萊蕪鋼鐵股份有限公司熱電廠(簡稱萊鋼熱電廠)的4＃75t/h蒸汽鍋爐,以燃煤粉為主,摻燒高爐煤氣和焦爐煤氣。除塵設施為多管旋風除塵器,除塵器進口煙氣含塵22.4～26.6g/Nm3,出口含塵3.36～3.99g/Nm3,SO₂產生量約352kg/h。萊鋼焦化廠在焦炭的生產過程中,產生富氨水40m3/h。經汽提處理后排出,外排廢水中COD的濃度為300~500mg/L,氨氮濃度為200~300mg/L,對自然水系造成嚴重污染。為此,萊鋼采用了焦化剩余氨水處理煙道氣技術,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。對煙(yan)氣的(de)排放(fang)和焦化廢水進行綜(zong)合處理(li),取得了良好的(de)效(xiao)果。

1 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

鍋爐煙氣進入塔前電除塵器,除去煙氣中大部分煙塵后,進入特制的裝有雙流噴霧器的設備PT塔中,氨水由貯槽經泵加壓,與壓縮空氣混合后,進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,并發生復雜的物理化學反應,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發生反應生成硫酸(suan)銨(an)。反應后(hou)的(de)煙氣再經(jing)塔后(hou)電除塵,由100m煙囪(cong)排出(chu),含有(you)(you)硫酸(suan)銨(an)和有(you)(you)機污染物的(de)煙塵回鍋爐焚燒。

2 工作原理

2.1 煙氣的脫硫

2.1.1 酸堿中和反應煙道中含有的SO₂為酸性氣體,富氨水中的氨為堿性物質,它們在PT塔內進行酸堿中和反應：

2NH₃ + SO₂ + H₂O →(NH₄)2SO₃

2(NH₄)2SO₃ + O₂ → 2(NH₄)2SO₄

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

CN-+ SO₂ + O₂ + H₂O → CNO-+ H₂SO₄

2.2 外(wai)排煙氣中與氨水有關的污染(ran)物的達標排放

處(chu)理了氨水(shui)(shui)的外排(pai)煙氣,與氨水(shui)(shui)有關的氨、酚類、氰(qing)化(hua)氫(qing)、苯(ben)、甲苯(ben)、二甲苯(ben)、BaP等污染物(wu)濃度或排(pai)放量均低于相應的排(pai)放標準。

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(deng)氧化物。粉煤灰的(de)(de)比(bi)表面積大,固體吸附(fu)能力強,能夠去除廢水中的(de)(de)COD、色度(du)等(deng)難以降解的(de)(de)有機(ji)污染物。

2.2.2 粉煤灰的混凝反應粉煤灰中含Al2O₃、Fe2O₃等氧化物,在一定條件下,鋁、鐵(tie)等元素將變(bian)為無(wu)機鹽混凝劑(ji),所以粉煤灰可(ke)看成是一種(zhong)含量較(jiao)低(di)的(de)無(wu)機鹽混凝劑(ji)。它能(neng)降低(di)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)電位,起到廢(fei)(fei)水(shui)(shui)膠體脫穩的(de)作用,使污(wu)染物沉淀在粉煤灰中,強化了(le)粉煤灰對廢(fei)(fei)水(shui)(shui)中各(ge)類(lei)污(wu)染物的(de)吸附作用。

2.2.3 氧(yang)化反應(ying)鍋(guo)爐燃燒過程的過剩(sheng)空(kong)氣(qi)量(liang),PT塔(ta)中(zhong)壓縮空(kong)氣(qi)加(jia)入量(liang),使塔(ta)中(zhong)氧(yang)氣(qi)含量(liang)較(jiao)高,它是氧(yang)化反應(ying)氧(yang)氣(qi)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(ying)在鐵鹽、喹啉、氧氣存(cun)在的條件下，進行(xing)氧化反應(ying)。

(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(ying),應(ying)在粉煤(mei)灰吸附(fu)條(tiao)件(jian)下進行。

2.2.4 酸堿中(zhong)和反應(ying)(ying)氨水(shui)中(zhong)的酚類(lei)物質(zhi)屬(shu)有機弱(ruo)酸,與粉煤灰(hui)中(zhong)的氧化鈣等堿性物質(zhi)在PT塔中(zhong)進(jin)行中(zhong)和反應(ying)(ying),例(li)如(ru)苯酚:

2C6H5OH + CaO → Ca(C6H5O)2 + H₂O

2.3 氨(an)水的零排放

氨水在反(fan)應塔內吸取煙(yan)道的熱量,全部汽化,進行(xing)化學反(fan)應,實現(xian)氨水的零排放。

2.4 煙塵的處理

煙(yan)塵中的(de)(de)有機物在鍋(guo)爐內(nei)經(jing)高(gao)溫(wen)焚燒分(fen)(fen)解,分(fen)(fen)解過程產生熱效應,具有助燃升溫(wen)效果。煙(yan)塵中的(de)(de)硫酸(suan)銨(an)高(gao)溫(wen)分(fen)(fen)解成氨(an)和硫酸(suan),硫酸(suan)與粉(fen)煤灰中的(de)(de)氧(yang)化鈣等堿性物質生成硫酸(suan)鈣,硫酸(suan)鈣隨煤粉(fen)灰外排。氨(an)在高(gao)溫(wen)下分(fen)(fen)解或脫(tuo)除鍋(guo)爐煙(yan)氣中的(de)(de)氮氧(yang)化物。

硫酸(suan)銨在高溫(wen)下脫氨。當溫(wen)度高于513℃時,硫酸(suan)銨按下式進(jin)行(xing)分解:

(NH₄)2SO₄ → 2NH₃ + H₂SO₄

當溫度高于900℃時,氨(an)起脫(tuo)氮(dan)作用或(huo)分(fen)解:

8NH₃ + 6NO₂ → 7N2 + 12H₂O

4NH₃ + 4NO + O₂ → 4N2 + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ → 2N2 + 6H₂O

粉煤灰中的TiO₂、Al2O₃、Fe2O₃、游離(li)碳等將在(zai)氨(an)脫氮的反應(ying)中起催化劑作用。

硫(liu)酸(suan)銨分解生成(cheng)的硫(liu)酸(suan),與煤粉灰中的氧化(hua)鈣、氧化(hua)鎂等(deng)堿性物(wu)質起反應,生成(cheng)硫(liu)酸(suan)鈣、硫(liu)酸(suan)鎂等(deng)化(hua)合物(wu):

H₂SO₄ + CaO → CaSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + MgO → MgSO₄ + H₂O

綜上(shang)所述,煙道氣的(de)傳熱(re)、粉煤灰的(de)吸附(fu)、混凝(ning)反應(ying)、酸堿中和反應(ying)和氧化反應(ying),是(shi)本技術實現氨水(shui)零排放,鍋爐煙氣脫硫,與(yu)氨水(shui)有關(guan)的(de)各項污染物達標排放的(de)主要原(yuan)理(li)。

3 工程運行效果

(1)焦化富氨(an)水處(chu)理(li)量(liang):4＃鍋(guo)爐產生(sheng)的煙(yan)氣(qi)量(liang)為150000Nm3/h,煙(yan)氣(qi)溫度和熱值能(neng)處(chu)理(li)掉(diao)5.0~6.0m3/h富氨(an)水。

(2)除塵效率:煙塵監測結果見表1。

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

(4)外排煙(yan)氣中(zhong)其(qi)他各(ge)項污染物濃(nong)度(du)或排放量,見表3。

從工程運行效果看,該工程實施后,既減少了外排煙氣中SO₂排(pai)(pai)放量，又有效地處(chu)理了(le)焦(jiao)化富(fu)氨水。外排(pai)(pai)煙氣中的(de)煙塵、NOx以及(ji)與富(fu)氨水有關的(de)各項污(wu)染物濃度或排(pai)(pai)放量均低于相(xiang)應的(de)排(pai)(pai)放標準。

4 經濟及環境效益

(1)經濟效益:該工程實施后,每年減少1600t的煙塵排放,煙塵排污費為42.5萬元，萊鋼焦化廠節約蒸汽費、廢水排污費和萊鋼熱電廠節約的SO₂排污費分別為31.92萬元(yuan)和(he)26萬元(yuan),除去4＃鍋爐脫硫(liu)運行費用(yong)33.2萬元(yuan),每年獲得經濟效益67.22萬元(yuan)。

(2)環境(jing)效益:通過對萊(lai)鋼焦(jiao)化廠(chang)富(fu)(fu)氨(an)水(shui)用于脫(tuo)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)消(xiao)化,削減了(le)萊(lai)鋼焦(jiao)化廠(chang)富(fu)(fu)氨(an)水(shui)的(de)(de)(de)排(pai)放量,使原有(you)污(wu)水(shui)排(pai)放流徑的(de)(de)(de)有(you)毒有(you)害(hai)污(wu)染物明顯(xian)削減,水(shui)質有(you)了(le)顯(xian)著改(gai)善。萊(lai)鋼熱電(dian)廠(chang)通過處理煙氣,煙塵的(de)(de)(de)排(pai)放量減少,廠(chang)區及周圍的(de)(de)(de)飄(piao)塵明顯(xian)減少,空氣質量顯(xian)著改(gai)觀。二氧化硫(liu)(liu)排(pai)放量的(de)(de)(de)減少,改(gai)善了(le)大氣環境(jing)質量,為萊(lai)鋼的(de)(de)(de)環境(jing)保護作(zuo)出了(le)貢獻。

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