萊蕪鋼鐵股份有限公司熱電廠(簡(jiǎn)稱萊鋼熱電廠)的4＃75t/h蒸汽鍋爐,以燃煤粉為主,摻燒高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣。除塵設(shè)施為多管旋風(fēng)除塵器,除塵器進(jìn)口煙氣含塵22.4～26.6g/Nm3,出口含塵3.36～3.99g/Nm3,SO₂產(chǎn)生量約352kg/h。萊鋼焦化廠在焦炭的生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生富氨水40m3/h。經(jīng)汽提處理后排出,外排廢水中COD的濃度為300~500mg/L,氨氮濃度為200~300mg/L,對(duì)自然水系造成嚴(yán)重污染。為此,萊鋼采用了焦化剩余氨水處理煙道氣技術(shù),以煙氣的熱量處理掉焦化富氨水,又以富氨水中的氨去脫煙氣中的SO₂。對(duì)煙氣的排放和焦化廢水進(jìn)行綜合處理,取得了良好的效果。

1 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

鍋爐煙氣進(jìn)入塔前電除塵器,除去煙氣中大部分煙塵后,進(jìn)入特制的裝有雙流噴霧器的設(shè)備PT塔中,氨水由貯槽經(jīng)泵加壓,與壓縮空氣混合后,進(jìn)入塔中的雙流噴霧器。氨水以霧化狀與煙道氣在塔中順流接觸,并發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),煙道氣熱量使氨水中的水分全部汽化,氨水中的NH₃與煙氣中的SO₂、O₂發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨。反應(yīng)后的煙氣再經(jīng)塔后電除塵,由100m煙囪排出,含有硫酸銨和有機(jī)污染物的煙塵回鍋爐焚燒。

2 工作原理

2.1 煙氣的脫硫

2.1.1 酸堿中和反應(yīng)煙道中含有的SO₂為酸性氣體,富氨水中的氨為堿性物質(zhì),它們?cè)赑T塔內(nèi)進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)：

2NH₃ + SO₂ + H₂O →(NH₄)2SO₃

2(NH₄)2SO₃ + O₂ → 2(NH₄)2SO₄

2.1.2 氧化反應(yīng)煙道中的SO₂與氨水中的氰化物在O₂、粉煤灰存在的條件下,進(jìn)行氧化反應(yīng)，既脫煙氣中的SO₂,又分解了氨水中的氰化物:

CN-+ SO₂ + O₂ + H₂O → CNO-+ H₂SO₄

2.2 外排煙氣中與氨水有關(guān)的污染物的達(dá)標(biāo)排放

處理了氨水的外排煙氣,與氨水有關(guān)的氨、酚類、氰化氫、苯、甲苯、二甲苯、BaP等污染物濃度或排放量均低于相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 粉煤灰的吸附作用燃煤鍋爐煙氣中含有粉煤灰,粉煤灰的主要成分有SiO₂、Al2O₃、Fe2O₃、CaO、MgO等氧化物。粉煤灰的比表面積大,固體吸附能力強(qiáng),能夠去除廢水中的COD、色度等難以降解的有機(jī)污染物。

2.2.2 粉煤灰的混凝反應(yīng)粉煤灰中含Al2O₃、Fe2O₃等氧化物,在一定條件下,鋁、鐵等元素將變?yōu)闊o機(jī)鹽混凝劑,所以粉煤灰可看成是一種含量較低的無機(jī)鹽混凝劑。它能降低廢水電位,起到廢水膠體脫穩(wěn)的作用,使污染物沉淀在粉煤灰中,強(qiáng)化了粉煤灰對(duì)廢水中各類污染物的吸附作用。

2.2.3 氧化反應(yīng)鍋爐燃燒過程的過�？諝饬�,PT塔中壓縮空氣加入量,使塔中氧氣含量較高,它是氧化反應(yīng)氧氣的主要來源。例如苯酚:

(1)酚類氧化分解成CO₂、H₂O:C6H5OH + 7O₂ → 6CO₂ + 3H₂O

上述反應(yīng)在鐵鹽、喹啉、氧氣存在的條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)。

(2)氰化物氧化分解為NH₄+、CO₃2-或NH₃、CO₂:

2CN- + O₂ + 4H₂O → 2NH₄+ + 2CO₃2-

CN- + SO₂ + O₂ + H₂O → CNO-+ H₂SO₄

CNO- + 2H₂O → NH₃ + CO₂ + OH-

上述氧化反應(yīng),應(yīng)在粉煤灰吸附條件下進(jìn)行。

2.2.4 酸堿中和反應(yīng)氨水中的酚類物質(zhì)屬有機(jī)弱酸,與粉煤灰中的氧化鈣等堿性物質(zhì)在PT塔中進(jìn)行中和反應(yīng),例如苯酚:

2C6H5OH + CaO → Ca(C6H5O)2 + H₂O

2.3 氨水的零排放

氨水在反應(yīng)塔內(nèi)吸取煙道的熱量,全部汽化,進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)氨水的零排放。

2.4 煙塵的處理

煙塵中的有機(jī)物在鍋爐內(nèi)經(jīng)高溫焚燒分解,分解過程產(chǎn)生熱效應(yīng),具有助燃升溫效果。煙塵中的硫酸銨高溫分解成氨和硫酸,硫酸與粉煤灰中的氧化鈣等堿性物質(zhì)生成硫酸鈣,硫酸鈣隨煤粉灰外排。氨在高溫下分解或脫除鍋爐煙氣中的氮氧化物。

硫酸銨在高溫下脫氨。當(dāng)溫度高于513℃時(shí),硫酸銨按下式進(jìn)行分解:

(NH₄)2SO₄ → 2NH₃ + H₂SO₄

當(dāng)溫度高于900℃時(shí),氨起脫氮作用或分解:

8NH₃ + 6NO₂ → 7N2 + 12H₂O

4NH₃ + 4NO + O₂ → 4N2 + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ → 2N2 + 6H₂O

粉煤灰中的TiO₂、Al2O₃、Fe2O₃、游離碳等將在氨脫氮的反應(yīng)中起催化劑作用。

硫酸銨分解生成的硫酸,與煤粉灰中的氧化鈣、氧化鎂等堿性物質(zhì)起反應(yīng),生成硫酸鈣、硫酸鎂等化合物:

H₂SO₄ + CaO → CaSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + MgO → MgSO₄ + H₂O

綜上所述,煙道氣的傳熱、粉煤灰的吸附、混凝反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)和氧化反應(yīng),是本技術(shù)實(shí)現(xiàn)氨水零排放,鍋爐煙氣脫硫,與氨水有關(guān)的各項(xiàng)污染物達(dá)標(biāo)排放的主要原理。

3 工程運(yùn)行效果

(1)焦化富氨水處理量:4＃鍋爐產(chǎn)生的煙氣量為150000Nm3/h,煙氣溫度和熱值能處理掉5.0~6.0m3/h富氨水。

(2)除塵效率:煙塵監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。

 (3)SO₂脫除量:脫硫劑為焦化濃氨水時(shí)的SO₂脫除量見表2,其中SO₂的排放量低于排放標(biāo)準(zhǔn)(1200mg/Nm3)。

(4)外排煙氣中其他各項(xiàng)污染物濃度或排放量,見表3。

從工程運(yùn)行效果看,該工程實(shí)施后,既減少了外排煙氣中SO₂排放量，又有效地處理了焦化富氨水。外排煙氣中的煙塵、NOx以及與富氨水有關(guān)的各項(xiàng)污染物濃度或排放量均低于相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益

(1)經(jīng)濟(jì)效益:該工程實(shí)施后,每年減少1600t的煙塵排放,煙塵排污費(fèi)為42.5萬元，萊鋼焦化廠節(jié)約蒸汽費(fèi)、廢水排污費(fèi)和萊鋼熱電廠節(jié)約的SO₂排污費(fèi)分別為31.92萬元和26萬元,除去4＃鍋爐脫硫運(yùn)行費(fèi)用33.2萬元,每年獲得經(jīng)濟(jì)效益67.22萬元。

(2)環(huán)境效益:通過對(duì)萊鋼焦化廠富氨水用于脫硫的消化,削減了萊鋼焦化廠富氨水的排放量,使原有污水排放流徑的有毒有害污染物明顯削減,水質(zhì)有了顯著改善。萊鋼熱電廠通過處理煙氣,煙塵的排放量減少,廠區(qū)及周圍的飄塵明顯減少,空氣質(zhì)量顯著改觀。二氧化硫排放量的減少,改善了大氣環(huán)境質(zhì)量,為萊鋼的環(huán)境保護(hù)作出了貢獻(xiàn)。

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