gòu);所述氨水添加裝置包括外接于所述除塵水池的氨水罐12及氨水泵11;所述一級除塵水池4與所述三級脫硫水池3之間通過排空泵22及管路相連通;
煙氣進入文丘里除塵塔30并經(jīng)過初步脫硫除塵后,進入清水噴淋塔13完成二級脫硫除塵處理并同時在外部氨水的參與下實現(xiàn)氨法脫硫,產(chǎn)生的亞硫酸銨或亞硫酸氫氨伴隨二級脫硫除塵水通過排空泵22導(dǎo)入三級脫硫水池3中,與一級脫硫除塵水中的碳酸鈣、氧化鈣、氧化鎂發(fā)生再生反應(yīng),進一步脫硫脫硝。
所述清水噴淋塔13包括塔體,以及自上而下安裝于塔體內(nèi)部、用于實現(xiàn)噴淋過濾的一級平鋪式分流板19和二級平鋪式分流板20,所述一級平鋪式分流板19和所述二級平鋪式分流板20的上部分別順流布置有一組噴淋方向與煙氣流動方向一致的離心型煙道脫水噴淋裝置21,除塵水在進入清水噴淋塔13后,先經(jīng)離心型煙道脫水噴淋裝置21噴淋除塵,而后順勢經(jīng)過下部的平鋪式分流板過濾。
所述離心型煙道脫水噴淋裝置21包括接收外部除塵水的橫向噴淋管,以及縱向布設(shè)于所述橫向噴淋管下部的SMP噴嘴21-1,通過支架21-2在所述SMP噴嘴21-1的噴射口前端安裝有離心式葉輪21-3,所述離心式葉輪21-3通過滾動軸承21-4安裝于所述支架21-2上,所述離心式葉輪21-3距離所述SMP噴嘴21-1噴射口之間的距離大于20cm;所述離心式葉輪21-3采用的是塑料葉輪。
實施例2
本實施例與實施例1的不同之處在于:
所述一級脫硫除塵裝置的文丘里除塵塔30經(jīng)由省煤器32與外部的鏈條爐31相連;鏈條爐31燃燒產(chǎn)生的煙氣在爐體內(nèi)經(jīng)過了氨法脫硝處理工藝后經(jīng)由煙道和省煤器32進入一級脫硫除塵處理工藝;所述氨法脫硝處理裝置包括:在所述鏈條爐的爐體內(nèi)的煤層上方加裝有碳酸鈣添加槽29,通過其向煤層上面添加碳酸鈣;在爐體溫度大于200℃的高溫區(qū)安裝向內(nèi)添加氨水或尿素的氨水槽28,所述氨水槽28通過管路與二級脫硫除塵裝置外接的氨水罐12相連通,通過氨水泵11抽取氨水并經(jīng)由管路輸送至所述氨水槽28內(nèi);所述尿素可直接通過在爐體開設(shè)的人孔添加。
、實驗例
材料準備:
試驗用煤:低位發(fā)熱量 5000cal/g;揮發(fā)分28.32%;全硫0.6%;全水13.25%;
濃度25%的氨水:6T;
石灰石:1噸(200目)氧化鈣:1噸(鈣含量>80%)氧化鎂:1噸(鎂含量>75%)蛋貝殼:1噸(碳酸鈣含量>80%)
鍋爐型號:鏈條爐排快裝熱水鍋爐(DZL4.2-1.0/110/70-AII);
文丘里除塵塔:HSCL脫硫水膜除塵器(HSCL1-365T/H);
清水噴淋塔:采用實施例1中的清水噴淋塔
除霧器
檢驗儀器:WJ-60B型皮托管平行自動煙塵、油樣采樣器(青島市嶗山區(qū)電子儀器有限公司)。
操作過程:啟動與一級脫硫水池1相連通的脫硫水泵8,啟動與二級除塵水池5相連的除塵水泵10,啟動鍋爐引、送風機、鍋爐爐排使鍋爐滿負荷運行,調(diào)整爐膛負壓至-30Pa。
原始測定初始SO2=832mg/m3,NO= 104 mg/m3,NO2= 237 mg/m3,煙塵=1360 mg/m3
實驗例1
使用蛋貝殼粉+氨水脫硝(干法) 氧化鈣+氨水脫硫(濕法)
