焦炉烟气循环流化床半干法脱硫技术应用及优缺点分析
2022-10-09 22:24:00
焦炉烟气循环流化床半干法脱硫技术应用及优缺点分析
摘要：我国是工业大国，燃煤电厂、炼焦化学及水泥、化工、玻璃行业等在生产的过程中产生一定量的粉尘、SO2、氮氧化物（NOx）和有害金属元素等，烟气中SO2 对环境的危害最为严重，大量SO2的排放会引起酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏和温室效应等一些列的环境问题，控制大气中SO2的排放引起了全球的关注，同时也是我国目前大气环境中保护的重点和难点。为了解决大气污染，目前来看，就循环流化床办干法脱硫工艺是最为理想的方法。本文对焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺的原理进行了简单的概述，然后就该工艺的优缺点与发展进行了详细地分析。
1 焦炉烟气半干法脱硫技术简介
焦炉烟气半干法脱硫技术是采用循环流化床半干法烟气脱硫工艺，根据循环流化床原理，焦炉烟气在由粉料消石灰构成的沸腾床层内进行化学反应，焦炉烟气在一定的流速范围内，与消石灰吸收剂粉料进行强烈搅动，并多次再循环，延长消石灰吸收剂与焦炉烟气的接触时间，大大提高了吸收剂的利用率。此工艺可以实现消石灰吸收剂的连续输入与输出，循环流化床床层建立后，具有良好的反应性能，而且易于控制，便于消石灰吸收剂的连续循环操作，同时具有流程简单、占地小、投资少等优点。脱硫效率能够达到95%以上，与湿法脱硫相媲美。
1.1 焦炉烟气特点及排放标准
1.1.1焦炉烟气特点
从上表中可以看出：一是焦炉烟气流量大，要求脱硫工艺处理能力大；二是焦炉烟气温度范围基本为180-300℃，温度波动范围较大，焦炉烟气中含有SO2，在180度至230度温度区间内，SO2易与氨反应转化为硫酸铵，造成管道堵塞和设备腐蚀；三是焦炉烟气成分复杂，含水量含量偏高，浓度一般为10%左右；四是焦炉烟囱必须始终处于热备状态，要考虑到脱硫系统进出口烟气温度问题。
1.1.2焦炉烟气排放标准
而河北省在特别地区排放标准基础上再次提标，对焦炉烟气实施超低排放控制，在基准含氧量8%条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分别为10毫克/立方米、30毫克/立方米、130毫克/立方米。根据河北省政府印发的《河北省打赢蓝天保卫战三年行动方案》要求，现有企业自2020年10月1日起执行，新建企业自2019年1月1日实施之日起执行。到2020年10月，全省焦化行业全部完成深度治理，达到超低排放标准。
1.2 焦炉烟气循环流化床半干法脱硫技术应用
焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺系统核心就是循环流化床反应系统，焦炉烟气由流化床下部进入循环流化床反应器内（一般在文丘里管缩口下部），与消石灰粉料在反应器缩口处充分混合均匀，焦炉烟气中SO2与消石灰反应，生成含有结晶水的硫酸钙及亚硫酸钙。硫酸钙及亚硫酸钙等小颗粒反应产物由焦炉烟气从循环流化床反应器顶部带出，经袋式除尘器与烟气分离。分离出的固体小颗粒绝大部分被送回流化床反应器内，以延长消石灰与焦炉烟气的接触时间，提高利用效率。
为了提高脱硫效率，在循环流化床缩口上部布置一层喷雾装置，将水雾化后喷入流化床反应塔下部，使反应温度尽可能接近露点温度，保持在烟囱热备之上。
循环流化床半干法工艺所产生的副产品呈干粉状，其化学组成主要有CaSO3、CaSO4以及未反应的脱硫剂，定期从循环流化床底部排出。
1.3 焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺原理
焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺的原理是消石灰干粉和烟气中的二氧化硫酸性气体，在消石灰颗粒的表面发生反应，反应如下：
Ca(OH)2 SO2→CaSO3 H2O
