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脫硫脫硝除塵一體化技術在鋼鐵領域的應用及展望

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脫硫脫硝除塵一體化技術在鋼鐵領域的應用及展望

2019-09-25

一 環保超低減排高壓态勢下燒結機煙氣治理的現狀

近幾年來,迫于大氣中PM2.5含量增加,地下水資源污染日趨嚴重,工業固廢違規堆放等環境壓力和綜合社會壓力,國家環保當局不得不多次提高煙氣,廢水和固廢的排放指标。由于老百姓對呼吸潔淨空氣呼聲,高,環保指标中以工業煙氣中對二氧化硫,氮氧化物和顆粒物排放指标的提标速度,快,從2015年到2018年,短短3年時間,以燒結機為例,這三大排放指标分别提了5.7倍(硫);6倍(硝)和5倍(塵)。然而,燒結機的排放指标雖然可以由環境部下發一紙文件來規定,但鋼鐵企業要想達到超低排放指标,落實起來就困難重重了:

困難之一:近幾年流行的脫硫脫硝和除塵的技術路線,例如鈣法濕法,鎂法濕法,氨法濕法,活性焦幹法,循環流化床半幹法(CFB),旋轉噴霧半幹法(SDA),密相幹塔半幹法等,要想達到超淨指标均在不同方面,不同程度上存在一定問題。

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困難之二:從2010年以來,各鋼鐵企業為了滿足當時的環保指标,都先後投巨資建設了某種技術路線的環保設施。面對新的超低排放指标,僅僅改造舊的現有設施大都不能滿足超低指标;全部推倒重來建新的設施,資金浪費巨大且停産的時間成本亦難以承受。

困難之三:市場上的環保工程和環保設備廠家為滿足超低指标推出的各種技術路線林林總總,五花八門,其中不少是沒有真正過硬的、經過驗證的技術,鋼鐵企業猶如盲人摸象,或者病急亂投醫,往往難以正确辨識,正确決策。舉例來說,唐山地區某鋼企2017年在地方環保局倡議下花了上億資金在其幾個燒結廠增建了濕電除塵系統。沒想到多年在電廠用得很成功的濕電在燒結機上不靈了,濕電工程完工後顆粒物仍然不達标,沒辦法,幾經考量後又建設了一套循環流化床的半幹法系統,這回硫和塵是達标了,但由于配套的脫硝工藝沒選對,氮氧化物又不達标,緻使該企業至今也沒達到超低排放要求。

更為嚴重的是上述鋼廠的例子并非個案,據唐山環保當局公布的于今年8月6日上午9:00-11:00監測的數據看,唐山地區115台燒結機中隻有3台(分别為唐山德龍230燒結+燕山鋼鐵300燒結2台)全面達到二氧化硫,氮氧化物和顆粒物超低指标!情況的确不容樂觀, 特别是這些鋼企幾乎都是在去年下半年和今年上半年投入大量人力财力完成了新一輪超低改造的企業!

二 應運而生的中晶FOSS-D技術的主要理念,工藝流程和系統構成

2.1 FOSS-D主要理念概述

中晶環境從2006年成立以來,十多年如一日,一直秉承以循環經濟治污理念進行工業煙氣治理技術的研發及應用,已取得多項煙氣治理+脫硫廢水廢渣治理+工業固體廢棄物治理方面的發明專利,并完成了多個燒結機煙氣治理的工業應用工程案例。正是通過深入的市場調研和對現有煙氣治理流派和技術的剖析,中晶環境基于其一貫的循環經濟治污理念,于2016年研發出FOSS-D幹法一體化煙氣治理技術。目前,中晶環境是國内外1一家通過應用FOSS-D技術,實現了在單塔内完成幹法一體化脫硫,脫硝,除塵,脫二噁英并全面,穩定,經濟地達到超低排放指标(如企業有需要,還能在相對較經濟條件下達到近零排放)和煙氣觀感用戶滿意的環保工程公司。

同時FOSS-D技術通過采用具有專利權的獨特的複合脫硫脫硝劑(BMP),在達到煙氣中硫,硝和塵達到環保超低排放的同時,還能将脫硫渣100%利用 ,即先将脫硫渣加工成與水泥類似的膠凝劑“晶粉”,再利用“晶粉”配比鋼渣、水渣等其它材料制成新型的、具有持續盈利能力的建材産品。從而打破了原有半幹法脫硫渣不能有效利用,隻能作為固廢堆放的魔咒,也打破了燒結煙氣處理隻能燒錢,不能創造效益的魔咒。

