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治理窑炉尾气方法分析与处理方案

发布日期: 2016年12月23日 点击次数: 浏览: 字体:

  在我国,烟气的除尘、脱硫都有了比较成熟的技术,而脱硝技术的研究则处于研究试验阶段。从发展趋势来看如果不对NOX采取足够的重视NOX完全有可能取代SO2成为大气污染的主要物质。随着人们对环境的更加重视,以及科学发展观和构建社会主义和谐社会的要求,以后的烟气处理应该是脱硫、脱硝和除尘一体化的。近年来,工业发展的不断壮大,但人居生活环境的不断恶化,“节能减排”成为了工业领域中的焦点话题,陶瓷行业又一直被认为是“三高”行业,政府也多次出台政策要求陶瓷行业进行整改,实现转型升级。节能减排成为了陶瓷行业的重要一环。本文主要阐述陶瓷工业窑炉的烟气特性,提出采用改性SNCR低温脱硝与半干法脱硫除尘综合技术治理陶瓷窑炉尾气。简单地分析了该技术的性能及结构特点。

  1前言

  随着国民经济的不断发展,我国陶瓷工业也得到了迅猛发展。据统计陶瓷墙地砖生产量由1991年的2.72亿m2猛增至2012年约90亿m2,产量居世界第一,约占世界的2/3,形势一片大好。但其带来的负面影响--窑炉烟气污染也越来越突出。我国大气中90%的SOX、85%的CO2、80%的ROX(粉尘)和50%的NOX污染均来自陶瓷窑炉、蒸汽锅炉以及其他各种工业窑炉。据资料统计,目前仅在日用陶瓷、建筑陶瓷生产领域中就有3000余座窑炉,达到窑炉总数的70%,因此处理陶瓷窑炉烟气污染就成为了目前应该研究的方向。

  目前的行业中大部分均采用湿式脱硫除尘塔系统,这样的结果是SO2的排放浓度虽然达标,但粉尘排放浓度很难到新的陶瓷工业排放标准(《陶瓷工业污染物排放标准》(GB25464-2010)),而且采用湿法烟气脱硫,将产生大量的脱硫废水,而且污水处理系统所需的占地面积进一步扩大;废水量的增加,占前的行业中大部分均采用湿式脱硫除尘塔系统,地面积的进一步需求,使得产品生产过程中需要的能耗也进一步扩大[3]。近年来市场上出现了一种适合陶瓷工业窑炉废气处理的脱硫除尘技术--喷雾半干法烟气除尘技术。该技术在国内脱硫市场上已有商业运用业绩,除尘脱硫效果也不亚于湿法脱硫。

  在我国烟气污染控制主要集中在除尘和SO2的控制上,随着环境污染的加重以及空气质量要求的提高,NOx的治理己被提上日程。目前我国,对工业窑炉NOx废气的排放也做出了严格的规定,按《大气污染物综合排放标准》GB25464-2010执行。目前SCR脱硝工艺合适的烟气温度是300~420℃,投资及运行费用高,占地面积大,不适合于用地紧张的陶瓷企业窑炉烟气脱硝。

  本文将结合陶瓷工业窑炉烟气的特点,从实际应用角度分析和讨论,提出利用改性SNCR低温脱硝与半干法脱硫除尘综合技术治理陶瓷窑炉尾气。

  2改性SNCR低温脱硝与半干法脱硫除尘综合技术工艺简介

  改性SNCR低温脱硝与半干法脱硫除尘综合技术是在充分利用现有装置的基础上,增设相应装置,实现同时脱硫脱硝除尘。系统中巧妙地设置了脱硝机装置,增加部分管道,系统运行温度为300~450℃,保证系统安全、稳定、连续地运行。

  3改性SNCR低温脱硝技术系统

  3.1改性SNCR低温系统工艺流程

  改性SNCR低温系统其实是在SNCR的基础上加以改进的一项技术,其基本原理与SNCR一样,在一定温度范围内(300~450℃),利用干复药还原NOx。其主要反应为:

  NOx+干复药+O2→N2+H2O

  与SNCR不同的是改性SNCR低温系统将细小的改性药剂溶液雾滴喷入特定管道区域中并使其均匀分布。改性SNCR低温系统是一个烟气管道内的脱硝反应,改性药剂溶液雾滴在管道相应温度窗口区域的精细分布程度是该系统性能的重要影响因素。该系统储存适合浓度的改性药剂溶液并将它循环输送到管道侧,然后利用该企业提供的压缩空气将改性药剂溶液进一步稀释到预设的浓度,并通过计量模块精确计量脱硝反应所需的改性药剂溶液被输送到喷枪。喷枪利用机械雾化和携带风将所需的改性药剂溶液喷入特定管道区域中。在系统优化和调试期间,每支枪的雾化性能和流速等还要根据管道内的实际运行负荷和NOx浓度进行进一步的调整以更好的满足系统要求。脱硝机可与在线监测联网,根据其反馈的数据(例如:处理后浓度、NH3逃逸浓度等)自动对喷药量、药液浓度等参数实施准确调节,以求平衡地达标排放和节省运行费用。