Ca(OH)2 SO3→CaSO4 H2O
Ca(OH)2 SO2 1/2O2→CaSO4 H2O
在焦炉烟气循环流化床内，消石灰干粉、焦炉烟气及喷入的雾化水，在反应器内充分混合，并多次再循环，使得反应器内参加反应的消石灰量远远大于新投加的消石灰量，从而使SO2、SO3等酸性气体能被充分地吸收，实现高效脱硫，一般脱硫效率能够达到95%以上。
从余热燃烧器定制出来的焦炉烟气，从下部进入循环流化床反应器，焦炉烟气通过底部的文丘里管的缩口进行加速，直接进入循环流化床反应器内，焦炉烟气与固体的消石灰粉料在循环流化床内经过气固两相气流的作用，产生激烈的湍动，实现气固两相充分混合，延长固气两相接触时间，消石灰反应物在上升的过程中，不断形成聚团物，由于重力问题，较大的颗粒聚团物向下飘落，当下落至循环流化床缩口附近，而聚团物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑移速度高达单颗粒滑移速度的数十倍。循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，实现了高效脱硫。
在循环流化床文丘里管缩口处上方设喷水雾化装置，主要目的是降低烟气温度，能够促进SO2与Ca(OH)2反应速率，同时要控制喷水量，焦炉烟气温要高于烟气露点20℃左右，保证排烟温度在热备温度之上。在循环流化床反应器内，消石灰与烟气中的二氧化硫在塔内进行第二步的充分反应，生成副产物主要是含结晶水的硫酸钙、亚硫酸钙等。
焦炉烟气在上升过程中，较小的固体颗粒物随烟气被带出反应塔，较大的团聚物因自重重新回流到循环流化床内，进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸收剂的反应时间，从而有效地保证了脱硫效率。
在整个脱硫系统中，焦炉烟气中含有酸性的SO3 全部去除，而排烟温度始终控制在高于露点温度20℃，能够保证整个系统无腐蚀现象，无须做任何防腐处理。
净化后的含尘焦炉烟气从循环流化床顶部侧向排出，直接进入袋式除尘器，利用引风机动力排入原烟囱。经袋式除尘器系统捕集下来的固体颗粒，通过除尘器下排灰机构，利用压缩空气动能，实现固体颗粒物再循环，返回循环流化床内继续参加反应，经过多次循环，多余的少量脱硫灰渣通过气力输灰输送至脱硫灰仓内，再通过二级输送设备外排。
2 循环流化床半干法脱硫技术优缺点
2.1 循环流化床半干法烟气脱硫技术的工艺优点如下：
①工艺简单、投资和运行费用低；
②吸收剂利用率高、无废水产生；
③脱硫效率能达到90%以上；
④属于半干法脱硫，无废水、废液外排，设备腐蚀小，净化过程温降较氨法脱硫小、利于烟囱排气扩散反应温降低，脱硫后的烟气能够回焦炉烟囱直接排放，能够保证烟囱热备和防止焦炉烟囱酸腐蚀；
⑤脱硫的位置既可以布置在脱硝前，也可以布置在脱硝后，比较灵活；
⑥整套脱硫系统实现无腐蚀。在循环流化床内具有优良的传质传热条件，使反应器内的雾化水迅速蒸发，并且可瞬间脱除全部的酸性气体SO3，并且烟气温度控制在露点温度20℃以上，可确保反应器及其下游设备不会产生腐蚀，整套设备无需防腐；
⑦具有良好的焦炉烟气中二氧化硫浓度变化的适应性，当烟气含硫量或要求的脱硫效率发生变化时，无需增加任何工艺设备，仅需调节脱硫剂的耗量便可以满足更高的脱硫率的要求；
2.2 循环流化床半干法烟气脱硫技术的工艺缺点如下：
①对于烟气中硫含量高且排放要求严格的地区不建议采用；
②脱硫后的烟气中含有颗粒物，因此脱硫后的烟气需增加布袋除尘器方能使颗粒物达标排放。
③固体废弃物：硫酸钙及粉尘混合物
④占地较大
2.3 循环流化床半干法脱硫的改进
（1）加大对脱硫反应器的研发力度，使脱硫剂（消石灰）与烟气在反应器内均匀混合，加大脱硫剂在反应器内停留时间，提高脱硫效率。
（2）对脱硫工艺产生的固体废弃物下游应用加大力度开发，得到合理应用，实现闭环的绿色生产。
3 结语
循环流化床半干法脱硫技术可以有效的治理焦炉烟气中的SO2，与干法脱硫及湿法脱硫的工艺相比，具有操作流程简单、投资少、效率高等优点，完成能够达到《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》。
