澳门皇冠碱回收工段烟气脱硫脱硝新型处理技术

  摘 要:简要介绍了碱回收工段烟气处理技术现状及发展情况。重点论述了维美德公司投入工厂应用的新型脱硫脱硝处理技术:涤气塔处理烟气系统,其中包括:工艺及流程;主体设备及反应原理;工厂调试开机、运转及工艺优化方面。最后总结了该项技术的优势以及未来工厂应用前景。

  烟气是气体和烟尘的混合物,气体成分中包括水蒸气、SO2、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物以及氮氧化物(NOx,以下同)等,烟尘中包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。烟气广泛产生于如电厂、钢铁厂、浆厂等使用工业炉的工业领域,产生的烟气量巨大,如不加以技术处理,则有害物质会严重影响生态及居住环境。

  鉴于此,世界各国已开始开发研究各种烟气处理技术。对于工业领域内产生的烟气来说,如何高效去除烟气中主要的污染成分SO2及NOx(简称烟气脱硫脱硝)已经成为主流研究领域。中国的烟气脱硫脱硝技术专利申请量自2008年开始,年申请量增加到了20项以上,之后便进入了迅猛增长的时期。到2015年已经累计达到了480项。上述趋势说明,国内市场需求及国家对环保日益严格的要求促进了烟气脱硫脱硝技术的发展。

  近些年随着造纸行业的产能集中,澳门皇冠碱回收工段内的电厂、锅炉以及水泥窑等排放的尾气,尤其是涉及燃煤的烟气治理问题逐渐成为新课题,控制NOx更是势在必行。国家环境保护“十二五”规划中将NOx纳入总量控制指标体系,加大对NO2减排力度,改善大气环境质量。目前对NOx的控制尚处于试点和起步阶段,国家政策的重点是固定源如发电厂、工业锅炉、水泥窑等烟气脱硝治理。

  湿法技术包括:(1)氧化-吸收法:NaClO2或NaClO单独脱硫脱硝,NaClO2/NaClO氧化同时脱硫脱硝,H2O2氧化同时脱硫脱硝;(2)Fe(Ⅱ)E DTA氧化法;(3)氧化铜吸附法;(4)尿素吸收法。

  干法技术包括:(1)活性焦吸附法;(2)电子束法;(3)脉冲电晕等离子体法;(4)Cu O/γ-Al2O3一体化吸收/催化法。

  浆厂碱回收工段将制浆工段产生的黑液固形物分燃烧,经静电除尘器处理之后的气体便成为烟气。在碱回收炉中,氮氧化合物是以初级的NO存在,与空气接触后进一步被氧化成为NO2.NO、NO2等一系列含N化合物。这些氮氧化合物被统称为NOx。在烟气的清洁处理环节中,脱硝相比较脱硫来说,是更复杂的一段。

  目前国内外主要的研究方向基本上是如何高效及环境友好地去除掉NOx。本文结合制浆造纸行业碱回收工段的实际情况以及维美德公司研发的新型脱硫脱硝处理技术(ClO2涤气塔处理烟气系统,以下简称ClO2涤气塔),详细介绍并论述该项处理技术在碱回收工段的应用及其发展前景。

  烟气中的SO2通常使用碱(NaOH)处理掉,对于NOx,考虑到其90%以上是NO,而NO很难溶于水,因此需加入添加剂先将NO氧化成NO2,然后用水吸收。添加剂类型有黄磷盐、高锰酸钾、ClO2、NaClO2、O3、金属螯合物等。维美德公司ClO2涤气塔处理烟气技术便是利用浆厂化学品工段产生的ClO2,利用氧化还原反应原理,将NOx氧化并溶于液体中。本文主要以2017年山东省某厂采用的维美德公司ClO2涤气塔处理烟气项目为例,作详细介绍。

  该套处理技术主要分为三部分:1#涤气塔、2#涤气塔、3#涤气塔。来自碱回收炉的烟气被引入1#涤气塔(即SO2涤气塔),NaOH加入到塔内反应后生成亚硫酸钠。该塔包含一个填料层及一套气雾分离器。塔内产生的亚硫酸钠可以用在浆厂的其它工段。