在鍋爐的新煤區(qū)煤層上部的碳酸鈣添加槽29內(nèi)平鋪碳酸鈣,所述碳酸鈣的用量>1%用煤量(按質(zhì)量百分比計);在爐膛內(nèi)高溫燃燒后的多孔鈣類物質(zhì),經(jīng)過煅燒產(chǎn)生的硫酸鈣部分轉(zhuǎn)化為氧化鈣后隨風機進入本發(fā)明的雙濕塔;在本實施例中的實驗煤質(zhì)中測得:當添加1%碳酸鈣時,SO2降低至360 mg/m3。NO降低至105 mg/m3,NO2降低至 160 mg/m3。在鍋爐200-300℃溫度點處的氨水槽28內(nèi)投入>25%氨水5L/h。NO降低至70mg/m3,NO2降低至 132mg/m3。
繼續(xù)在一級脫硫水池1中加入生石灰,將一級脫硫水池中的PH值由3調(diào)整至>6,運行20min后,SO2降低至236mg/m3。NO降低至62mg/m3,NO2降低至 136mg/m3。
開啟氨水泵11,使氨水泵入二級除塵水池5內(nèi)的除塵水泵10的入口,流量控制在25L/h,20min后,SO2降低至135mg/m3。NO降低至47mg/m3,NO2降低至 126mg/m3。啟動一級除塵水池4上的清水池排空泵22,將一級除塵水池4內(nèi)含有亞硫酸氨的水注入三級脫硫水池3。在一級文丘里除塵塔內(nèi)噴淋中形成生石灰與亞硫酸氨的雙堿法脫硫脫硝。20min后,SO2降低至83mg/m3。NO降低至51mg/m3,NO2降低至 115mg/m3。
煙塵:25mg/m3 干濕球法含水率:0.8%
實驗例2
使用蛋貝殼粉+氨水脫硝(干法) 氧化鈣+氨水脫硫(濕法)
在鍋爐的新煤區(qū)煤層上部的碳酸鈣添加槽29內(nèi)平鋪碳酸鈣,所述碳酸鈣的用量>5%用煤量(按質(zhì)量百分比計);在爐膛內(nèi)高溫燃燒后的多孔鈣類物質(zhì),經(jīng)過煅燒產(chǎn)生的硫酸鈣部分轉(zhuǎn)化為氧化鈣后隨風機進入脫硫塔;在本實施例中的實驗煤質(zhì)中測得當添加5%碳酸鈣時,SO2降低至360 mg/m3。NO降低至105 mg/m3,NO2降低至 160 mg/m3。
在鍋爐200-300℃溫度點處的氨水槽28內(nèi)投入>25%氨水30L/h。NO降低至40mg/m3,NO2降低至 93mg/m3。
繼續(xù)在一級脫硫水池1中加入氧化鈣,將一級脫硫水池中的水PH值由3調(diào)整至>6,運行20min后,SO2降低至120mg/m3。NO降低至35mg/m3,NO2降低至 48mg/m3。
開啟氨水泵11,使氨水泵入二級除塵水池5內(nèi)的除塵水泵10的入口,流量控制在120L/h,20min后,SO2降低至0mg/m3。NO降低至17mg/m3,NO2降低至 26mg/m3。啟動一級除塵水池4上的清水池排空泵22,將一級除塵水池4內(nèi)含有亞硫酸氨的水注入三級脫硫水池3。在一級水噴淋中形成氧化鈣與亞硫酸氨的雙堿法脫硫脫硝。降低氨水投藥量至5 L/h ,20min后,SO2保持至0mg/m3。NO降低至12mg/m3,NO2降低至 18mg/m3。
煙塵:28mg/m3 干濕球法含水率:0.8%
實驗例3
使用蛋貝殼粉+尿素脫硝(干法) 氧化鎂+氨水脫硫(濕法)
在鍋爐的新煤區(qū)煤層上部的碳酸鈣添加槽29內(nèi)平鋪碳酸鈣,所述碳酸鈣的用量>1%用煤量(按質(zhì)量百分比計);在爐膛內(nèi)高溫燃燒后的多孔鈣類物質(zhì),較細的經(jīng)過煅燒生產(chǎn)的硫酸鈣部分轉(zhuǎn)化為氧化鈣后隨風機進入脫硫塔;在本實施例中的實驗煤質(zhì)中測得當添加1%碳酸鈣時,SO2降低至360 mg/m3。NO降低至105 mg/m3,NO2降低至 160 mg/m3。