内容来源：化工管理
摘要：我国是工业大国，燃煤电厂、炼焦化学及水泥、化工、玻璃行业等在生产的过程中产生一定量的粉尘、SO2、氮氧化物（NOx）和有害金属元素等，烟气中SO2 对环境的危害最为严重，大量SO2的排放会引起酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏和温室效应等一些列的环境问题，控制大气中SO2的排放引起了全球的关注，同时也是我国目前大气环境中保护的重点和难点。为了解决大气污染，目前来看，就循环流化床办干法脱硫工艺是最为理想的方法。本文对焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺的原理进行了简单的概述，然后就该工艺的优缺点与发展进行了详细地分析。
1 焦炉烟气半干法脱硫技术简介
焦炉烟气半干法脱硫技术是采用循环流化床半干法烟气脱硫工艺，根据循环流化床原理，焦炉烟气在由粉料消石灰构成的沸腾床层内进行化学反应，焦炉烟气在一定的流速范围内，与消石灰吸收剂粉料进行强烈搅动，并多次再循环，延长消石灰吸收剂与焦炉烟气的接触时间，大大提高了吸收剂的利用率。此工艺可以实现消石灰吸收剂的连续输入与输出，循环流化床床层建立后，具有良好的反应性能，而且易于控制，便于消石灰吸收剂的连续循环操作，同时具有流程简单、占地小、投资少等优点。脱硫效率能够达到95%以上，与湿法脱硫相媲美。
1.1 焦炉烟气特点及排放标准
1.1.1焦炉烟气特点
从上表中可以看出：一是焦炉烟气流量大，要求脱硫工艺处理能力大；二是焦炉烟气温度范围基本为180-300℃，温度波动范围较大，焦炉烟气中含有SO2，在180度至230度温度区间内，SO2易与氨反应转化为硫酸铵，造成管道堵塞和设备腐蚀；三是焦炉烟气成分复杂，含水量含量偏高，浓度一般为10%左右；四是焦炉烟囱必须始终处于热备状态，要考虑到脱硫系统进出口烟气温度问题。
1.1.2焦炉烟气排放标准
而河北省在特别地区排放标准基础上再次提标，对焦炉烟气实施超低排放控制，在基准含氧量8%条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分别为10毫克/立方米、30毫克/立方米、130毫克/立方米。根据河北省政府印发的《河北省打赢蓝天保卫战三年行动方案》要求，现有企业自2020年10月1日起执行，新建企业自2019年1月1日实施之日起执行。到2020年10月，全省焦化行业全部完成深度治理，达到超低排放标准。
1.2 焦炉烟气循环流化床半干法脱硫技术应用
焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺系统核心就是循环流化床反应系统，焦炉烟气由流化床下部进入循环流化床反应器内（一般在文丘里管缩口下部），与消石灰粉料在反应器缩口处充分混合均匀，焦炉烟气中SO2与消石灰反应，生成含有结晶水的硫酸钙及亚硫酸钙。硫酸钙及亚硫酸钙等小颗粒反应产物由焦炉烟气从循环流化床反应器顶部带出，经袋式除尘器与烟气分离。分离出的固体小颗粒绝大部分被送回流化床反应器内，以延长消石灰与焦炉烟气的接触时间，提高利用效率。
为了提高脱硫效率，在循环流化床缩口上部布置一层喷雾装置，将水雾化后喷入流化床反应塔下部，使反应温度尽可能接近露点温度，保持在烟囱热备之上。
循环流化床半干法工艺所产生的副产品呈干粉状，其化学组成主要有CaSO3、CaSO4以及未反应的脱硫剂，定期从循环流化床底部排出。
1.3 焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺原理
焦炉烟气循环流化床半干法脱硫工艺的原理是消石灰干粉和烟气中的二氧化硫酸性气体，在消石灰颗粒的表面发生反应，反应如下：
Ca(OH)2 SO2→CaSO3 H2O
Ca(OH)2 SO3→CaSO4 H2O
Ca(OH)2 SO2 1/2O2→CaSO4 H2O