  出1#洗涤塔的烟气进入到2#涤气塔。在该塔入口区域,化学品ClO2溶液通过喷嘴加入烟道中,从而将NO氧化成NO2,也会有很少部分被氧化成硝酸进入到溶液中。绝大部分的NOx在第一段氧化阶段已经被氧化,随后烟气经过填料层进入到第二段区域,第二段也可以用来去除第一段少量未被氧化的NOx。如果上段中所需被氧化的NO已经完全被氧化,那么该段可以作为洗涤段,保证尽可能少的氯化物进入到3#涤气塔。

  最后烟气到达3#涤气塔,该段主要作用为洗涤气体。洗涤器内部带有填料,从而增加气液的接触面积。氢氧化钠溶液从填料上部喷射,与气体中残余的NOx反应。在1#塔产生的亚硫酸钠也可以用在该段用于洗涤所有在NOx氧化段产生的酸性物质。在该段还可以尽可能地回收2#塔反应后的残余ClO2以及Cl-。少部分的废液会从该段送至污水处理系统。处理完的烟气经过气雾分离器进入到烟气管道,经过湿电除尘器,SO2、NOx以及尘埃达到排放标准后排至大气。

  三个涤气塔内发生的主要反应并不复杂。1#塔的作用是吸收SO2,避免在进一步的反应中SO2被氧化成SO3,从而降低ClO2的用量。化学反应如下:

  2#塔的作用是将N O氧化成二氧化氮NO2,很少一部分被氧化成硝酸。塔分为上下两段,如果对NOx去除效率要求特别高,可以将上段部分用作氧化塔,作用和下段一致。所产生的化学反应如下:

  3#塔的作用是继续吸收并洗涤在2#塔内氧化成的NO2,可选择用1#塔产生的亚硫酸钠吸收,也可以用NaOH吸收。

  维美德公司ClO2涤气塔处理烟气的工艺流程相对比较简单,图1所示为应用于山东省某浆厂的处理烟气工艺流程。整个系统主要分为三部分:1#涤气塔、2#涤气塔、3#涤气塔。每个涤气塔的作用不尽相同,前段工艺介绍中已作陈述。

  维美德公司针对不同的运行系统以及工厂实际情况,均有研发针对性的烟气处理系统,例如可将2#涤气塔设计成一段氧化反应塔,而将3#涤气塔设计为两段(第一段氧化,第二段洗涤)。另外近期维美德在国内还有另外一套烟气处理项目准备开机调试,采用的是简化改良的工艺流程,仅使用1套涤气塔便可完成脱硫脱硝处理,占地面积小、设备更加简化。

  该项目配套需要的设备比较简单,主要包括3个反应涤气塔、4台循环泵、每个塔内的填料装置、挡板以及风机等。项目占地及投资效益比有很大优势。澳门皇冠

  该项目是目前世界上第一套真正在工厂中实践规模应用的项目,维美德公司项目、设计、安装及调试人员与该厂自2017年便开始紧密合作,在项目规定期间内较好地完成了现场安装,并将安装期间产生的设计方面的新问题集中讨论,制定解决方案。当各个配套管线、NaOH、喷淋水、废水、循环管线、烟气等)、循环泵、现场阀门(手动及自动)、各种控制仪表等现场准备完毕后,该厂安排在年度大修期间将烟气管道至1#涤气塔做好接口。随后在碱回收工段开机稳定一段时间后,开始正式调试运行ClO2涤气塔。

  2涤气塔系统,进1#塔的烟气经喷淋水喷淋冷却后进入,温度控制在60~70℃,加入的NaOH与烟气中的SO2迅速反应,绝大部分的SO2在1#塔内已被去除掉。随后烟气进入至2#涤气塔,ClO2溶液同时在烟气进口喷淋,与烟气混合后快速反应。反应后的烟气经过填料进入到第二段洗涤,每段均有循环喷淋系统。烟气从 2#涤气塔的顶部经气雾分离器处理后进入3#涤气塔,主要是洗涤反应后的烟气,尽可能地将NOx溶解在循环液中。DCS运行画面见图2~图4。

