CN103961988A - 一种高含水、大波动烟气净化的技术方法 - Google Patents

Abstract

一种高含水、大波动烟气净化的技术方式，涉及一种在高含水烟气的工业窑炉中应用解决处理水平衡下的稳定脱硫、脱硝、二次除尘及脱除二噁英、单质汞等。本发明涉及一种动力波***和二级鼓泡吸收塔的组合。相比应用在钢铁烧结机、竖炉烟气的喷淋脱硫塔，有益的效果为：和烧结机传统喷淋脱硫，为保障水平衡，一般采用高流速、短接触时间、液气比小的方法相比，本方法烟气排出温度仅40-45℃，水蒸发为60g/kg干烟气左右，仅为传统喷淋法的1/10，SO₂脱除率大于99％，颗粒物的二次去除率大于98％，并可以组合脱除NO_X、二噁英、重金属等，全面达到GB28662-2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》的要求，同时可以大幅节省运行成本，节省水、电、料资源。

Description

一种高含水、大波动烟气净化的技术方法

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及钢铁烧结机、球团烧结竖炉及类似工业窑炉烟气的净化领域。

背景技术

1.钢铁烧结烟气的特点

随着国家对电厂烟气排放治理的深入，在华北区域重污染之首成为了钢铁行业，钢铁行业排入大气中的SO₂的90％，NO_X的48％来自于烧结，铁矿烧结不仅带来大量的粉尘PM，还排放SO₂、NO_X、CO₂、CO、HF、HCl、PCDD(二噁英)、呋喃(PCDF)等多种有害气态污染物，烧结厂成为钢铁企业环境治理的重中之重。我国钢铁行业烧结的烟气成分复杂，波动性大，具有以下特点：

(1)烟气量大，每生产1吨烧结矿，大约产生4000-6000m³烟气；

(2)SO₂一般在400-5000mg/Nm³，每m²烧结机烟气流量一般为4000-6000Nm³/h，烟气波动范围可达40％，西南高硫地区特例高达8000mg/Nm³，如攀钢；

(3)含湿量大，为提高烧结料层的透气性，混合料在烧结前加水制粒，按体积比计算，H₂O含量为10-13％；

(4)烟气温度变化较大，一般为80-180℃；

(5)粉尘浓度高，每生产1吨烧结(球团)矿约产生粉尘20-40kg，其成分复杂，主要为Fe的氧化物，约占60％，FeO占10％左右，其它氧化物为K₂O、Na₂O、MgO、CaO、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、MnO、P₂O₅还有部分重金属及二噁英等；

(6)NO_X不高约500-1000mg/Nm³，平均每吨钢的排放约为2.3kg；

(7)主要成分为CO₂、N₂、O₂；

(8)CO有时很高；

(9)少量的HCl、HF、SO₃酸雾、二噁英、呋喃、VOC、Hg、挥发性重金属；

(10)不稳定性，由于烧结工况波动、烟气量、烟气温度、SO₂浓度等经常性发生变化，阵发性强；

(11)烟气中含氧量高为13-19％。

2.国内外烧结尾气的排放标准

国内标准(除尘器排气筒出口)GB28662-2012钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准

德国TALuft(2002)烧结厂排放控制要求(mg/Nm³干基)

由此可见，未来环保标准会向国外看齐，增加VOC、呋喃、HCl、AS、Cd、Pb和重金属等要求。

由于国际上环保技术的发展，烟气净化的标准也日益增加，比如：EU2000-76EC，可以为工业窑炉的烟气治理规定一些基本的方向：

均为含O₂：11％的干烟气换算，日均值

3.目前国内钢铁烧结机烟气脱硫中的问题

现象：目前钢铁烧结机用钙法-湿式喷淋脱硫塔已成为钢铁业的主流脱硫模式，应用中和同等烟气量的电站锅炉的同类型脱硫塔相比，存在着以下差异：

(1)塔体高度：电站锅炉用的喷淋塔为45m

钢铁烧结机用喷淋塔为28m，至少矮17m

(2)塔体直径：电站锅炉用喷淋塔为7-9m

钢铁烧结机用喷淋塔为3-4m

结论一：

钢铁烧结机用喷淋塔体积仅有电站锅炉用喷淋塔的15-20％。

(3)喷淋层数：电站锅炉用喷淋塔为5-6层

钢铁烧结机烟气用喷淋塔为3层

(4)烟气出口温度：电站锅炉用喷淋塔为55-60℃

钢铁烧结机烟气用喷淋塔为85℃

结论二：

很明显，烟气和液体的接触时间和接触面积上看，烧结机用喷淋塔远小于电站锅炉用的喷淋塔。

(5)脱硫效率上：电站锅炉用喷淋脱硫塔，脱硫率为93-96％(5层喷淋)

