活性半焦脱硫除尘一体化干法技术研究.doc

活性半焦脱硫除尘一体化干法技术研究山西科技SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2011年第26卷第2期应用技术活性半焦脱硫除尘一体化干法技术研究刘强飞(大同煤矿集团有限责任公司生活污水处理分公司,山西大同,037001)摘要:通过研究开发出高效,低成本的燃煤锅炉除尘脱硫一体化技术,形成集成组合式烟气净化装置,使锅炉尾气烟尘和S0的排放量符合国家和地方相应的排放标准.关键词:活性半焦;原理;研究中图分类号:TQ424.11文献标识码:A文章编号:10046429(2011)020114_o21背景目前,我国SO排放量超过2400万Ca,NO排放量超过1500万,且每年都在递增,它们是主要的大气污染物,是造成酸雨和光化学烟雾的主要根源.这些污染物大部分来自燃煤锅炉烟气的排放.电厂锅炉烟气脱硫脱硝技术相对成熟,而工业锅炉脱硫脱硝技术一直是人们研究的热点.与电厂锅炉相比,我国的工业锅炉数量有5O万台以上,数量相对较多,分布较广,并且处于人口稠密地区,烟尘多属低空排放,因此,工业锅炉排放的粉尘,SO和氮氧化物对环境,特别是对城镇环境的污染尤为严重,造成的危害和损失也很大.据统计,中小型工业锅炉和工业窑炉所产生的粉尘及SO:污染占总排放的50%左右,与大型电厂锅炉并驾齐驱.因此,控制工业锅炉污染物的排放是改善大气环境质量的关键之一.中小型工业锅炉烟气脱硫除尘技术是我国特有的一类技术.容量<45.5MW(65)的锅炉从1991年开始国家标准要求控制SO的排放浓度.鉴于我国目前的经济条件和技术水平等因素,对中小型锅炉sO排放的控制还无法像大型电厂锅炉那样投入大量资金.因此,就中小型锅炉而言,不能完全照搬电厂锅炉烟气脱硫除尘的方法和技术,必须是立足国内,结合国情,研制和开发投资少,运行费用低,技术可靠,具有真正使用价值和推广前景的除尘脱硫一体化设备.这对减少我国酸雨和光化学烟雾的危害,促进国民经济持续发展具有重大的意义.2工艺原理该技术是指通过活性半焦吸附脱硫,吸附后活性半焦再生,脱硫副产物s0生产含硫化工产品的高新技术.活性半焦在脱出工业烟气SO的同时,可以脱掉烟气中的氮氧化物,即脱硝.2.1脱硫脱硝机理其工艺原理是基于s0:在活性半焦表面的吸附和催化作用,烟气中的s0在110150oC的窗口温度下,与烟气中氧气,水收稿日期:2011-0304作者简介:刘强飞,男,1983年出生,2005年毕业于哈尔滨工程大学,助理工程师,037001山西省大同市南郊区赵家小村?114?蒸汽发生反应化为硫酸吸附在活性半焦孔隙内,反应式如下:SO2+1/202+H20H2s04在有氨气加人的情况下,活性半焦作为NOx的催化剂,NOx和NH,(约温度380440K)在炭基表面发生催化反应,将NOx分解为N:和H20,或硫酸铵,吸附在活性半焦上,主要反应式如下:4NO+O2+4NH3=4N2+6H20NHMSONH3_+(NH4hso4同时活性半焦吸附层相当于高效颗粒层过滤器,在惯性碰撞和拦截效应作用下,烟气中的大部分粉尘颗粒在床层内部不同部位被捕集,完成烟气脱硫除尘净化.活性半焦循环使用,吸附SO:后的活性半焦被加热至350左右时,释放出SO,化学反应如下:H2SO4-+SO3+H20SO3+1/2C-*SO2+1/2CO2活性半焦的加热再生反应相当于对活性半焦进行再次活化.因此,活性半焦循环使用过程中,吸附和催化活性不但不会降低,还会有一定程度的提高.经过解吸再生后的活性半焦,被冷却至120oC以下,由物料输送机械送至吸附脱硫反应器循环使用.活性半焦的加热再生反应释放出的SO:可获得便于加工利用的高浓度SO(,w:2O%一40%)的气体,采用成熟的化工工艺,根据市场需求加工生产出多种含硫元素的商品级产品,如硫酸,硫磺,单质硫,化肥或液体s0等,不对环境造成二次污染.脱硫过程中没有废水,废渣产生.2_2活性半焦脱除灰尘,重金属的原理(1)活性半焦除尘原理:由于活性半焦本身的特性,活性半焦吸附层相当于高效颗粒层过滤器,在惯性碰撞和拦截效应作用下,烟气中的大部分粉尘颗粒在床层内部不同部位被捕集,完成烟气除尘净化过程.活性半焦吸附的灰尘和细小的活性半焦从再生反应器里通过振动筛一同排出.