在鍋爐200-300℃溫度點處的氨水槽28內(nèi)投入尿素15L/h。NO降低至76mg/m3,NO2降低至 122mg/m3。
繼續(xù)在一級脫硫水池1中加入氧化鎂,將一級脫硫水池1的水PH值由3提高至>6,運行20min后,SO2降低至110mg/m3。NO降低至33mg/m3,NO2降低至 43mg/m3。
開啟氨水泵11,使氨水泵入二級除塵水池5內(nèi)的除塵水泵10的入口,流量控制在25L/h,20min后,SO2降低至135mg/m3。NO降低至47mg/m3,NO2降低至 126mg/m3。啟動一級除塵水池4上的清水池排空泵22,將一級除塵水池4內(nèi)含有亞硫酸氨的水注入三級脫硫水池3。在一級水噴淋中形成生石灰與亞硫酸氨的雙堿法脫硫脫硝。20min后,SO2降低至83mg/m3。NO降低至51mg/m3,NO2降低至 115mg/m3。
煙塵:5mg/m3 干濕球法含水率:0.8%
實驗例4
使用蛋貝殼粉+尿素脫硝(干法) 氧化鎂+氨水脫硫(濕法)
在鍋爐的新煤區(qū)煤層上部的碳酸鈣添加槽29內(nèi)平鋪碳酸鈣,所述碳酸鈣的用量>5%用煤量(按質(zhì)量百分比計);在爐膛內(nèi)高溫燃燒后的多孔鈣類物質(zhì),經(jīng)過煅燒產(chǎn)生的硫酸鈣部分轉(zhuǎn)化為氧化鈣后隨風機進入脫硫塔;在本實施例中的實驗煤質(zhì)中測得當添加5%碳酸鈣時,SO2降低至360 mg/m3。NO降低至105 mg/m3,NO2降低至 160 mg/m3。
在鍋爐200-300℃溫度點處的氨水槽28內(nèi)投入尿素120L/h。NO降低至37mg/m3,NO2降低至 86mg/m3。
繼續(xù)在一級脫硫水池1中加入氧化鎂,將一級脫硫系統(tǒng)中的水PH值由3調(diào)整至>6,運行20min后,SO2降低至17mg/m3。NO降低至6mg/m3,NO2降低至 12mg/m3。
開啟氨水泵11,使氨水泵入二級除塵水池5內(nèi)的除塵水泵10的入口,,流量控制在120L/h,20min后,SO2降低至0mg/m3。NO降低至8mg/m3,NO2降低至 7mg/m3。啟動清水池排空泵22,將一級除塵水池4內(nèi)含有亞硫酸氨的水注入三級脫硫水池3.在一級水噴淋中形成氧化鈣與亞硫酸氨的雙堿法脫硫脫硝。降低氨水投藥量至5 L/h ,20min后,SO2保持至0mg/m3。NO降低至10mg/m3,NO2降低至 11mg/m3。
煙塵:7mg/m3 干濕球法含水率:0.8%
實驗例5
使用蛋貝殼粉+尿素脫硝(干法) 石灰石+氨水脫硫(濕法)
在鍋爐的新煤區(qū)煤層上部的碳酸鈣添加槽29內(nèi)平鋪碳酸鈣,所述碳酸鈣的用量>5%用煤量(按質(zhì)量百分比計);在爐膛內(nèi)高溫燃燒后的多孔鈣類物質(zhì),經(jīng)過煅燒產(chǎn)生的硫酸鈣部分轉(zhuǎn)化為氧化鈣后隨風機進入脫硫塔;在本實施例中的實驗煤質(zhì)中測得當添加1%碳酸鈣時,SO2降低至360 mg/m3。NO降低至105 mg/m3,NO2降低至 160 mg/m3。
在鍋爐200-300℃溫度點處的氨水槽28內(nèi)投入尿素120L/h。NO降低至45mg/m3,NO2降低至 79mg/m3。
繼續(xù)在一級脫硫水池1中加入200目石灰石,將一級脫硫系統(tǒng)中的水PH值由3調(diào)整至>6,運行20min后,SO2降低至52mg/m3。NO降低至6mg/m3,NO2降低至 26mg/m3。