钢铁烧结机烟气用喷淋脱硫塔脱硫率80-85％

(6)颗粒物排放上：电站锅炉喷淋脱硫塔PM＞30mg/Nm³

钢铁烧结烟气喷淋脱硫塔PM在40-50mg/Nm³

结论三：

对于排放浓度限值SO₂≤50mg/Nm³、PM≤20mg/Nm³的标准不论哪种喷淋脱硫塔都很难达标，尤其在钢铁烧结机要求烟气脱硫率≥98.5％的条件下。

分析：

直接的结果为：同样的烟气量下(如70万m³/h的烟气量)的净化，电站锅炉烟气喷淋装置为3500-4200万元，约合50-60元/m³/h，而钢铁烧结机烟气为10-20元/m³/h，即700-1400万元。

技术分析：

造成电站锅炉和烧结机烟气脱硫装置差异的主要原因是：

(1)水平衡困难

锅炉烟气的含湿量为6-8％，而烧结机工作中烟气含湿量为15-20％，主要为球团制团原料和膨润土成型中大量的水以及燃料燃烧中生成的水。

由于反应过程中烟气的水凝结增加，吸收剂浓度时不断降低的，为保证吸收剂可以完成副产物的反应过程，必须增加水的蒸发，按饱和温空气计算，15％含湿量为60℃左右的饱和湿烟气，20％则近70℃左右，因此，烟气排出温度必须＞70℃，才能形成水平衡，因而烧结机烟气脱硫喷淋一般设定温度为85℃，即1kg干烟气约带0.6kg水分可形成平衡。

这样的结果导致：

(a)烧结机烟气脱硫反应偏离25-45℃最佳反应区，脱硫效率低；

(b)水蒸发上约为电站锅炉蒸发量的4倍左右；

(c)只能用加大烟气流速——即缩小塔径、减少烟气降温——即减少喷淋量，及缩短气液反应时间——降低塔内高度来保障出口烟温≥85℃。

(2)烟气量和烟气温度的波动

由于生料在炉内转化为熟料，烟气中的含湿量不是一个均匀的增加过程，和烟气温度一样具有脉动性，这导致喷淋塔内的参数设定包括液气比等不可能用一种模式完成，因而脱硫效率也是一个波动的过程。

结论：

(a)不要指望喷淋脱硫塔可以满足烧结机烟气的脱硫；

(b)尤其不要指望几百万到一千万左右的喷淋塔可使烧结机烟气排放达标。

4.国内钢铁烧结机烟气净化的其它问题

由于钢铁烧结烟气的特点，如阵发性波动、含湿高、烟温低等，烟气中不论烟气量、烟气温度、烟气水分含量、NO_X等均为波动状态，如烟气温度可以从90℃-190℃进行波动，这使得不仅脱硫困难，同时应用已有的SCR法或SNCR法脱硝难以实现，包括：实现目前国标GB28662-2012极其困难，以及实现未来的标准升级。可以说目前国内没有成熟的技术使钢铁烧结烟气的处理可满足GB28662-2012的要求。

发明内容

本发明为利用动力波洗涤器技术，使波动的烟气急冷，在大液气比条件下，使烟气中的颗粒物Fe、FeO、CaO、MgO等和溶于水的SO₂反应脱除SO₂，生成FeSO₄、FeSO₃等物质随水流进入吸收塔中，可以在进一步脱硫的基础上脱除NO_X，典型的棕色环反应和还原反应如下：

FeSO₄+NO→Fe(NO)SO₄棕色的硫酸亚硝酰铁

NO₃ ^-+4H⁺+2Fe²⁺→3Fe³⁺+NO+H₂O

2H⁺+2NO₂→H₂O+NO+NO₂

2FeSO₃+2NO→2FeSO₄+N₂

由于动力波急冷后，烟气温度约为55-60℃，在鼓泡吸收塔内反应，二次脱硫，带喷淋的鼓泡吸收塔脱硫率为98％，二次除尘率为97％。

由于烟气中含水量较大，一般为15％左右，相当于60℃左右饱和湿空气，因而烟气温度进一步降低后会有水冷凝析出，因而在下层鼓泡吸收塔中超过设定液位的盐水通过纳滤或微滤分离器分离，高浓度的盐液可以返回塔内或进入副产物处理，从而使塔内水或盐浓度达到平衡，而上升烟气经U型锁闭器和带NaOH溶液的液相催化剂再次反应，由于络合物的特点可以脱除汞、重金属，自由羟基OH^-作用可以有效氧化NO、二噁英、VOC等物质，从而实现最终的净化。