  改性SNCR系统主要由药剂储存箱、药剂输送调节系统、药剂反馈传感器组件、触摸式控制屏、自动调节式药剂喷枪组件等组成。

  3.2技术工艺特点

  与其同类技术工艺相比,本系统具有如下特点:

  (1)使用改性药剂作为还原剂,无毒、无害、不含尿素、不会产生氨逃逸;

  (2)不需要储存、处理带压和危险的无水氨或氨水相应的安全设备;

  (3)使用液态而不是气态反应剂,可以更有效地控制反应剂喷射模式和反应剂分布,保证与烟气良好的混合,在合适的温度下,使药剂得到更充分的利用,有效提高还原剂利用率。

  (4)还原反应剂渗透能力强,液滴尺寸合理,分布均匀,与烟气中的NOx混合良好;

  (5)每一工程的改性药剂喷射系统进行专门量身定做,有墙式喷射器,带伸缩的墙式喷射器以及多喷嘴枪式喷射器,在短的改性药剂喷枪不能覆盖的区域,多喷嘴枪式喷射器能保证所喷射的改性药剂溶液良好的覆盖。

  4半干法脱硫除尘工艺

  陶瓷工业窑炉烟气一般具有以下特性,由于生产中烧成窑的尾气含有较高温度,为了利用余热,一般将烧成窑废气转入前段工艺--干燥窑中,由此造成废气排烟温度相对较低,而由于陶瓷制喷干粉过程中粉尘从液滴吸收热量的过程中吸尘了烟气中的SO2,在窑炉烘干烧成过程中有一部分释放出来,再在烧成过程中燃料燃烧产生的SO2,窑炉废气中SO2浓度较高,而干燥窑干燥过程中产生的湿气也随着废气排放,使得了陶瓷工业窑炉产生的废气具有低温,高湿,高浓度的特性[2]。

  本文介绍的窑炉烟气“半干法脱硫及除尘技术”中处理系统主要由两个工艺过程组成:“干法脱硫”+“布袋除尘”,以及与之配套的风机管路系统、电气控制系统等。它的基本工艺原理是:将一定量的碱性溶液喷入降温脱硫塔内;脱硫雾滴高温蒸发后形成烟气降温脱硫,随烟气进入除尘器,通过除尘器将烟气中的粉尘和脱硫副产物捕集净化,然后经由风机、烟囱达标排放。具体工艺流程见图见图3。

  4.1降温脱硫系统

  4.1.1系统组成及流程

  降温脱硫系统采用的是“喷雾干燥降温脱硫技术”,系统主要由降温脱硫塔、降温脱硫水系统、压缩空气系统等组成,其系统流程如图4所示。

  4.1.2系统配置及结构

  (1)降温脱硫塔

  本系统采用降温脱硫塔作为降温脱硫设备,它由筒体、灰斗、喷咀、导流板、水管、气管等组成。

  烟气进入降温脱硫塔后,在导流板的作用下均匀地向上流动。喷咀采用气水双流喷咀,可以将溶液雾化成50μm的液滴,液滴与高温烟气接触时,可以把烟气当中的热量带走降低烟气温度,同时溶液当中的碱与烟气当中SO2反应,吸收中和了烟气当中的SO2,使其SO2含量达到国家的相关排放标准。当液滴完全蒸发后,烟气再进入除尘器。

  烟气中的粉尘部分在重力作用下落入灰斗中,经布袋捕集后,在振动器的作用下,经卸灰阀排出。

  (2)降温脱硫溶液制备

  根据系统降温脱硫的要求,通过泵与流量调节阀精确配制降温脱硫溶液的浓度,降温脱硫溶液在不锈钢多级离心泵的加压下,经气水双流喷咀以极微小的雾滴喷入降温脱硫塔内。

  4.3系统特点

  (1)结构形式独特,降温脱硫效率高,满足系统要求

  根据烟气治理经验,设计出的降温塔结合了多种降温脱硫系统的优点。通过传感器及自动控制系统,有效地控制相关降温脱硫操作准确性,可以使得烟气稳定地保持一定的温度湿度。

  (2)占地面积小

  降温脱硫塔为立式结构,占地面积很小,另外溶液罐、泵的占地面积也很小。

  (3)工艺简单、节省投资

  根据高温烟气的实际温度,系统自动调整流量,就可方便调温度,不仅满足系统要求,而且节约运行费用。且降温塔运行对陶瓷熔炉的炉压没有影响。

  (4)系统稳定可靠、维护简单

  整个系统活动部件少,降温脱硫溶液采用洁净自来水,系统不存在堵塞问题。

  经脱硫塔后的烟气进入布袋除尘器,合理并稳定解决粉尘、脱硫反应物等易造成烟气粉尘超标的问题。

  降温脱硫塔上所有设备检修都不需要进入降温塔内部,检修设备完全可以不影响陶瓷熔炉的运行,其在线与否不影响陶瓷熔炉的压力。

  所以系统维护很简单,系统故障率低、设备使用寿命长,节省大量的人力和财力。

  (5)塔产物易于处理、无废水产生

  向降温脱硫塔内喷射的溶液在降温脱硫塔内直接蒸发,部分粉尘直接落入降温脱硫塔灰斗中,另一部分进入下一个工艺流程,由除尘器将其捕集,所有副产物均是干态物质,性质稳定,无毒无害。粉尘可以直接废弃。处理方便,不生产废水、废气等二次污染。