在焦炉烟气循环流化床内，消石灰干粉、焦炉烟气及喷入的雾化水，在反应器内充分混合，并多次再循环，使得反应器内参加反应的消石灰量远远大于新投加的消石灰量，从而使SO2、SO3等酸性气体能被充分地吸收，实现高效脱硫，一般脱硫效率能够达到95%以上。
从余热燃烧器定制出来的焦炉烟气，从下部进入循环流化床反应器，焦炉烟气通过底部的文丘里管的缩口进行加速，直接进入循环流化床反应器内，焦炉烟气与固体的消石灰粉料在循环流化床内经过气固两相气流的作用，产生激烈的湍动，实现气固两相充分混合，延长固气两相接触时间，消石灰反应物在上升的过程中，不断形成聚团物，由于重力问题，较大的颗粒聚团物向下飘落，当下落至循环流化床缩口附近，而聚团物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑移速度高达单颗粒滑移速度的数十倍。循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，实现了高效脱硫。
在循环流化床文丘里管缩口处上方设喷水雾化装置，主要目的是降低烟气温度，能够促进SO2与Ca(OH)2反应速率，同时要控制喷水量，焦炉烟气温要高于烟气露点20℃左右，保证排烟温度在热备温度之上。在循环流化床反应器内，消石灰与烟气中的二氧化硫在塔内进行第二步的充分反应，生成副产物主要是含结晶水的硫酸钙、亚硫酸钙等。
焦炉烟气在上升过程中，较小的固体颗粒物随烟气被带出反应塔，较大的团聚物因自重重新回流到循环流化床内，进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸收剂的反应时间，从而有效地保证了脱硫效率。
在整个脱硫系统中，焦炉烟气中含有酸性的SO3 全部去除，而排烟温度始终控制在高于露点温度20℃，能够保证整个系统无腐蚀现象，无须做任何防腐处理。
净化后的含尘焦炉烟气从循环流化床顶部侧向排出，直接进入袋式除尘器，利用引风机动力排入原烟囱。经袋式除尘器系统捕集下来的固体颗粒，通过除尘器下排灰机构，利用压缩空气动能，实现固体颗粒物再循环，返回循环流化床内继续参加反应，经过多次循环，多余的少量脱硫灰渣通过气力输灰输送至脱硫灰仓内，再通过二级输送设备外排。
2 循环流化床半干法脱硫技术优缺点
2.1 循环流化床半干法烟气脱硫技术的工艺优点如下：
①工艺简单、投资和运行费用低；
②吸收剂利用率高、无废水产生；
③脱硫效率能达到90%以上；
④属于半干法脱硫，无废水、废液外排，设备腐蚀小，净化过程温降较氨法脱硫小、利于烟囱排气扩散反应温降低，脱硫后的烟气能够回焦炉烟囱直接排放，能够保证烟囱热备和防止焦炉烟囱酸腐蚀；
⑤脱硫的位置既可以布置在脱硝前，也可以布置在脱硝后，比较灵活；
⑥整套脱硫系统实现无腐蚀。在循环流化床内具有优良的传质传热条件，使反应器内的雾化水迅速蒸发，并且可瞬间脱除全部的酸性气体SO3，并且烟气温度控制在露点温度20℃以上，可确保反应器及其下游设备不会产生腐蚀，整套设备无需防腐；
⑦具有良好的焦炉烟气中二氧化硫浓度变化的适应性，当烟气含硫量或要求的脱硫效率发生变化时，无需增加任何工艺设备，仅需调节脱硫剂的耗量便可以满足更高的脱硫率的要求；
2.2 循环流化床半干法烟气脱硫技术的工艺缺点如下：
①对于烟气中硫含量高且排放要求严格的地区不建议采用；
②脱硫后的烟气中含有颗粒物，因此脱硫后的烟气需增加布袋除尘器方能使颗粒物达标排放。
③固体废弃物：硫酸钙及粉尘混合物
④占地较大
2.3 循环流化床半干法脱硫的改进
（1）加大对脱硫反应器的研发力度，使脱硫剂（消石灰）与烟气在反应器内均匀混合，加大脱硫剂在反应器内停留时间，提高脱硫效率。
（2）对脱硫工艺产生的固体废弃物下游应用加大力度开发，得到合理应用，实现闭环的绿色生产。
3 结语
循环流化床半干法脱硫技术可以有效的治理焦炉烟气中的SO2，与干法脱硫及湿法脱硫的工艺相比，具有操作流程简单、投资少、效率高等优点，完成能够达到《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》。
内容来源：化工管理