開啟氨水泵11,使氨水泵入二級除塵水池5內(nèi)的除塵水泵10的入口,流量控制在120L/h,20min后,SO2降低至0mg/m3。NO降低至17mg/m3,NO2降低至 17mg/m3。啟動清水池排空泵22,將一級除塵水池4內(nèi)含有亞硫酸氨的水注入三級脫硫水池3.在一級水噴淋中形成氧化鈣與亞硫酸氨的雙堿法脫硫脫硝。降低氨水投藥量至5 L/h ,20min后,SO2保持至0mg/m3。NO降低至17mg/m3,NO2降低至 11mg/m3。
煙塵:27mg/m3 干濕球法含水率:0.8%
3、本發(fā)明方案思路與設(shè)計原理分析
本發(fā)明的目的在于降低現(xiàn)有濕法脫硫技術(shù)中,脫硫脫硝固態(tài)產(chǎn)物和溶質(zhì)對煙塵的影響并有效降低煙氣含水率,從而實現(xiàn)燃燒廢氣超低排放。提供一種既經(jīng)濟又能夠適合現(xiàn)有濕法脫硫脫硝工藝,降低脫硫脫硝的最終產(chǎn)物。
本發(fā)明的主要內(nèi)容是利用碳酸鈣和氨水或尿素在爐內(nèi)配合去除NO和NO2后,通過n型兩級濕法脫硫除塵工藝,在濕法煙氣處理中利用二級除塵裝置過濾一級水中攜帶的煙塵和脫硫攜帶物。并利用氨這一物質(zhì)無害且氣態(tài)轉(zhuǎn)換溫度低的特點,在一級除塵裝置代替現(xiàn)常用的鈉基組成雙堿法脫硫工藝。
方案概述
1、根據(jù)鏈條爐結(jié)構(gòu)和燃燒穩(wěn)定的燃燒特點,煤層添加碳酸鈣,在后墻區(qū)高溫煙氣區(qū)加入氨水槽,使注入的氨水或尿素以揮發(fā)的形式進入尾部煙氣,組合完成煙氣催化脫硝。
2、水霧攔截除塵工藝
在文丘里除塵塔一級脫硫除塵后的煙氣中會帶有8-12%的水份(水份中含有粉塵和脫硫脫硝產(chǎn)物)和部分微細粉塵,通過使用清水噴淋塔中的二級噴淋加平鋪分流板過濾,進一步收集一級含塵水和去除未處理的微細粉塵。其中,在平鋪式分流板上部順流布置的噴嘴采用離心式旋流葉片將噴嘴的水流進一步增加霧化效果。
3、氨法脫硫回流再利用
利用氨法脫硫形成物為亞硫酸銨,不影響最終煙塵排放值得原理,在二級脫硫除塵工藝中采用氨法,形成的亞硫酸銨或亞硫酸氫銨再回流導(dǎo)入一級脫硫除塵工藝中,與一級脫硫除塵工藝中的碳酸鈣、氧化鈣、氧化鎂脫硫脫硝,合并形成氨法工藝的雙堿法脫硫工藝。
詳細處理工藝如下:
煙氣流程:鍋爐(碳酸鈣添加裝置、加氨槽)-省煤器-文丘里水膜除塵器-清水噴淋塔-清水除霧塔-引風機-煙囪。
利用水工藝完成微細粉塵和脫硫產(chǎn)物稀釋攔截:
1)二級水工藝完成微細粉塵攔截
通過前期運行測試,一級文丘里除塵塔中煙氣的含水率為8-12%,其中含有顆粒污染物約為70-120 mg/m3,產(chǎn)生這部分污染物的主要原因主要有兩點:1、未去除的細微粉塵。實測約為30 mg/m3;2脫硫脫硝產(chǎn)物。實測約為60 mg/m3。
針對現(xiàn)有煙塵<20 mg/m3要求,設(shè)計了二級水處理工藝,主要工藝包括:采用1臺除塵水泵10在二級除塵水池5中抽取清水,進入清水噴淋塔13,進入清水噴淋塔的除塵水被平鋪式分流板切割成為微小霧滴,與一級文丘里除塵塔處理完成的含有部分細微粉塵和脫硫脫硝產(chǎn)物的煙氣充分碰撞,進行攔截混合后,排放至一級除塵水池4中,沉淀后至二級除塵水池5中,循環(huán)使用。當濁度超標時,使用清水池排空泵22抽水至三級脫硫水池3中。