净化的组合为：

可以满足相应的国标要求。

技术方案

本发明的技术方案由三部分组成：动力波洗涤器、喷淋鼓泡吸收塔和带锁闭器的上升烟道组成，动力波洗涤器包括大流量的砂浆泵和大孔径耐磨蚀喷嘴组成；其功能是形成一次反应，在相应反应基础上把颗粒物形成相应脱硫乳液供全塔使用，并使烟气急冷到＜60℃，保障鼓泡塔反应的最佳温度。

喷淋鼓泡塔是二次反应的装置，利用气体和液体的接触反应实现二次净化，并冷凝挤出烟气中的水份供塔外使用。

上升烟道的功能为：

①锁闭层和液相催化剂组合进行烟气的最后净化由于在鼓泡层冷凝脱水后，对锁闭层吸收液没有水平衡的困扰；

②二次除雾；

③除雾引风不仅除雾而且对烟气进行压力补偿提高上拔力。

附图说明

图1：***主视图

1-除尘器；2-烟道；3-动力波洗涤器；4-喷嘴；5-管道；6-鼓泡吸收塔；7-烟道；8-喷淋；10-吸收液；11-纳(微)滤分离器；

图2：吸收塔侧视图

9-鼓泡管；12-锁闭层；13-除雾器；14-除雾引风机

具体实施方式

烧结烟气经部分或全关闭的除尘器1后经烟道2在动力波洗涤器3中和从喷嘴4中喷出的大流量的上升液体接触形成1-2cm的泡沫层，实现烟气的除尘和降温及初步脱硫。液体带着粉尘形成乳液经管道5流入鼓泡吸收塔6中，初步净化的烟气经烟道7进入鼓泡吸收塔中，经喷淋8后由鼓泡管9流出和吸收液10反应，实现二次净化。塔内溢出的水分由管道经纳(微)滤分离器11后排出，烟气进入上升烟道的锁闭层12中，在液相催化剂和NaOH吸收液的作用下进一步脱除二噁英、重金属、单质汞、HF、NO_X并进一步脱除PM和SO₂，实现最终净化，经除雾器13后由除雾引风机14进入上升烟囱15排入大气。

Claims (5)

1.一种高含水、大波动烟气净化***利用动力波(Danawave)洗涤技术和二级鼓泡吸收塔组合，可以快速使烟气降温到最佳反应区温度内，同时应用烟气中以Fe、FeO、MgO、CaO等碱性颗粒物脱硫、脱硝和二次除尘，并在烟气上升段中应用络合物组成的液相催化剂实现脱硝、脱汞及重金属；

本***包括：带有气联通和水联通的动力波洗涤器、带喷淋的鼓泡吸收器、和液相催化剂组合使用的锁闭器、除雾器、轴流除雾引风机及烟囱自称、以及由微滤与纳滤分离器组成的水盐分离***，使烟气中溢水的水可以作为工业水的补充用于冲渣等，由于***除尘率高达99％以上，可以关闭静电除尘器或部分关闭，从而节电30-60％，由于脱硫率高达99.5％以上，可以采用相对高硫的原、燃料，节省成本，且由于铁等与SO₂、H₂O的作用可以生成具有络合NO_X的FeSO₄和有一定还原性的FeSO₃，从而具有40-60％的脱除NO_X的能力。

2.根据1中所述***，其特征为：动力波洗涤器和鼓泡吸收塔的水、气连通组合，实现应用脱硫反应物的二次应用，在脱硫同时脱除NO_X。

3.根据1中所述***，其特征为：直接应用烧结机或球团竖炉中烟气颗粒物在动力波洗涤器中脱硫，随烟气量的波动基本实现自适应调节，可以关闭或部分关闭除尘器，节省电力，并且以废治废。

4.根据1中所述***，其特征为：应用动力波洗涤器急冷和鼓泡塔降温使高含水(比如15％)的烟气中的水冷凝在鼓泡塔中，经微滤或纳滤分离后，可以向***外补充工业水，节省水资源，经组合冷凝后烟气中水蒸发量仅为传统烧结机烟气脱硫喷淋塔的1/10，大幅减少雾霾的形成。

5.根据1中所述***，其特征为：同时采用U型锁闭器和液相催化剂组合进一步净化烟气中的NO_X、SO₂、PM以及单质汞、重金属等，经纳滤或微滤分离后液相催化剂可以回用。