粉焦原位制備及燒結(jié)煙氣脫硫脫硝技術(shù)

1技術(shù)背景

1.1主流煙氣脫硫技術(shù)潛在問題及我國硫資源矛盾

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、脫硫劑成本低等優(yōu)點，為我國SO2減排做出了巨大貢獻(xiàn)，但隨著其大規(guī)模應(yīng)用，也逐漸暴露出一些問題：

1）耗水量大、廢水排放量大，對于缺水地區(qū)尤為不利，脫硫廢水的處置也成為難題。

2）鈣基脫硫劑的制備需要消耗大量碳酸鈣，造成石灰石資源的過量開采，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞；

3）副產(chǎn)物脫硫石膏的品質(zhì)較低，二次利用的價值有限，導(dǎo)致大量脫硫產(chǎn)物被拋棄，造成二次污染。

我國既是SO2排放大國，還是硫磺資源缺乏的國家，2011年我國進(jìn)口硫磺量達(dá)952萬噸，對外依存度高達(dá)70%，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到硫磺下游產(chǎn)業(yè)安全。SO2既是污染物，又是寶貴的硫資源。我國近幾年SO2排放量和硫磺進(jìn)口量之比接近2∶1，正好符合SO2與S的分子質(zhì)量比，如果在治理SO2污染的同時能回收硫磺資源，可很大程度上緩解硫資源嚴(yán)重失衡的局面，一舉兩得。

1.2顆?；钚越辜夹g(shù)分析

活性焦煙氣脫硫技術(shù)是目前煙氣硫資源化減排的主流技術(shù)之一，具有硫資源化利用、耗水量少、無廢水排放及多污染物聯(lián)合脫除（SOx、VOCs、Hg等）的特點?，F(xiàn)有國內(nèi)的活性焦脫硫技術(shù)存在的主要問題：

1）使用顆粒定型活性焦，制備工藝復(fù)雜、成本高（3000-8000元/噸），且制焦過程廢氣得不到有效利用。

2）顆粒活性焦內(nèi)表面利用率低、吸附及再生過程中機(jī)械損耗較大，補(bǔ)入新焦量大，導(dǎo)致運行成本較高。

3）活性焦廠家和用戶分離，活性焦需遠(yuǎn)距離運輸，運輸成本較高。

4）活性焦再生副產(chǎn)SO2或硫酸，難以利用，且存儲和運輸不便利。

1.3“粉焦技術(shù)”的提出及特點

基于上述形勢和需求分析，山東大學(xué)提出了“粉焦原位制備及燒結(jié)煙氣綜合凈化技術(shù)”，并進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)，該技術(shù)2017年成功申報科技部國家重點研發(fā)項目，項目名稱為燃煤煙氣硫回收及資源化利用技術(shù)，項目編號為2017YFB0602900，項目總預(yù)算為8686萬元，其中中央財政專項經(jīng)費為1886萬元。項目周期自2017年7月起，至2021年6月止。

該工藝重整煤的利用途徑，熱解氣化制備活性焦，活性焦制備所需熱源為高溫?zé)煔?，活化劑為煙氣和水蒸氣，實現(xiàn)了活性焦的原位制備；粉狀活性焦可作為脫硫劑送入吸附反應(yīng)碳內(nèi)凈化燃煤煙氣，飽和吸附后的活性焦送入再生爐再生，再生過程析出高濃度SO2氣體可作為化工原料使用或與制焦熱解氣反應(yīng)生成單質(zhì)硫，從而實現(xiàn)硫的資源化利用。

2技術(shù)簡介

粉焦制備及燒結(jié)煙氣脫硫脫硝技術(shù)工藝流程，如圖1所示。主要由粉焦原位制備系統(tǒng)、粉焦吸附脫硫系統(tǒng)、粉焦催化脫硝系統(tǒng)、粉焦再生系統(tǒng)和硫磺制備系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1粉焦原位制備系統(tǒng)

活性焦以廠用煤炭為原材料制得。煤通過制粉系統(tǒng)制得粒度大于75μm和小于75μm兩種粒度的煤粉。大于75μm的煤粉進(jìn)入制焦?fàn)t作為制焦的原料。小于75μm的煤粉進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒，產(chǎn)生1200℃的高溫?zé)煔狻Ｖ品巯到y(tǒng)既可以制取煙煤煤粉，也可以制取褐煤煤粉。熱風(fēng)爐和制焦?fàn)t有機(jī)結(jié)合為一體。高溫?zé)煔膺M(jìn)入制焦?fàn)t迅速熱解煤粉，在制焦?fàn)t內(nèi)生成的活性焦和熱解氣經(jīng)高溫分離器分離，活性焦冷卻后粉焦倉儲存。熱解氣經(jīng)冷卻后通過高溫風(fēng)機(jī)送入焚燒爐燃燒。

煙風(fēng)系統(tǒng)主要包括煙氣流程和熱解氣流程兩部分。制焦過程所需要的煙氣是約1200℃的高溫?zé)煔猓緹煔庥上到y(tǒng)自帶的粉煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生。熱煙氣從制焦?fàn)t底部的煙氣入口進(jìn)入，為煤粉制焦提供熱量。

從制焦?fàn)t出來的為熱解氣和半焦混合物，采用高溫水冷分離器進(jìn)行氣/固分離，將大部分粉焦分離下來，分離下來的粉焦進(jìn)入冷焦器降溫至常溫，儲存于粉焦倉，以供脫硫塔使用。