2)離心葉輪在水處理工藝中的應(yīng)用
在水噴淋工藝當中,水的壓力越高,噴嘴的出口面積越小,噴淋的霧化效果也就越小,但是在工業(yè)煙氣處理工藝中,由于水必須循環(huán)利用,所以脫硫除塵用水濁度均大于2NTU,有的處于灰黑色?,F(xiàn)在霧化效果最好的SMP噴嘴也霧滴也只能達到700微米左右。根據(jù)風機螺旋槳旋轉(zhuǎn)的原理,在流動性較強(高流速)的氣流作用下,旋轉(zhuǎn)的葉片可以通過引風機形成的動能,很好的將噴嘴噴出的水霧打散。并將氣流中的顆粒物折流減速,與水充分接觸。(見圖2:順流噴嘴加螺旋槳)通過實驗發(fā)現(xiàn):除塵水壓>0.35MPa時,當螺旋葉片距離噴嘴10cm,由于水流沒有完全散開,其霧化效果較差,在水流沖擊下,起到了阻止水流擴散的作用。二次安裝距離噴嘴15cm,可以擴散水流。當距離噴射點達到>20cm后,其噴射角已經(jīng)完全散開,葉輪起到了良好的霧化和混合效果。其煙塵最終排放值較未加裝葉輪時,下降8 mg/m3。
離心型煙道脫水噴淋裝置主要包括:SMP噴嘴、連接支架、滾動軸承、葉輪(塑料)。由于葉輪在煙道中運行相當溫度雖然較低,但其需要經(jīng)受酸堿腐蝕、水滴的沖擊腐蝕,在工程中葉輪、軸承等轉(zhuǎn)動部件均使用2205或316L不銹鋼制作,防止磨損過大導(dǎo)致的葉輪和軸承損壞。
在本發(fā)明中,清水噴淋塔中布置有兩組向下的噴嘴,順流布置噴嘴,煙氣流動方向與水射方向相同,也就是說只有依靠水流和氣流的速度差發(fā)生碰撞,(煙氣由于密度小是水流速度的數(shù)十倍)實現(xiàn)除塵。霧化效果不良和碰撞比例過小是除塵效果過差的主要原因。
利用兩級水噴淋工藝完成雙堿法脫硫:
1)一級除塵脫硫工藝
在一級脫硫除塵處理工藝中,主要任務(wù)是脫硫脫硝和初步除塵。脫硫水泵8自一級脫硫水池1中抽水至文丘里除塵塔的喉管噴淋和環(huán)形槽噴淋,按照離心除塵的原理除去煙氣中大顆粒煙塵,同時,在一級脫硫水池1中添加攪拌好的石灰漿液(氫氧化鈣),利用添加的石灰漿液和部分灰渣中殘留的鈣類物質(zhì)與SO2和NOX發(fā)生反應(yīng),通過回流管路回流至三級脫硫水池3,逐級沉淀后,進入一級脫硫水池1循環(huán)使用。
2)在二級水中加入氨水脫硫:
氫氧根離子是對煙氣中的SO2和NOX處理最有效的方式。在一級脫硫除塵處理工藝中,使用金屬離子攜帶氫氧根煙氣進行處理。實測脫硫效率約為75-85%,一級脫硫除塵處理工藝中SO2最終排放值在130 -180mg/m3,SO2能夠滿足現(xiàn)有標準要求。
為了進一步降低污染物的排放。在二級脫硫除塵處理裝置中,設(shè)置了氨水添加系統(tǒng)。通過試驗發(fā)現(xiàn),亞硫酸銨的揮發(fā)性氣味在<80℃情況下能夠被公眾接受的。而亞硫酸銨在煙塵污染物排放中是不計算在內(nèi)的。也就是說加氨形成的脫硫產(chǎn)物不會對煙塵采用重量產(chǎn)生影響。本發(fā)明中將氨水放置于氨水罐(12),使用氨水泵(11)加至二級清水泵(9、10)入口,由于除塵池為敞口布置,氨水直接注入泵入口處防止外泄。
完全使用氨水脫硫最大問題是氨氣的逃逸率過高,逃逸的氨氣不但造成氨水的利用率降低,而且導(dǎo)致供熱站附近居民能夠聞到氨水味道。通過試驗發(fā)現(xiàn)在水長期不脫硫的情況下,水的PH值在2.5左右。在本工藝當中,進入二級脫硫除塵裝置的SO2量非常小,為了確保除塵效率的最大化,其設(shè)計噴淋面積達到400%。所以只要將水的PH值略微提高至>3,即可基本出去剩余SO2。當PH值控制至5-6時,其SO2最終排放值可以達到<15 mg/m3,當水中PH值至>7時,環(huán)境中氨水氣味明顯加重。
