摘要: 概述了活性焦煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的工程應(yīng)用及研究現(xiàn)狀, 介紹了該技術(shù)的工藝特點及化學(xué)過程, 同時對其發(fā)展方向提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞: 活性焦, 脫硫, 脫硝, 煙氣

1 　活性焦

活性焦是以煤炭為原料生產(chǎn)的一種新型吸附材料。目前, 工業(yè)適用的活性焦為直徑5 mm 或 9 mm的柱狀活性焦, 其生產(chǎn)工藝如圖1 所示。與常規(guī)活性炭不同, 活性焦是一種綜合強度(耐壓、耐磨損、耐沖擊) 比活性炭高、比表面積比活性炭小的吸附材料。與活性炭相比, 活性焦具有更好的脫硫、脫硝性能, 且在使用過程中, 加熱再生相當(dāng)于對活性焦進行再次活化, 其脫硫、脫硝性能還會有所增加。

提高活性焦的硫容和強度, 降低活性焦的生產(chǎn)成本是各國研究的重點和難點。目前, 國內(nèi)外活性焦研究方向大致可歸納為以下幾點:

(1) 對現(xiàn)有活性焦造粒技術(shù)的改進, 如生產(chǎn)球型顆粒狀活性焦, 提高其機械強度, 降低其運行過程中的磨損和吸附床層的阻力。

(2) 用低成本原料制備活性焦, 如采用煙煤或褐煤為原料生產(chǎn)活性焦, 基本上不需要添加焦油, 煙煤或褐煤價格也較低, 同時還可以克服活性焦生產(chǎn)的地域限制, 降低運輸費用。

(3) 研制高性能活性焦, 如通過優(yōu)化活性焦生產(chǎn)工藝, 提高活性焦的硫容和穿透特性, 減少活性焦循環(huán)解吸次數(shù)和吸附反應(yīng)器尺寸, 同時提高活性焦的催化脫硝性能, 使一套裝置具有多重凈化功能。

2001 年底, 煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工分院與南京電力自動化設(shè)備總廠聯(lián)合承擔(dān)863 項目, 研制出高性能、低生產(chǎn)成本的活性焦產(chǎn)品, 其性能: 碘值 400～500 mg /g , SO2 吸附量40～180 mg /g , 堆密度016～017 g /mL , 燃點高于400 ℃, 強度9910 %。該產(chǎn)品用于貴州某公司的工業(yè)示范裝置, 運行效果良好。

2 　活性焦煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的工程應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

活性焦吸附法是西德BF 公司在1976 年開發(fā)的, 后經(jīng)日本三井礦山公司改進建立了試驗裝置。該法是以物理- 化學(xué)吸附原理為基礎(chǔ)的干法脫硫- 脫硝技術(shù)。煙氣中的SO2 在活性焦微孔的吸附催化作用下生成硫酸, 再加熱后又生成濃度很高的SO2 氣體, 根據(jù)需要轉(zhuǎn)化成硫磺、液態(tài)SO2 等產(chǎn)品; 煙氣中的NOx 在加氨條件下經(jīng)活性焦催化還原, 生成水和氮氣。1981 年日本對Mitsui-BF 工藝進行了示范試驗(其煙氣處理量為1 000 m3 /h) 。1987 年在Arzbe rg 燃煤電廠的107 MW (45 萬m3 /h) 和 130 MW (66 萬m3 /h) 2 臺機組上安裝了該工藝。 1989 年在德國的Hoechs t 燃煤電廠的77 MW (32.3 萬m3 /h) 機組上也安裝了該工藝。

日本電力能源公司( EPDC) 的350 MW 空氣流化床燃燒(AFBC) 鍋爐中安裝了活性焦脫除 NOx 工藝, 并于1995 年開始運行。該工藝僅采用了一個移動床吸附塔, 處理的煙氣量為116.3 萬m3 /h , 在140 ℃的煙氣操作溫度下, 活性焦循環(huán)速率為 14 600 kg /h 。通過穩(wěn)定運行2 200 h 以上的結(jié)果來看, 在NH3 /NOx 摩爾比為0.85 時, NOx 脫除率可達到80 %。由于從AFBC 鍋爐出來的SO2 排放濃度很低, 所以在SO2 被活性焦吸附的同時, 在第一吸附塔中NOx 也能得到有效的脫除。

最早的用于處理煙氣量為3 萬m3 /h 燃煤鍋爐的活性焦聯(lián)合脫硫脫硝裝置, 于1984 年在日本的 Omuta 開始運行, SO2 和NOx 脫除率可分別達到 98 %和80 %左右, 活性焦的損失為活性焦流量的 2 %或8～9 kg /h , 電耗量為142 kW ·h /h 。

3 　活性焦煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的工藝

活性焦聯(lián)合脫硫脫硝工藝主要由吸附、解吸和硫回收三部分組成, 其工藝流程如圖2 所示。

煙氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器后溫度達到120～160 ℃, 溫度范圍正好處在該工藝的最佳溫度范圍。吸附塔由Ⅰ、Ⅱ兩段組成, 活性焦在立式吸附塔內(nèi)靠重力從第Ⅱ段下降至第Ⅰ段的底部。煙氣先水平通過吸附塔的第Ⅰ段, SO2 在此被脫除, 然后進入第Ⅱ 段, 在此NOx 與噴入的氨反應(yīng)被脫除。