一种智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化技术_彭伟.pdf

广东化工2023年 第6期第50卷 总第488期一种智能高效精准一种智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化技术烟气脱硫除尘一体化技术彭伟，彭峻，易作宏，王乾沩(湖南安普诺环保科技有限公司，湖南 长沙410100)摘要SDS烟气脱硫技术目前广泛应用于焦炉烟气与工业窑炉烟气的治理，在以往实施案例中，SDS烟气脱硫系统的运行往往存在脱硫剂使用量大，脱硫效率不高的情况。湖南安普诺环保科技有限公司针对此问题提出ENPRO专利技术一种智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺技术，用于解决常规SDS脱硫系统运行过程中出现的以上问题，以保证脱硫体统的正常稳定运行，旨在提高脱硫效率、减少脱硫剂的用量，为企业脱硫系统的运行创造效益。关键词SDS；H-SDS；脱硫；环境保护；烟气治理中图分类号TQ文献标识码A文章编号1007-1865(2023)06-0158-03An Intelligent,Efficient and Precise H-SDS Flue Gas Desulfurization andDust Removal Integration TechnologyPeng Wei,Peng Jun,Yi Zuohong,Wang Qianwei(Hunan ENPRO Environmental Technologies Co.,Ltd.,Changsha 410100,China)Abstract:SDS flue gas desulfurization technology is widely used in coke oven flue gas and industrial kiln flue gas treatment,In the past implementation cases,the operation of SDS flue gas desulfurization system often has a large amount of desulfurizer and low desulfurization efficiency.In order to solve this problem,Hunan Anpu Nuo Environmental Protection Technology Co.,Ltd.proposed ENPRO patent technology-an intelligent,efficient and accurate H-SDS integrated processtechnology for flue gas desulfurization and dust removal，Used to solve the above problems in the operation of conventional SDS desulphurization system，Toensure the normal and stable operation of the desulfurization system,The purpose is to improve the desulfurization efficiency,reduce the amount of desulfurizer,andcreate benefits for the operation of enterprise desulfurization system.Keywords:SDS；H-SDS；the desulfurization；environmental protection；flue gas随着环保排放要求越来越严格，企业治理污染的力度也不断加大，焦炉烟气与工业窑炉烟气的治理也越来越受到重视。焦炉与工业窑炉的生产过程中会产生含粉尘、SO2、NOx等有害物质的废气，对环境造成污染。为减少焦炉烟气中SO2和粉尘等有害物质排放量，使其满足环保要求，同时更好地改善大气环境质量，很多先进的方法已被应用于实际项目1。针对我国越来越严格的烟气排放标准，具有高效、稳定运行性能的烟气脱硫除尘一体化技术将是我国烟气治理技术的重要发展方向2。目前，烟气的脱硫方法主要可以分为以下三大类：湿法、半干法和干法3。