結(jié)論1:通過在二級除塵少量添加氨水,可以處理掉煙氣中低濃度的SO2并且不會對環(huán)境造成環(huán)境空氣污染。
3)銨法再生反應(yīng):
長期添加氨水形成的亞硫酸銨在二級池中逐步增加,由于溶液中溶質(zhì)的不斷增加,勢必會導(dǎo)致水泵的出力下降,同時也會有少量散發(fā)到空氣中。導(dǎo)致氨味較重。(常規(guī)工藝中,是將其生成物處理成為化肥。)
在一級除塵脫硫工藝中的金屬離子(氧化鈣、碳酸鈣、氧化鎂)需要通過再生工藝才能夠提高脫硫效率(常規(guī)雙堿法工藝中是使用氫氧化鈉作為再生劑),降低單純堿性金屬脫硫的使用量,提高反應(yīng)速度。
工藝中,一級脫硫系統(tǒng)運行過程中,啟動運行清水池排空泵22,含有亞硫酸銨的水進入一級脫硫系統(tǒng)循環(huán)完成再生反應(yīng)。同時使用生活水將池體注滿。即完成了二級水溶質(zhì)降低和一級池的再生還原反應(yīng)。
鏈條鍋爐氨法脫硝的系統(tǒng)工藝:
氨水脫硝是脫硝工藝中的主要手段,在催化控制工藝中采用的是噴氨是主要控制工藝,噴氨系統(tǒng)工藝復(fù)雜且在鏈條爐中噴入氨水后,在后段采用五氧化二釩等貴金屬進行催化。由于反應(yīng)時間太短,會導(dǎo)致省煤器附近結(jié)晶。隨工藝簡單,但系統(tǒng)復(fù)雜,脫硝成本高。
根據(jù)鏈條爐爐型特點,其中70-80%的灰渣是通過除渣機排出的。煙氣中含有的煙塵約1300-1500 mg/m3。鏈條爐用煤是提前加水的,煙氣自身水蒸汽約占10-20%。
根據(jù)鏈條爐的燃燒特點,所以水份的增加對燃燒無影響,其煤是在爐排上完成燃燒。所以不像煤粉鍋爐有滅火的風險。
在氮氧化物中,主要成分分為NO和NO2,在檢測當中NO*1.5+NO2=NOX。
1)NO2的去除分析
NO2在水中的溶解度高,選用氨水及氫氧化鈣的堿吸收NO2。都是可以直接轉(zhuǎn)化成氣態(tài)的物質(zhì)。選擇一個合適位置和合適的溫度點放置部分氨水就能夠有效的使氨水與NO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
在本工程中,使用了氨水和氫氧化鈣(CaO)作為脫硫工藝,一級除塵PH值控制7-9。二級氨水脫硫工業(yè)中PH值控制3-6。在脫硫工藝中可以合并去除大部分NO2
2)一氧化氮(NO)的去除分析
NO的去除需要將NO使用含有氧化金屬催化,將NO通過金屬催化氧化成NO2,然后用吸附或溶液吸收方法再除去NO2,貴金屬催化效果好,但價格昂貴。氧化鈣和碳酸鈣雖然催化效果不如五氧化二釩等明顯,但只要在煙氣中增加氧化鈣和碳酸鈣的比例,同樣能起到促進NO氧化的作用。
