这是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的脱硫技术。它对燃烧后产生的烟气进行净化。根据脱硫产物的干湿状态,可分为湿法、干法和半干法。
炉内喷钙:
将石灰石或消石灰直接喷入窑炉的高温区。石灰石在高温下分解成CaO,再与SO?反应。
优点:系统最简单。
缺点:反应条件苛刻,效率较低(40%-60%),通常作为初步脱硫。
尾部烟气干法/半干法脱硫:
这是在窑炉出口、除尘器之前的烟道上实施的脱硫系统,是当前的主流技术。上述工艺流程描述的就是这种技术。
根据反应器的形式,可分为喷雾干燥法?和循环流化床法。
SDA:利用旋转雾化器将石灰浆液雾化成极细的液滴,与烟气接触后水分迅速蒸发,形成干粉副产品。它介于干法和湿法之间,但副产品是干态的。
CFB-FGD:在反应塔内,烟气与大量循环的脱硫剂颗粒形成流化床状态,剧烈湍流,混合极好,脱硫效率高(可达95%以上),钙硫比低。
对于窑炉而言,干法/半干法脱硫是一种非常实用且经济的选择。它通过在烟气中喷入消石灰粉并辅以精确的增湿活化,在干燥状态下高效地去除SO?。尽管其绝对脱硫效率可能略低于湿法,但其无废水、系统简单、投资运行成本低的核心优势,使其在水泥、石灰、钢铁、陶瓷等行业的窑炉烟气治理中占据了主导地位。在选择时,需要根据具体的排放标准、场地条件、投资预算和运行成本进行综合权衡。
]]>脱硫剂制备与储存系统:
外购的粉状消石灰储存在仓罐中。
通过定量给料机和输送设备,将消石灰送入后续系统。
反应系统:
喷射系统:利用罗茨风机提供的压缩空气,通过专用的喷枪将消石灰粉末均匀、高速地喷射到烟道或反应器中。
反应器/增湿塔:这是核心反应场所。在这里,喷入的消石灰与烟气充分混合。同时,通过高压水泵和双流体喷嘴,向反应器中喷入精细雾化的水珠,对烟气进行“增湿降温活化”。
除尘系统:
反应后的烟气携带大量固态副产物和未反应的脱硫剂,进入袋式除尘器。
在除尘器滤袋表面,未反应的脱硫剂会形成一层“滤饼”,可以继续与穿透的SO?反应,实现“二次脱硫”,进一步提高脱硫效率。
灰循环与排放系统:
为了节约脱硫剂,从除尘器收集下来的部分灰渣可以通过循环输送系统,再次送回反应器入口进行再利用。
剩余的副产物作为固体废物排出,外运处理。
优势:
系统简单,占地小:特别适合现有窑炉的环保改造,对场地要求不高。
投资和运行成本低:相对于湿法脱硫,设备和土建投资都较小,运行维护简单。
无废水排放:整个过程是干态的,避免了废水处理难题。
对窑况适应性强:启??焖?,能适应窑炉负荷的变化。
副产品为干态:易于处理和运输,在水泥厂中有时可与原料一并处理。
挑战与局限性:
脱硫效率相对有限:常规干法脱硫效率通常在80%-90%左右,难以达到湿法(>98%)的水平。但对于许多排放标准不是极端严格的窑炉来说已经足够。
脱硫剂消耗量大:由于气固反应效率问题,钙硫比(Ca/S)通常较高(1.5以上),导致消石灰消耗量较大。
对操作要求高:喷水量和喷粉量的控制非常关键。水少了,反应效率低;水多了,可能导致物料粘壁、堵塞,甚至腐蚀设备。
副产物价值低:产生的亚硫酸钙和硫酸钙混合物利用价值不高,通常作为固废填埋。
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烟气温度窗口:
难点:不同窑炉的排烟温度差异很大。例如,水泥窑尾烟气约300-350°C,而玻璃窑烟气可能高达500°C以上。催化剂有最佳活性温度窗口(通常是300-400°C)。
对策:
高温催化剂:对于温度过高的场合,需使用耐高温的催化剂(如特种分子筛催化剂)。
烟气调温:在温度过低时,可通过补燃炉或换热器提升烟气温度;温度过高时,则需喷水降温或通过换热器降温。这会增加能耗和系统复杂性。