湿法脱硫主要以石灰/石灰石石膏石法、双碱法等为主，该方法脱硫效率高(90%98%)，系统稳定可靠，脱硫剂价格便宜；但存在整个体系设备占地面积大，一次性投资费用较高，不能去除重金属、二噁英等多种污染物等缺点。如采用常规的湿法或半干法脱硫技术处理这种低SO2浓度的烟气，一次投资相对较大，并有水资源的消耗或废水排放的问题4-6，同时烟气温度将降至50100。干法脱硫工艺简单、无污水处理、能耗低且腐蚀性小，克服了传统湿法工艺在脱硫塔及管道内容易结垢、堵塞和结露等缺点，但干法脱硫效率较湿法、半干法却有待提高2。现阶段，此类项目脱硫工艺使用的最多还是SDS烟气脱硫技术。湖南安普诺环保科技有限公司针对SDS烟气脱硫技术存在的问题，结合国外先进脱硫技术，进行科技创新，开展智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺研究，旨在提高脱硫效率、减少脱硫剂的用量，为企业脱硫系统的正常运行提供保障，降低脱硫运行费用。1 SDS烟气脱硫除尘系统简介及存在问题烟气脱硫除尘系统简介及存在问题SDS烟气脱硫除尘技术是一种干法管道喷射碳酸氢钠脱硫技术7与布袋除尘技术相结合的大气治理技术，是将高效脱硫剂(粒径为2025 m)均匀喷射在管道内，脱硫剂在管道内被加热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应，烟气中的SO2等酸性物质被吸收净化，经吸收并干燥的含粉料烟气进入布袋除尘器进行进一步脱硫反应及烟尘净化。SDS脱硫脱酸反应综合方程式8如下：2NaHCO3+SO3=Na2SO4+H2O+2CO22NaHCO3+1/2O2+SO2=Na2SO4+H2O+2CO2NaHCO3+HF=NaF+H2O+CO2NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2现有SDS脱硫系统在运行中存在如下缺点：(1)脱硫剂的喷射大部分为单点喷射，并未进行CFD流场模拟及CKM模拟，仅仅通过计算反应时间来确定喷射点的位置；(2)未设置专用喷射装置及专用反应器，存在脱硫剂与烟气混合不够均匀的情况，导致脱硫剂消耗量较大，运行成本较高；(3)SDS烟气脱硫系统要求系统的运行烟温在140之上，最低不能低于130，烟温过低会带来SO2超标及脱硫剂消耗量增加并使得布袋在运行过程中发生糊袋现象。现有SDS脱硫系统不具有烟温调节功能，运行过程中时有烟温过低的情况，从而给脱硫装置的正常运行和企业达标排放带来影响。2智能高效精准智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化烟气脱硫除尘一体化工艺概述工艺概述我司研发的智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺，针对现有的SDS脱硫系统及反应器装置进行深度剖析，并采用云计算技术、先进的CFD流场模拟技术、CKM模拟技术，通过科学模拟来确定喷射点的布置及反应器内部构件的位置、形状、尺寸和数量，使气流与脱硫剂尽量混合均匀，提高脱硫效率，降低脱硫剂的消耗指标及运行成本。其原理是：安装多点可独立控制的脱硫剂喷射系统，利用自动化智能实时优化控制系统对生产工况的变化实时跟踪，根据工况及时调整并分别控制脱硫剂的喷射位置及喷射量；脱硫剂的喷射采用专用喷枪；并设置专用高效脱硫反应器，从而达到提高脱硫效率、减少脱硫剂用量的目的。同时，在极限工况条件下，通过设置的烟气温度调节措施，确保系统能正常运行，保证污染物排放指标达标排放，避免系统故障，为企业带来显著效益。收稿日期2022-09-19基金项目湖南省科技创新计划资助项目(2022WZ1024)作者简介彭伟(1986-)，男，江西都昌人，大学本科，主要从事大气污染防治方面的工程与研究。2023年 第6期广东化工第50卷 总第488期1591-炉体，2-尾部换热器，3-专用高效喷枪，4-专用高效反应器装置，5-热电偶，6-布袋除尘器，7-烟气在线监测装置，8-烟温调节装置图图1智能高效精准智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺流程图烟气脱硫除尘一体化工艺流程图Fig.1Flow chart of intelligent,efficient and precise H-SDS integrated process for flue gas desulfurization and dust removal智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺及相关产品是结合云计算技术，采用先进的CFD流场模拟技术、CKM模拟技术而设计的全新烟气脱硫除尘产品，其适用于焦炉烟气与工业窑炉烟气的治理，其生产制作和安装过程集成了多项发明专利技术，拥有自主知识产权，脱硫效率高，无副产物，安装简便，运行灵活，投资不大但却效果显著，属国内创新技术和产品。