(2)活性半焦脱除重金属原理:重金属一般以多种化合物的形式吸附于活性半焦的微孔中,特别是硫酸盐或氯化物,以汞为例表示如下:HgO_HgO刘强飞:活性半焦脱硫除尘一体化干法技术研究2011年第26卷第2期HgCHgCL六HgCLJ2HgC女Hg+H2s04+HgSO4-kHg+1/202HgO六HgO六+H2s04-AHgSO4-A再生反应器高温区解吸出的汞随再生气一起流向上部低温区,在150cc左右的反应器区域再次被活性半焦吸附.因此,整个体系内的汞逐渐富积于解吸反应器加热区入口处.由于活性半焦吸附汞的能力很强,一般2到3年才需将该区域的活性半焦更换一次,且更换出的活性半焦量不足活性半焦总装填量的5%.3应用实例同煤集团云冈矿(十三矿)紧邻世界文化遗产云冈石窟旅游风景区,矿区锅炉所用煤含硫量较高,SO排放量大,对风景区空气质量影响较大,所以对锅炉尾部烟气进行处理显得尤为重要.其1锅炉房有6台出力为6t/h的链条蒸汽锅炉,主要为厂区的生活区和办公大楼供暖;南2锅炉房有5台出力为4t/h的链条蒸汽锅炉,主要为井下供蒸汽并附带一些居民供暖蒸汽,分别选取了其中的一台锅炉作为示范建立了活性半焦脱硫除尘系统.(1)脱硫工艺流程.云冈矿活性半焦脱硫系统与1t/h锅炉脱硫系统相比,由于现场空间限制,需将脱硫塔和再生炉分为两个独立的部分,这样可降低设备高度.采用刮板机来输送半焦和控制下料量.其他工艺流程与1t/h锅炉脱硫除尘系统相当,脱硫部分T艺流程示意图如图1所示.图1同煤集团云冈矿活性半焦脱硫系统流程示意图吸收剂洗涤含硫烟气以净化烟气,主要方法有文丘里,水膜除尘脱硫法,湿式旋风除尘脱硫法,喷淋塔,板式塔以及鼓泡塔等,常用试剂有石灰石,钠碱,氧化镁,氨水等;半于法烟气脱硫目前主要有内循环烟气循环流化床脱硫工艺,烟气循环流化床脱硫T艺和炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫技术等;干法脱硫主要有活性炭吸附法烟气脱硫技术,活性半焦烟气脱硫技术,电子射线辐射法烟气脱硫技术,喷雾干操法烟气脱硫技术,荷电干式吸收剂喷射脱硫技术等.由于湿法烟气脱硫和半干法烟气脱硫技术耗水量大,运行成本较高,同时会产生废水,废渣等二次污染问题,使得这些脱硫技术应用到工业锅炉烟气脱硫上较困难.活性半焦烟气脱硫技术则可以避免这些问题,因此活性半焦烟气脱硫技术得到了越来越广泛的研究.目前,同煤集团锅炉烟气脱硫除尘多采用的花岗岩和钢制湿法烟气脱硫,因矿区用水紧张,且运行过程中产生废水,废渣等污染物,使用效果不是很好,运行成本也较高.半焦成本低廉,因其未热解完全,内部含有较多的氢和氧,且具有较丰富的孔隙和表面结构,很容易通过化学改性的方法增加其活性.通过化学方法改性的半焦能脱除烟气中的多种污染物,主要脱除SO,NOx及烟气中的烟尘粒子.通过同煤集团云冈矿活性半焦脱硫系统运行至今发现,该系统具有脱硫效率高,气阻小,再生效率高,投资适中,操控简单,运行成本低廉等优点.5结论及建议(1)今后需进一步改进活性半焦的物理化学性质,提高半焦的强度和硫容.f2)目前设备相对较大,建议优化脱硫塔结构,使脱硫设备尽量少受锅炉房空间地域限制.(3)强化再生炉传热,应进一步优化再生炉结构,另外可考虑其他更合适有效的再生方法.(4)要实现硫资源化回收,须改变目前点分散式的再生方式,可区域集中再生,达到资源化回收利用的要求.(5)进一步简化脱硫系统工艺,使其简单可靠,更好地根据实际情况调整T艺系统.参考文献(2)工程运行情况:大同云冈矿4t/h和6系统=f:2009年_1李连山.大气污染控制工程M.武汉:武汉理工大学出版11月投入正常运行.环保测试结果为.SO:排放值为126,g/m,社.2003.TSP排放值为32.4mg/m3均低于国家标准.2蒋剑春.活性炭应用理论与技术M.北京:化学工业出版4总体性能指标的比较社.2010.目前市场上主要出现的脱硫工艺技术可分为湿法烟气脱3叶进武.燃煤锅炉脱硫除尘技术及设备的现状评价J.城市硫,半干法烟气脱硫和干法烟气脱硫3种.湿法脱硫是采用液体建设,2009,22(3):2021.IntegratedDryingTechnologyofActivatedSemi-cokeDesulfurizationandDust.removalLIUQiangfeiABSTRACT:TheefficientandlowcostintegratedtechnologY0fdustremovalanddesulfurlzationofcoa1boilersjsd