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焦炉烟气钢渣湿法联合脱硫脱硝试验研究

来源:湿法冶金 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-01-18
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摘要:移动阅读 MENG Ziheng,WANG Chenye,WANG Xingrui,et study on simultaneous desulfurization and denitrification by steelmaking slag for coke oven flue gas[J].Clean Coal Technology,2020,26(6):210-216. 0 引 言 焦化企业是煤化工中

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MENG Ziheng,WANG Chenye,WANG Xingrui,et study on simultaneous desulfurization and denitrification by steelmaking slag for coke oven flue gas[J].Clean Coal Technology,2020,26(6):210-216.

0 引 言

焦化企业是煤化工中的重污染行业,根据国家统计局和中国炼焦行业协会统计数据,截至2018年底,全国焦化生产企业470多家,焦炭总产能6.5亿t。百万吨级焦炭生产过程约排放焦炉烟气40万m3/h,其中根据焦炉生产工艺、炉型、原料煤有机硫含量等因素的差别,焦炉烟气中SO2含量在60~800 mg/Nm3,NOx含量在400~1 200 mg/Nm3。2019年4月,生态环境部等印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,要求截至2020年底,重点区域钢铁企业力争完成60%左右超低排放改造;2025年底前,重点区域钢铁企业超低排放改造基本完成,全国力争80%以上产能完成改造。焦化企业焦炉烟气执行的超低排放标准为SO2排放量低于30 mg/Nm3,NOx排放量低于150 mg/Nm3。部分地区对焦化企业的大气污染物排放提出了更高要求,发布了更为严格的地方排放标准。如河北省发布的《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》(DB 13/2863—2018)要求[1],SO2排放量低于30 mg/Nm3,NOx排放量低于130 mg/Nm3。随着焦化行业大气污染物排放标准越来越严格,焦化企业面临巨大的减排压力。目前焦化行业逐步开展了多种脱硫脱硝处理技术的应用探索,如PDS一塔式脱硫技术、氨法脱硫、FGD脱硫技术、双碱脱硫技术与SCR法脱硝技术耦合。但焦炉烟气出口温度相对较低,一般在180~230 ℃,与电厂320~400 ℃烟气温度相比较低,因此常规SCR法无法满足脱硝技术需求[2-4]。

我国钢铁行业每年产生大量的固体废渣,其中大部分是炼钢过程产生的钢渣[5]。钢渣产率是粗钢的8%~15%[6],由于成分波动大、稳定性差、易磨性差等原因,钢渣的综合利用低于40%,截至2014年,全国钢渣累积堆存量近13.8亿t[7]。未被利用的钢渣处于堆存和填埋状态,不仅造成生态环境的污染和破坏,而且会造成土地资源的浪费[8]。钢渣中含有大量的CaO、MgO等碱性物质,其中CaO含量为30%~60%[9],可作为低成本脱硫剂[10]。吴忠标等[11]对钢渣进行湿法脱硫试验研究,提出钢渣湿法脱硫的反应机理,研究了主要参数及添加剂对脱硫率的影响,脱硫率为50%~70%。于同川等[12]在旋流板塔中进行了钢渣湿法脱硫脱硝研究,结果表明,钢渣浆液质量分数为2%、进口气体温度为20 ℃,液气比大于4.85时,钢渣湿法脱硫率可达85%以上。丁希楼等[13]研究了液气比、浆液浓度、浆液pH值等参数对钢渣湿法烟气脱硫的影响。He等[14]将钢渣、粉煤灰混合再用微波改性后,作为脱硫脱硝吸收剂,在最佳试验条件下SO2和NOx的脱除率分别为70.9%和69.6%。邱伟等[15]用氢氧化钠和柠檬酸作为添加剂强化钢渣湿法脱硫,脱硫率分别在80%和90%以上。

由于钢渣湿法脱硫技术具有脱硫效率高、技术成熟运行稳定、脱硫脱硝后尾渣可作为水泥缓凝剂利用等优点,近年来得到国内大量企业的认可。浙江宁波太极环保设备有限公司[16]研制的DS-二氧化硫烟气治理技术,以钢渣粉代替石灰石等传统脱硫剂吸收SO2,在包头钢铁集团、德龙钢铁有限公司相继投产。但以钢渣作为吸收剂实现同时脱硫脱硝鲜见报道[17]。本文以焦炉烟气为目标,考察不同条件对钢渣同时脱硫脱硝效率的影响,并得到最优的运行条件;研究了钢渣同时脱硫脱硝过程变化,得到钢渣同时脱硫脱硝机理。

1 试 验

试验在自行搭建的脱硫脱硝装置上进行,装置由模拟烟气供气系统、模拟烟气吸收系统和尾气分析系统组成,如图1所示。供气系统由钢瓶供气,各路气体流量由质量流量计控制。模拟焦炉烟气中SO2质量浓度为500 mg/m3(SO2标准气体:1.6% SO2/N2,北京氦普北分气体工业有限公司),NO质量浓度为1 000 mg/m3(NO标准气体:1.6% NO/N2,北京氦普北分气体工业有限公司),O2体积分数为5%(99.999% O2,北京氦普北分气体工业有限公司),平衡气体为N2(99.999% N2,北京氦普北分气体工业有限公司)。吸收系统为自制小型鼓泡搅拌反应器,浆液温度通过加热板控制,吸收时间3 h。进口模拟烟气和尾气中的NO、SO2、O2浓度通过气体质谱仪(LC-D型,美国AMETEK公司,Trend mode)在线实时监控,停留时间通过改变气体流量来控制。SO2和NO的脱除率的计算公式为

图1 试验装置示意Fig.1 Schematic diagram of experimental setup

式中,η为SO2或NO的脱除率;Cin为进口SO2/NO质量浓度,mg/m3;Cout为出口SO2/NO质量浓度,mg/m3。

球磨后(YXQM-ZL型行星式球磨机,长沙米淇仪器设备有限公司)筛取粒度小于75 μm的钢渣微粉,按照预定比例配置一定浓度的浆液,预处理搅拌10 h以模拟现场浆液。钢渣的化学组分采用X射线荧光光谱仪(XRF,荷兰帕纳科公司,60 kV,50 mA)分析,矿相结构采用X射线衍射仪(XRD,荷兰帕纳科公司,4 kV,40 mA,Cu-Kα射线)分析。脱硫脱硝后浆液经过过滤得到滤液,通过离子色谱仪(IC,美国赛默飞世尔科技公司,ICS-5000+)测试滤液中的和浓度,通过电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES,美国赛默飞世尔科技公司,ICAP 6300)测试其中离子的含量;得到的滤渣经过洗涤干燥(105 ℃)测试其矿相结构(XRD)。

文章来源:《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2021/0118/384.html



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