2.2 FOSS-D的主要工藝流程

在FOSS-D技術中,燒結、焦爐、豎爐煙氣經電除塵器初步除塵後,進入離子發生器氣态選擇性氧化脫硝區域,在此區域完成NO向高價氮氧化物的轉變;然後煙氣通過強效反應塔,在高效湍流與BMP高分子材料的雙重作用下,二氧化硫、高價氮氧化物被吸附的同時發生化學反應,生成硫酸鹽、硝酸鹽及少量亞硫酸鹽;煙氣進一步由強效反應塔塔頂進入袋式除塵器,在袋式除塵器中粗顆粒的硫酸鹽、硝酸鹽、亞硫酸鹽與部分在水汽作用下團聚而成的BMP高分子材料抱團形成大顆粒物,從而提高袋式除塵器除塵效率;夾雜着各種成份的顆粒物經過袋式除塵器後被脫除下來進入灰鬥,然後排至灰倉,作為建材生産原料運至晶粉倉庫備用;煙氣達到超低或近零排放指标後經煙囪排至大氣中。參見工藝流程及系統構成示意圖(圖2)。

FOSS-D脫硫脫硝除塵一體化近零排放技術通過本公司已經成熟應用的FOSS-W(即FOSS濕法工藝,是将強制氧化劑脫硝與旋轉離心作用除塵相結合的一塔同步技術)中的低溫選擇性氧化技術與BMP高分子材料結合,發揮協同脫除的效應,在完成BMP高分子材料對高價氮氧化物的高吸附、強化學反應的基礎上進行了長周期的小試、中試、工程實際應用。實驗與工程實踐證明:BMP高分子材料與低溫選擇性離子氣态氧化劑結合,使得去除NOX的效率,高能達到99%并生成硝酸鹽,而硝酸鹽與BMP高分子材料的協同脫除效應,從一定程度上提高了本套工藝技術脫除SO2的效率(與單獨脫硫工藝相比,脫硝協同脫硫可使得出口SO2的濃度降低的,高比率達到52%,即,如果單獨脫硫出口SO2濃度為15mg/Nm3,加入脫硝後出口SO2濃度,低可降到0 mg/Nm3),SO2脫除效率可長周期穩定在0~5 mg/Nm3,即近零範圍内。

三 FOSS-D技術與市場上目前常見幹法及半幹法系統的比較

相關要點強調如下:

1活性焦幹法近年來應用較多,優點是運行比較穩定,如果不需達超淨指标不失為一種較成熟的技術路線。但缺點也是明顯的:

1) 投資成本和運營成本非常高;

2) 脫硝效率(噴氨後隻能達到60-80%)和除塵效果(隻能達到20 mg/m3)也難達到超低指标(如硝從300脫到50,效率需83.3%);

3) 活性焦解析産生的硫酸轉運處理困難(除非鋼廠内部可消納);

4) 活性焦設備維護過程着火的風險較大。

2“SDA+SCR”亦是近來鋼企考慮的工藝路線之一,優點是投資較低(SDA脫硫部分比CFB便宜20-30%),SCR脫硝較成熟。但缺點是:

1) SDA脫硫效率有限(在90%-95%以内),當煙氣中含流量較高時(工況煙氣量超過1000 mg/m3)時脫硫達超低指标困難。

2) SCR脫硝運行雖然成熟,但煙氣升溫能耗大,運營成本高。

脫硫渣中亞硫酸鈣,亞硝酸鈣比例高,後續消納利用沒有好辦法。

3CFB+SCR工藝路線也是當下熱門技術之一,它比SDA+SCR工藝脫硫效率高,缺點是:

1) SCR脫硝運行雖較成熟,但升溫能耗大,運營成本高。

2) 脫硫渣中亞硫酸鈣,亞硝酸鈣比例高,後續消納利用沒有好辦法。

4中晶FOSS-D幹法一體化工藝路線,經工業成功應用證明有三大優點:

1) 脫硫,脫硝和除塵效率均較高,三個主要指标都具備經濟,穩定達到超低排放的能力(如企業有需要,還能在相對較經濟條件下達到近零排放)。

2) 采用中晶高分子複合脫硫劑後,脫硫渣中98%左右為硫酸鈣+硝酸鈣,保留的亞硫酸鈣僅約為2%,利用中晶專利技術,可以将脫硫渣全部轉換成類似于水泥的膠凝劑“晶粉”,再将晶粉配比一定鋼渣或水渣即可制成新型的綠色建材,實現真正地對脫硫脫硝除塵後的副産物吃幹榨淨的循環經濟治污。

3) FOSS-D技術工程建設總成本比活性焦技術低40-50%左右,脫硝部分比SCR低30-40%;脫硫脫硝運營費用比活性焦技術低40%左右,脫硝運營費用比SCR低約30%。


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