高粉尘与特殊粉尘:
难点:窑炉烟气含尘浓度高,且粉尘性质特殊。例如:
水泥窑:粉尘中含碱金属、碱土金属和重金属,会导致催化剂中毒和堵塞。
玻璃窑:粉尘中含有酸性成分,具有腐蚀性。
对策:
“高尘”布置:最常见的布置方式,将SCR反应器安装在窑炉主流程中(如水泥窑的预热器C1旋风筒之后)。优点是烟气温度合适,缺点是催化剂工作环境恶劣。
“低尘”布置:在SCR反应器前加设高温电除尘器,预先除去大部分粉尘,大大减轻了催化剂的磨损和堵塞,延长了其寿命,但增加了设备和能耗。
“末端”布置:在烟气经过所有热回收和除尘设备后,进入SCR反应器。此时烟气温度已很低,必须使用低温催化剂,且可能需要重新加热烟气,运行成本高。
催化剂中毒与失活:
难点:烟气中的碱金属、砷、磷?等会与催化剂活性中心发生反应,导致其永久性中毒。CaO会与烟气中的SO3反应生成CaSO4,覆盖在催化剂表面,造成物理堵塞。
对策:
催化剂配方优化:开发抗中毒能力强的催化剂,例如通过添加保护性助剂或采用特殊的孔道结构。
增大催化剂节距:设计更宽的催化剂孔道,减少粉尘堵塞的风险。
定期吹灰和维护:强化清灰效果。
SO2/SO3转化与铵盐堵塞:
难点:烟气中的SO2会被SCR催化剂氧化成SO3。SO3会与喷入的NH3反应生成硫酸氢铵,该物质在低温下(通常<280°C)呈粘稠状,会严重堵塞和腐蚀下游设备(如空预器和风机)。
对策:
控制SO2转化率:选用低SO2氧化率的催化剂。
提高运行温度:确保SCR出口温度高于硫酸氢铵的露点温度。
控制氨逃逸:精确控制喷氨量,减少未反应的NH3。
]]>还原剂供应系统:通常使用尿素溶液?或氨水?作为还原剂来源。在安全要求极高的场合,也可能使用液氨,但其存储和使用有严格规定。尿素溶液因其安全性是目前最常用的选择。
喷氨格栅:安装在SCR反应器前的烟道中,负责将蒸发的氨气与空气混合后,均匀地喷入烟气中。均匀性是关键,直接影响脱硝效率和氨逃逸。
SCR反应器:是系统的核心。内部装有催化剂,烟气与氨气在这里发生还原反应。
催化剂:这是技术的核心。窑炉SCR催化剂需要根据具体的烟气温度、成分和粉尘特性进行选择。
吹灰系统:由于窑炉烟气通常含尘量高、粉尘性质特殊(如粘性大),必须配备有效的吹灰系统(如蒸汽吹灰、声波吹灰?或两者结合)来持续清除催化剂表面的积灰,防止堵塞和活性下降。
这是SCR技术最核心的优势。
通常设计脱硝效率可达?80%-95%?以上,甚至更高。
能够将烟气中的NOx浓度降至极低的水平(例如,可轻松达到50mg/Nm3以下,以满足最严格的超低排放标准)。
这使得它成为应对严格环保法规的首选技术。
SCR技术自20世纪70年代在日本开始商业化应用,至今已有数十年的发展历史。
系统流程、关键设备(如催化剂、喷氨格栅)和控制系统都已非常标准化和成熟。
在全球范围内有成千上万的成功应用案例,尤其是在燃煤电厂、燃气轮机、工业锅炉和船舶发动机等领域,长期运行的可靠性得到了充分验证。
在理想工况和正确操作下,SCR反应的最终产物是无害的氮气和水,化学方程式为:4NO + 4NH? + O? → 4N? + 6H?O。
不会产生需要额外处理的固体废弃物或有害液体,避免了二次污染问题。
催化剂“选择性”地促进NH?与NOx的反应,而不是与烟气中的其他成分(如SO?、O?)大量发生副反应。
这大大降低了还原剂(氨或尿素)的消耗量,提高了经济性。
系统能够通过调节喷氨量,来适应锅炉负荷变化和NOx入口浓度波动,保持出口NOx浓度的稳定。
通过合理的催化剂设计和布置,可以适应不同燃料(煤、气、油、生物质等)的烟气条件。
通过优化流场设计、精确控制喷氨和定期监控催化剂活性,可以将未参与反应的氨逃逸?控制在很低的水平(通常< 2.5 ppm),从而减轻对下游设备(如空预器)的堵塞和腐蚀。