  相对其它降温脱硫方法,该半干法降温脱硫工艺节省了大量人力、投资、维护、降温产物处理等成本,所以本降温脱硫技术综合优势还是比较明显。

  总而言之,半干法工艺的优点是:没有水处理系统、没有白烟生成、运行成本低、维护方便、对质量产量无影响、可以全天候达标排放等等。

  4.4除尘系统

  针对窑炉烟气特性,半干法除尘系统的除尘器选用布袋除尘器,目前市面上使用得比较多的布袋除尘器主要有脉冲行喷吹布袋除尘器与箱式布袋除尘器,表1是两种布袋除尘器的分析比较。

  以上比较可以看出,脉冲行喷吹布袋除尘器更适用于窑炉的烟气除尘。

  4.4.1除尘——在线脉冲行喷吹布袋除尘器

  在线脉冲行喷吹布袋除尘器的气体净化方式为外滤式。除尘器由上箱体、中箱体、灰斗、滤袋组件、喷吹装置、卸灰阀、脉冲阀及检测、控制系统等组成。滤袋通过袋笼固定在花孔板上。每排滤袋上部都装有一根喷射管,喷射管上有小喷孔,并与每条除尘滤袋中心相对应。喷射管前装有与空气压缩机相连的脉冲阀,电磁脉冲阀与气缸相连接。控制器定期发出短程的脉冲信号,通过控制阀有序地控制各脉冲阀开启。

  工作时,含尘废气由进风口经中箱体下部进入各单元灰斗,大颗粒粉尘由于惯性碰撞、自然沉降等作用直接落入灰斗、其余粉尘随气流进入中箱体过滤区,粉尘积附在滤袋外表面,过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、排风管排出,从而达到除尘的目的。

  随着过滤工况的进行,滤袋外表面所附积的粉尘不断增加,从而导致除尘器本身的阻力也逐渐升高,滤袋表面附积的粉尘达到一定量时,清灰控制装置发出清灰信号,通过控制阀有序地控制各脉冲阀开启。当脉冲阀开启时,与脉冲阀相连的喷射管与气缸相通,高压空气从喷射孔中以极高的速度喷出。高压气流进入滤袋内,使滤袋剧烈膨胀,引起冲击振动。同时在瞬间内,产生由内向外的逆向气流,使粘在滤袋外表面及吸入滤袋内部的粉尘吹扫下来。吹扫下来的粉尘落入集灰斗内,最后经卸料器排出。各排滤袋依次轮流清灰,待一周期后,又重新开始轮流。

  4.4.2脉冲行喷吹布袋除尘设备的设计特点

  其技术特点:

  (1)滤料作了技术改进,令透气量更高,阻力少,更加节能。

  (2)防腐材料更新换代,避免了长时间使用后会产生的离壳现象,提高了使用寿命。

  (3)除尘器的喷吹清灰电磁阀,由以前的直角式电磁阀改用性能更优良的淹没式脉冲电磙阀,虽然淹没阀相比直角式成本更高,但淹没阀的瞬间通气量更大(可使得清灰更干净,间隔时间更长),阻力小,提高了负荷带动量,扩大了气源压力的使用范围,可以适应气源压力较低的场合使用(最低可到3.5kg/cm2的压缩空气压力)。

  (4)本除尘器,其控制系统经过优化后,不再采用机械式的控制原件进行控制,改为采用PLC的控制方式,同时配套一个触摸控制屏,实时显示各种设备的工作状态及工作参数。同时,各阀门用于检测状态的开关由原来的机械式行程开并,改为感应式电子开关,可有效地减少由行程开并失灵而引起的事故。

  5结论

  在我国,烟气的除尘、脱硫都有了比较成熟的技术,而脱硝技术的研究则处于研究试验阶段。从发展趋势来看如果不对NOX采取足够的重视NOX完全有可能取代SO2成为大气污染的主要物质。随着人们对环境的更加重视,以及科学发展观和构建社会主义和谐社会的要求,以后的烟气处理应该是脱硫、脱硝和除尘一体化的。改性SNCR低温脱硝与半干法脱硫除尘技术的结合很好地顺应这一潮流,而且该系统能够很好地提高窑炉烟气的处理率,解决窑炉生产过程中能耗巨大,成本高的缺点,也能够推动陶瓷行业的转型升级。


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