根據(jù)脫氮煙氣處理工藝流程,利用《層燒爐脫硫脫氮煙氣處理工藝》ZL201410137998X原理,在煤層上部平鋪2-5mm蛋貝殼混合物,這樣煙氣中就有了大量的蛋貝殼粉形成的碳酸鈣(CaCO3)和氧化鈣(CaO),金屬氧化物在溫度高于250℃時對NO催化氧化都有一定的活性。鏈條爐的最高溫度點是在爐排的上部,為1500℃,隨著煙氣流經(jīng)過水冷壁、爐筒、折焰角后逐步降低至300-400攝氏度。經(jīng)過的高溫區(qū)氧化的一氧化氮(NO)大部分生成二氧化氮(NO2),在約350℃溫度點(尾部清灰檢查人口附近安裝一個氨水槽與加氨泵出口連接,加入氨水槽的氨水在高溫煙氣的輻射熱作用下,快速揮發(fā)至煙氣中。氨與氮氣的最佳混合溫度點是>150℃。氨氣(NH3)與NO2的中和效果在各種堿性物質(zhì)中最好,對煙塵的影響系數(shù)最小。蒸發(fā)出來的氨氣與煙氣中的氮氧化物和二氧化硫等氣體混合后,被后續(xù)兩級水處理裝置降溫攔截,硝酸銨和剩余堿性物質(zhì)又回到了脫硫水池和除塵水池中完成脫硝工藝。
雙濕法脫硫除塵工藝方法論述
在采用雙堿法(生石灰+氫氧化鈉)一級除塵脫硫塔出口,煙塵濃度為70-100 mg/Nm3,SO2<170 mg/Nm3,NOX<250 mg/Nm3。
在二級濕法除塵區(qū)中,通過使用氨作為脫硫脫硝劑, NH3·H2O + SO2→NH4HSO3,形成的亞硫酸銨或亞硫酸氫銨(液態(tài))再通過22清水池排空泵倒換3三級脫硫池形成二次利用。
Ca(OH)2+(NH4)SO3→CaSO4+2NH4?OH
Ca(OH)2+NH4HSO3→CaSO3+NH4·OH+ H2O
2NH4·OH + SO2→(NH4)SO3+ H2O
NH4OH+SO2→NH4HSO3
用亞硫酸銨代替亞硫酸鈉的優(yōu)勢,
在鈉堿法脫硫工藝中,在煙氣采用中發(fā)現(xiàn)其最大導(dǎo)致煙塵超標的物質(zhì)為鹽類物質(zhì)。鈉鹽和銨鹽的區(qū)別在于性質(zhì)不同,煙氣中帶水情況是不可避免的,但脫硫后煙氣中攜帶物質(zhì)是銨鹽(亞硫酸銨),對環(huán)境是無害的,落入土壤中還利于植物生長。而鈉鹽(亞硫酸鈉)隨煙氣排放到空氣中,不但吸入體內(nèi)導(dǎo)致人體抵抗力下降、落入土壤中還會導(dǎo)致土壤的鹽化。
根據(jù)GB/T16157《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》規(guī)定,煙塵現(xiàn)場采樣后的濾筒,需要進行烘干稱重,具體方法如下:
1)標準空白濾筒的制備
將買來的濾筒放入烘箱中,在105~110℃恒溫下,烘干4小時后,再放入干燥器內(nèi)2小時,冷卻至室溫,放入萬分之一克天平中稱重,作為標準空白濾筒的標準重量;
2)采樣后濾筒的稱重
將采樣后的濾筒,放入烘箱中,在105~110℃恒溫下,烘干4小時后,再放入干燥器內(nèi)2小時,冷卻至室溫,放入萬分之一克天平中稱重。此時,采樣后濾筒與標準空白濾筒的重量準重相差,為煙塵的最終重量。
通過對采樣濾筒分析方法對分析,105℃是分析溫度點,也就是說對105℃以下可以去除的水分等不視為顆粒污染物。對鈣、鎂、碳、鹽等吸入后會對空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響分解點在105℃以上的污染物均視為煙塵。亞硫酸鈉和亞硫酸銨雖然同為透明液態(tài),但其分解溫度有很大差別,亞硫酸鈉、鈣、鎂等均在1500℃左右能夠分解為氣態(tài),銨的氣態(tài)轉(zhuǎn)換點為150℃。
但通過試驗發(fā)現(xiàn):銨類物質(zhì)的特性但亞硫酸銨的分解溫度在77℃時可以開始轉(zhuǎn)化為氣態(tài),在150℃可以迅速升華為氣態(tài)。試驗結(jié)果如下:
取碳銨、亞硫酸銨、尿素三種銨類物質(zhì)在恒溫烘箱內(nèi),(碳銨6.9151g,亞硫酸銨20.6082g,尿素20.1729g)。首先將溫度設(shè)定至77℃,1小時后,三種物質(zhì)重量無變化。升高至105℃,(碳銨2.0276g,亞硫酸銨,5.7971g,尿素20.3139g)。碳銨和亞硫酸銨的重量大幅度下降,尿素無變化。再次放入恒溫烘箱烘3個小時,(碳銨0.0231g,亞硫酸銨,0.8276g,尿素20.3065g)。
亞硫酸銨的低溫穩(wěn)定性試驗
銨是一種不穩(wěn)定鹽。容易揮發(fā)。在脫硫除塵水中,存在著揮發(fā)的可能性。濃度過高會導(dǎo)致附近散發(fā)難聞的氨水氣味。為了確保液態(tài)的亞硫酸銨能夠穩(wěn)定的存在于水中。進行了亞硫酸銨的加熱試驗。
將21g亞硫酸銨放置于恒溫60℃烘箱,加熱2小時,揮發(fā)0.279g。繼續(xù)升溫至70℃,兩小時后揮發(fā)1.275g,升溫至80℃,兩小時后揮發(fā)2.683g;升溫至90℃,兩小時后揮發(fā)4.572g。
通過試驗證明:脫硫水溫控制在60℃以下時,亞硫酸銨基本處于穩(wěn)定狀態(tài),后續(xù)逐步揮發(fā),溫度越高揮發(fā)速度越快。
通過上述試驗說明:脫硫水溫控制在70℃以下,其銨的散發(fā)對公眾環(huán)境影響可以接受。氨法脫硫脫硝形成的亞硫酸銨對煙塵的排放值無影響。
在常規(guī)脫硫脫硝工藝中,使用脫硫脫硝后的亞硫酸銨用于制備肥料。在本工程中,二次脫硫形成的亞硫酸銨再次打入加有生石灰水的一次脫硫池,混合形成新型的以氫氧化鈣為主,亞硫酸銨為輔的雙堿法脫硫工藝。
其主要優(yōu)勢在于,一級脫硫除塵中,形成主要脫硫反應(yīng),攜帶出來的脫硫產(chǎn)物和剩余煙塵在二級除塵中進行處理完成,剩余的少量的SO2和NOX利用氨進行綜合。由于低氨低、PH值、大水量就提高了氨的利用率,使氨的逃逸率降低。
技術(shù)要點:
1)利用鏈條爐的結(jié)構(gòu)特點,在鏈條鍋爐內(nèi)煤層上部使用蛋殼或貝殼燃燒后實現(xiàn)催化反應(yīng),再在>200℃的高溫區(qū)投入氨水或尿素脫除NO和NO2。利用碳酸鈣或氧化鈣代替五氧化二釩等貴金屬有效降低了NO的催化成本;使用槽箱高溫蒸發(fā)添加氨水或尿素,代替了現(xiàn)常用的霧化噴氨原理。提高了氨的利用率。節(jié)約了氨法脫硝的工藝環(huán)節(jié)。
2)在一級池使用石灰石或生石灰或氧化鎂作為脫硫物,使用氨水作為二級脫硫物,二級池形成的脫硫產(chǎn)物亞硫酸銨再回流至一級脫硫池形成雙堿法。將傳統(tǒng)的鈉鈣雙堿法改良為鈣銨雙堿法或鎂銨雙堿法。提高整體系統(tǒng)的脫硫效率,在同等脫硫效率的情況,較鈣法和鈉法的大大降低了脫硫水中溶質(zhì)的含量。最終降低了排煙中煙塵的含量。并解決了單純使用氨法逃逸率過高導(dǎo)致周邊氣味濃重的問題。
3)采用雙濕法結(jié)構(gòu),一級由下至上,二級由上至下。一級產(chǎn)生的脫硫產(chǎn)物和未去除的剩余細小煙塵,通過二級的噴淋水與固定式塑料填料進行混合沖洗。解決了袋式除塵器先除塵后脫硫?qū)е碌拿摿蚬に囍忻摿虍a(chǎn)物導(dǎo)致煙塵超標的現(xiàn)象。
采用一種新型的脫硫除塵噴嘴,在常規(guī)的脫硫除塵噴嘴前>15cm位置安裝一個葉輪。葉輪在煙氣帶動下高速旋轉(zhuǎn),使噴嘴噴出的水和高速經(jīng)過的煙氣充分混合,增加了脫硫除塵水和煙氣的接觸概率。提高了濕法除塵脫硫裝置的除塵脫硫效率。