2.2粉焦吸附脫硫和催化脫硝系統(tǒng)

原煙氣從吸附塔底部進(jìn)入吸附塔，在吸附塔的進(jìn)口段，煙氣與加入的吸附劑、循環(huán)吸附劑充分預(yù)混合，進(jìn)行初步的吸附作用。而后煙氣通過吸附塔下部的文丘里管的加速，進(jìn)入循環(huán)流化床床體；物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑落速度高達(dá)單顆粒滑落速度的數(shù)十倍；吸附塔頂部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步強(qiáng)化了絮狀物的返回，進(jìn)一步提高了塔內(nèi)顆粒的床層密度。這種循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流機(jī)制，極大地強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)，為實現(xiàn)高脫硫率提供了根本保證。

煙氣在文丘里以上的塔內(nèi)流速均保持在4-6m/s之間，為滿足吸附的要求，煙氣在該段的停留時間至少為5s以上。煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸附塔，一部分因自重重新返回流化床中，進(jìn)一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸附劑的作用時間。

凈化后的含塵煙氣從吸附塔頂部排出，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入脫硫后的旋風(fēng)除塵器，進(jìn)行氣固分離。經(jīng)除塵器捕集下來的固體顆粒，一部分通過除塵器下的活性焦再循環(huán)系統(tǒng)，返回吸附塔繼續(xù)參加反應(yīng)；一部分送入再生系統(tǒng)進(jìn)行再生。

脫硫后的煙氣進(jìn)入催化脫硝塔。催化脫硝塔與脫硫塔類似，均采用循環(huán)流化床方式，脫硝塔入口噴入NH3，NH3與煙氣中的NOx在活性焦的表面發(fā)生催化還原反應(yīng)，實現(xiàn)NOx的脫除，脫硝后的煙氣進(jìn)入預(yù)除塵器和布袋除塵器進(jìn)行氣固分離，煙氣含塵濃度低于5mg/Nm3，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出系統(tǒng)。

2.3粉焦再生和硫磺制備系統(tǒng)

再生系統(tǒng)主要設(shè)備為解析塔，采用間接換熱的方式，立式橫管列管換熱器。解析熱源采用焚燒熱風(fēng)爐煙氣，設(shè)計壓力為微正壓。解析塔集合了預(yù)熱段、解析段和冷卻段等換熱單元于一體。載硫活性半焦經(jīng)管鏈輸送機(jī)進(jìn)入解析塔預(yù)熱將溫度升高至180℃左右，然后進(jìn)入解析段，解析段半焦從180℃繼續(xù)升溫至410℃左右，在此溫度下解析再生，解析氣主要成分為SO2、CO2和H2O。解析氣與循環(huán)氣混合加熱后進(jìn)入后續(xù)還原單元，再生后的粉焦進(jìn)入冷卻段降溫至100℃左右排出，經(jīng)管鏈輸送至脫硫塔粉焦倉再次使用。

還原單元主要設(shè)備為循環(huán)流化床炭熱還原塔，采用解析段再生后的熱焦作為還原劑。炭熱還原反應(yīng)為放熱過程，采用循環(huán)流化床方式。解析氣經(jīng)焚燒爐高溫?zé)煔饧訜岷笏椭吝€原塔，半焦通過絞龍自解析段輸送至還原塔入口，解析氣與循環(huán)乏氣在還原塔內(nèi)與活性半焦反應(yīng)，還原主反應(yīng)如下：

C+SO2→CO2+S

還原氣體（含硫蒸氣）經(jīng)過高溫分離器、再熱器、冷凝器后，冷凝成液體硫磺，并經(jīng)旋流收集裝置收集后儲存于儲罐中。

3技術(shù)特色及優(yōu)勢

1）多種污染物同時脫除。

a.吸附脫除酸性氣體（SO2、HCl、HF）、有機(jī)氣體（PAHs）、重金屬（Hg）等；催化還原NOx。

b.活性焦制備過程中產(chǎn)生含有CO、H2、CH4等熱解氣，可送入鍋爐再燃脫硝。

2）閉環(huán)系統(tǒng)，無二次污染。

a.不需外購脫硫劑：脫硫劑活性焦來自于廠用煤粉。

b.脫硫劑循環(huán)使用：活性焦吸附SO2后，可以通過熱方法再生。

c.無固體廢棄物：失活的活性焦直接送入鍋爐燃燒。

d.無廢水排放：干法脫硫工藝，耗水量低，幾乎無廢水排放。

3）硫資源化利用：熱再生后SO2富集，用于生產(chǎn)高值化副產(chǎn)物-硫磺。

4技術(shù)指標(biāo)

1）粉焦粒徑：50μm-3mm；粉焦硫容≥40mg/g。

2）脫硫效率≥95%，出口SO2濃度≤35mg/Nm3。

3）脫硝效率≥75%，出口NOx濃度≤100mg/Nm3。

4）出口煙氣粉塵含量≤5mg/Nm3。

5）硫磺回收率≥90%。

山東新澤儀器有限公司TK系列煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)是采用國際先進(jìn)的原理與技術(shù)集成的新型在線監(jiān)測系統(tǒng)，可針對固定污染源的SO2、NOX、CO、CO2、O2、煙塵、煙氣流量、壓力、溫度、非甲烷總烴等進(jìn)行實時監(jiān)測，具有用戶管理、數(shù)據(jù)保存、展示打印功能，并可以定時和實時地把監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過配套的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)送到各級環(huán)保部門，為管理決策提供科學(xué)依據(jù)。