3智能高效精准智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化烟气脱硫除尘一体化工艺核心技术工艺核心技术3.1采用云计算技术、结合先进的CFD流场模拟技术、CKM模拟技术先进的CFD模拟及CKM模拟是智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺实施的重要及必要的手段。CFD模型模拟反应器内的烟气流场情况，根据烟气成分和流速的分布情况，合理的制定喷射点布置的方案，包括喷射点分层布置及喷射点每层的具体布置等。CKM模型为化学动力模型，模拟反应器内的烟气与脱硫剂的混合情况，根据模拟结果对喷射点的布置进行二次调整。通过CFD和CKM模型模拟的数据，采用云计算技术，我们能很准确的计算出脱硫系统喷射装置的安装数量和安装位置，以提供最合理的脱硫方案。3.2设置专用高效反应器H-SDS烟气脱硫专用高效反应器是湖南安普诺环保科技有限公司的专利产品，本反应器本体内部设置扰流板，在扰流板的前端设置多个喷射点，烟气与喷射点喷入的脱硫剂在扰流板的作用下，形成紊流，存在较大程度的气流扰动，从而达到充分混合的程度；反应器内的气流运动更加剧烈，分子和颗粒物的运动加快，加剧NaHCO3固体颗粒之间的碰撞，促使其分解速率增大；控制反应器的空塔流速，并保证除尘器之前的脱硫反应时间，确保脱硫剂与烟气充分接触。3.3专用高效喷射装置H-SDS烟气脱硫专用高效喷射装置是湖南安普诺环保科技有限公司的专利产品，本装置由喷射装置本体和套管两部分组成。喷射装置本体在前部设置喷头，喷头由渐缩段、钝体和旋流扇叶组成，喷入的脱硫剂在喷头的旋流作用下，急剧扩散到烟道或反应器内，与烟气形成紊流，从而达到充分混合的程度。3.4温度调节控制措施有研究表明，碳酸氢钠干法脱硫过程中，温度对脱硫效率的影响是显著的9，NaHCO3的分解反应为体积收缩的吸热反应，其分解反应速率主要受化学反应过程的控制10，分解产生的Na2CO3在未反应核外部形成产物层，生成大量缝隙，使内扩散阻力变小。赵传文等11对NaHCO3分解规律进行的热重分析表明，NaHCO3分解温度区间在10180，在140左右分解速率达到最大。为应对极端低温情况，智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺针对烟温的波动情况，设置了烟温调节装置，确保反应区烟温最低不低于130，正常运行在140左右，为烟气中SO2指标的排放连续达标提供基本保障。烟温调节方式包括：(1)利用高温烟气进行混合升温，高温烟气的混合点布置在反应器之前烟道上，通过高温烟道上的阀门开度来进行烟温调节；(2)或利用布置在反应器之前烟道上的电加热器进行加热调节，电加热器采用变频控制；(3)或利用布置在反应器之前烟道上的换热装置进行加热调节，换热装置采用的热媒为高温蒸汽或高温烟气；(4)或利用布置在反应器之前烟道上的燃烧器进行加热调节，燃烧器采用的燃料为天然气、沼气、焦炉煤气或高炉煤气。4智能高效精准智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化烟气脱硫除尘一体化工艺技术应用工艺技术应用湖南安普诺环保科技有限公司研发的智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺在湖南某硅酸盐化工企业得以应用，原烟气处理采用低温脱硫脱硝湿电除尘工艺，由于脱硫塔内堵塞导致经常需要停炉进行清理，且厂区排水中总氮指标存在超标风险等情况。现根据现场实际情况提出相应改造方案，其热风炉燃料成分不稳定，运行工况复杂，普通SDS脱硫系统会存在超标及不能正常运行的风险。