SCR技术可以与其他污染物控制技术很好地结合,形成高效的协同治理系统。最典型的例子是与静电除尘器?和湿法脱硫?组成的“SCR + ESP/FF + WFGD”系统,实现对多种污染物(NOx, 粉尘, SO?)的联合脱除。
小苏打储存与给料系统:
小苏打原料储存在储仓中。
通过精确的给料机(如螺旋给料机),将小苏打粉末按需输送到研磨系统。
研磨与喷射系统(最关键的部分):
研磨:小苏打原料通常需要通过喷射研磨机进行超细研磨。将其研磨至直径在20-30微米甚至更细的粉末。增大比表面积是提高反应效率和脱硫率的关键。
喷射:研磨后的高活性小苏打粉末通过一套或多套喷射装置,被均匀地喷入烟气管道(通常在省煤器之后,除尘器之前的烟道中)。
反应区:
喷射点后方的烟道即为反应区。在这里,小苏打粉末与烟气充分混合,并发生上述的热分解和中和反应。
为了保证反应效率,需要确保烟气在反应区内有足够的停留时间(通常为1-2秒),并且温度要控制在140-190°C的最佳窗口。
副产品收集系统:
反应后产生的固态副产品随烟气进入下游的除尘器(通常是布袋除尘器)。
布袋除尘器不仅收集了脱硫副产品,其滤袋表面形成的粉尘层还能提供额外的反应界面,进一步提高脱硫效率。
系统简单,投资较低:相对于复杂的湿法脱硫系统,干法系统设备少,占地面积小,土建和安装成本低。
无废水、无白烟:整个过程是干式的,不产生废水,避免了废水处理问题和烟囱出口的“白色烟羽”现象。
布置灵活,改造方便:特别适合对现有锅炉或窑炉进行脱硫改造,因为只需在原有烟道中加装喷射点即可,对原有系统影响小。
启??焖?/strong>:可以随生产设备的启停而快速启停,没有湿法系统那样的预热和清空过程。
副产品为干态,易于处理:收集的副产品是干粉,可用于填埋或作为某些工业生产的原料(如玻璃制造)。
吸收剂消耗量相对较大:与湿法相比,其化学计量比(实际用量与理论用量的比值)较高,通常需要1.5-2.0甚至更高,这意味着小苏打的消耗量更大,运行成本受小苏打价格影响显著。
脱硫效率有一定限制:在常规操作下,脱硫效率通常能达到90%-98%,但对于排放标准极其严格的地区,可能不如高效湿法脱硫(>99%)。
对操作要求高:喷射量、烟气温度、粉末细度、混合均匀度等参数都需要精确控制,否则会影响效率和成本。
可能对除尘器造成负担:喷入的粉末会增加下游除尘器的粉尘负荷,需要除尘器有足够的处理能力。
小苏打干法脱硫是一种简洁、高效、无二次污染的烟气净化技术。它完美地利用了小苏打的化学特性,通过简单的“研磨-喷射-反应-收集”流程,将气态污染物转化为固态副产品。虽然其在吸收剂消耗量和极限脱硫效率上略逊于成熟的湿法技术,但其在投资成本、系统复杂性、无废水排放和改造灵活性方面的巨大优势,使其在许多特定应用场景中成为了极具竞争力的首选方案。
]]>下面我将详细阐述干法脱硫的主要好处:
系统简单,投资成本低:
干法脱硫工艺无需复杂的浆液制备和输送系统,也没有吸收塔和喷淋层。设备结构相对简单,因此初期建设投资通常低于湿法脱硫。
运行费用较低:
无需对浆液进行加热,能耗较低。
不需要处理大量的工艺水,节约了水资源费和水处理成本。
设备简单,维护和检修的工作量和成本也相对较低。
占地面积小:
由于省去了庞大的制浆系统和吸收塔,干法脱硫系统的设备紧凑,占地面积小,这对于场地受限的工厂改造项目尤其具有吸引力。
无废水产生:
这是干法脱硫最显著的优势之一。整个过程是干态的,不产生任何需要后续处理的脱硫废水,避免了复杂的废水处理系统和相应的运行成本及环境风险。
无“白烟”现象:
湿法脱硫后的烟气饱和含水,排出后常会形成长长的“烟羽”(俗称“白烟”),影响视觉观感。干法脱硫后的烟气温度较高,含水量低,基本不会产生“白烟”问题。
产物处理相对简单:
反应后的副产物是干态的粉状物(主要是CaSO?、CaSO?和未反应的吸收剂),可以直接用现有的除尘器(如布袋除尘器)收集。这些干灰便于运输和综合利用,例如作为建筑材料添加剂或用于筑路。
操作简单,启停方便:
系统启动和?;浅Q杆?,可以很好地适应锅炉负荷的变化,特别适合间歇性运行的工况。
腐蚀性问题小:
设备和烟道内处于干态环境,避免了湿法脱硫中常见的低温腐蚀和结垢问题,对设备的材质要求较低,使用寿命更长。
特别适合缺水地区:在水资源匮乏的地区,干法脱硫无需消耗大量工艺水,优势极为明显。
适合中小型锅炉:对于处理气量不大、SO?浓度不高的烟气(如工业锅炉、烧结机、垃圾焚烧炉等),干法脱硫在技术和经济上都是非常理想的选择。
易于改造:对现有工厂进行脱硫改造时,因其占地小、系统简单,更容易集成到原有系统中。
这是目前效率最高、应用最广的脱硝技术,是实现超低排放的关键。
基本原理:在催化剂作用下,向烟气中喷入还原剂(通常是氨气NH??或尿素CO(NH?)?),在特定温度窗口(通常为300-400℃)内,将NO?选择性地还原为N?和H?O。
系统构成:
还原剂供应系统:储存和制备氨水或尿素溶液。
喷氨格栅(AIG):将还原剂均匀喷射到烟气中。
反应器:内部装有催化剂,是发生化学反应的场所。
催化剂:这是SCR系统的核心和成本大头。通常为V?O?-WO?/TiO?(二氧化钛为载体,五氧化二钒为主活性成分,三氧化钨为助剂)。催化剂的性能(活性、选择性、寿命)直接决定脱硝效率。
布置位置:通常位于锅炉省煤器和空气预热器之间,称为高尘布置。此处烟气温度最适合催化剂工作。
优点:脱硝效率高(可达90%以上),技术成熟,反应温度窗口较宽。
挑战与重点:
催化剂中毒与堵塞:烟气中的灰尘(飞灰)、碱金属(如K, Na)、砷(As)、SO?等会导致催化剂活性下降、孔隙堵塞,需要定期吹灰和更换,成本高昂。
SO?/SO?转化:催化剂会使部分SO?氧化为SO?,与逃逸的NH?反应生成硫酸氢铵(ABS),后者在低温下(空预器)具有粘性,会造成设备堵塞和腐蚀。
氨逃逸:未反应的NH?随烟气排出,会造成二次污染和设备问题。控制氨逃逸是SCR运行的关键指标。
基本原理:在不使用催化剂的情况下,将还原剂(通常是尿素或氨水)喷入炉膛高温区(850-1100℃),NO?在此温度下被还原。
系统构成:相对简单,主要是还原剂储存制备系统和位于炉膛上的喷射器。
优点:系统简单,投资成本低,无需催化剂,无堵塞问题。
缺点:脱硝效率较低(通常为30%-50%),对温度窗口要求极为严格,还原剂消耗量大,氨逃逸率高。
应用场景:常用于对脱硝效率要求不高的中小型锅炉,或作为SCR的补充(例如在低负荷时,SCR入口温度过低,可在炉膛上部进行SNCR初步脱硝)。
这是目前全球公认的效率最高、应用最广的末端脱硝技术,尤其适用于大型电站锅炉和工业窑炉。
优点:
脱硝效率极高,可达90%以上。
技术成熟,运行稳定可靠。
缺点:
初始投资和运行成本高。
催化剂属于危险废物,需要定期更换和处理。
对烟气温度有要求(通常300-400℃),需要精心设计布置位置。
相比SCR,这是一种更经济但效率较低的技术。
原理:?在不使用催化剂的情况下,将还原剂(尿素或氨水)喷入炉膛高温区(850-1100℃),与NOx发生还原反应。
优点:
系统简单,投资成本远低于SCR。
占地面积小,改造方便。
缺点:
脱硝效率较低,通常为30%-50%。
对温度窗口要求苛刻,控制难度大。
氨逃逸率较高(未反应的氨气排入大气)。
3.SCR与SNCR的结合(SNCR-SCR混合法)?可以兼顾经济性与高效率,先用SNCR实现初步脱硝,再用小型的SCR装置进行深度处理。
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