  2及尘埃含量经涤气塔处理后非常好地达到目标值以下,基本不需要进一步优化。NaOH用量以及系统的循环液pH在开机调试过程中已调试正常稳定。因此本项目重点优化化学品ClO2用量,同时化验检测处理后的烟气指标,以及产生的废液中的各项指标含量,进而分析该项目在环保方面的影响。

  2用量时,处理后的烟气NOx含量也随之逐步降低,当ClO2用量在0.2L/s时,NOx含量快速下降至20mg/Nm3左右,进一步将用量提至设计值范围0.5L/s时,NOx含量早已降至很低的水平4m g/N m3左右,几乎已经将NOx全部氧化脱除掉。通过以上优化测试,证明该项目运行效果能够完全达到最初的设计,脱硫及脱硝效果显著。目前该项目在日常运行时,ClO2用量为0.1~0.2L/s,处理后NOx含量水平为20~50mg/Nm3。

  3,低于项目要求的指标180mg/Nm3,其原因为当时碱回收系统运行平稳,烟气质量控制较好,故产生的烟气含量较低。并不影响ClO2加入量优化调试。

  2,因此在废液中会产生少量的含Cl化合物,所以维美德公司与工厂也同时对系统内产生的废液加以研究,从数据中证明该项目对污水处理等环境方面有无较大影响。

  2加入量优化调试时间来安排,取样点如图5所示,A点为2#涤气塔下循环区域废液取样,B点为2#涤气塔上循环区域废液取样,C点为3#涤气塔循环区域废液取样。废液取样主要检测残余ClO2、ClO3-以及活性Cl2。检测结果见表4~表6。由检测结果可明显得出系统内三个监测点的残余ClO2为0mg/l,ClO3-检测结果随着氧化反应的深入而逐渐降低至0.2~0.5g/l,活性Cl2检测结果在0.15~0.35g/l,在项目规定设计范围内。

  在烟气NOx减排方面,戚永宜认为目前国内外碱回收炉排放的烟气NOx均不能达到中国国家GB13223-2011火电厂大气污染排放标准中NOx的排放限值。碱回收炉以化学反应为主,与燃煤、燃油以及一般生物质燃料燃烧不同,因此在没有研究出NOx的有效削减措施之前,建议不将碱回收炉定义为生物质发电锅炉,按GB13223-2011中燃煤锅炉(2)的标准或略宽的标准执行。

  2涤气塔处理烟气系统,可以将NOx含量降至远低于国家行业标准(GB13223-2011)的限值,不失为一种有效削减NOx的措施。并且该项目自运行以来,当地环保部门不论是实地还是远程监测,均监测烟气处理排放至大气的指标合格。

  2涤气塔处理烟气系统于2017年在国内某厂成功投用以来运行良好,成功地将公司碱回收工段收集的烟气作进一步排放处理,排放至大气的烟气中SO2以及NOx含量降至设定目标内,甚至远低于国家以及山东省行业大气污染排放标准的限值。项目产生的循环废水经化验检测研究表明,含有的污染物在设计控制范围内,对污水处理车间负荷影响不大,对厂区环境无不利影响。

  2涤气塔处理烟气系统对于配有碱回收系统的现代化浆厂来说,具有巨大的优势,主要体现如下:

  2产品可以直接通过管线涤气塔系统中使用,且用量消耗较少。(2)项目所采用的的氧化剂ClO

  对烟气中NOx的反应迅速且彻底,NOx脱除率经计算能达到75%~90%,同时SO2脱除率计算可达到80%以上,完全达标后排放至大气中。(3)项目占地面积以及设备投资较低,流程简单且可灵活改变,对不同碱回收工段产生的烟气的处理适应性强。

  (5)项目产生的废液中污染物水平处于设计控制范围内,对污水车间负荷无较大影响,对厂区环境无影响。