其热风炉及入口烟气参数如下：表表1热风炉及入口烟气设计参数热风炉及入口烟气设计参数Tab.1Design parameters of hot blast stove and inlet flue gas序号项目参数备注1除尘器出口烟气量/(Nm3/h)80000标干流量2烟气温度/1101403过剩空气系数1.654设计热效率/%835热风炉稳定安全运行工况/%801006烟囱高度/m407粉尘初始排放浓度/(g/Nm3)308SO2初始排放浓度/(mg/Nm3)700炉内脱硫后9NOx初始排放浓度/(mg/Nm3)600经我司进行脱硫系统改造，改造方案采用我司专有的智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺，具体实施方案如下：(1)通过CFD和CKM模型模拟的数据，采用云计算技术，准确的计算出脱硫系统喷射装置的安装数量和安装位置；(2)设置专用高效反应器，高效反应器安装在热风炉出口的汇合烟道处，确保脱硫系统的反应时间；(3)设置专用高效喷射装置，喷射装置分别在反应器上和尾部受热面之间各布置一层，每层设置2个喷射装置；(4)由于本项目尾部烟气温度最低可能达到110，故在尾部烟道上设置高温烟气混合升温装置，确保脱硫系统的反应温度。智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺系统投运广东化工2023年 第6期第50卷 总第488期后，系统运行稳定可靠，效果明显，污染物排放指标持续达标排放。第三方检测检测报告结果详见表2：第三方检测检测报告结果。表表2第三方检测检测报告结果第三方检测检测报告结果Tab.2The third party testing test report results检测类型检测点位检测项目检测结果标准限制123均值有组织废气废气治理设施进口烟气参数标干流量/(m3/h)57591543325633156085含氧量/%10.711.311.211.1烟气温度/101.5110.3109.8107.2烟气湿度/%3.23.13.23.2烟气流速/(m/s)11.210.811.211.1烟气压力/KPa-0.010.100.070.05氮氧化物实测排放浓度/(mg/m3)162141156153折算排放浓度/(mg/m3)189174191185实测排放速度/(kg/h)9.337.668.798.59二氧化硫实测排放浓度/(mg/m3)369479483444折算排放浓度/(mg/m3)430593591538实测排放速度/(kg/h)21.326.027.224.8颗粒物实测排放浓度/(mg/m3)NDNDNDND折算排放浓度/(mg/m3)NDNDNDND实测排放速度/(kg/h)0.030.030.030.03废气治理设施出口烟气参数标干流量/(m3/h)56229575235600756586含氧量/%11.211.411.111.2烟气温度/110.5108.7112.3110.5烟气湿度/%3.23.13.13.1烟气流速/(m/s)11.211.411.211.3烟气压力/KPa0.1000.110.07二氧化硫实测排放浓度/(mg/m3)11112487107折算排放浓度/(mg/m3)136155105132实测排放速度/(kg/h)6.247.134.876.08氮氧化物实测排放浓度/(mg/m3)116130116121折算排放浓度/(mg/m3)142163141148实测排放速度/(kg/h)6.527.486.506.835结论结论湖南安普诺环保科技有限公司研发的智能高效精准H-SDS烟气脱硫除尘一体化工艺采用云计算技术、结合先进的CFD流场模拟技术、CKM模拟技术设置最优多点喷射方案，其喷射装置采用专用高效喷射器，系统中设置了专用高效反应器，并配备了温度调节控制措施，较SDS烟气脱硫工艺效率更高，运行消耗指标更节省，运行稳定，更加适用于生产工况变化大，温度变化较大的工业窑炉等企业。参考文献参考文献1张庆文，常治铁，刘莉，等SDS干法脱硫及SCR中低温脱硝技术在焦炉烟气处理中的应用化工装备技术，2019，40(4)：14-182李坚，王川，吕瑞彤干法管道喷射碳酸氢钠脱硫除尘一体化装置的优化北京工业大学学报，2022，48(1)：69-783王力烟气脱硫技术综述J化工设计通讯，2018，44(7)：72-724王小明干法及半干法脱硫技术J电力科技与环保，2018，34(1)：45-485司晨浩，孟冠华，魏旺，等湿法脱硫废水处理技术进展J电力科技与环保，2017，33(1)：25-276段传和，夏怀祥燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术M北京：中国电力出版社，20097WU 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