活性焦烟气联合脱硫脱硝技术应用

摘要: 概述了活性焦烟气联合脱硫脱硝技术的工程应用及研究现状, 介绍了该技术的工艺特点及化学过程, 同时对其发展方向提出了几点建议。

关键词: 活性焦, 脱硫, 脱硝, 烟气

1 　活性焦

活性焦是以煤炭为原料生产的一种新型吸附材料。目前, 工业适用的活性焦为直径5 mm 或 9 mm的柱状活性焦, 其生产工艺如图1 所示。与常规活性炭不同, 活性焦是一种综合强度(耐压、耐磨损、耐冲击) 比活性炭高、比表面积比活性炭小的吸附材料。与活性炭相比, 活性焦具有更好的脱硫、脱硝性能, 且在使用过程中, 加热再生相当于对活性焦进行再次活化, 其脱硫、脱硝性能还会有所增加。

提高活性焦的硫容和强度, 降低活性焦的生产成本是各国研究的重点和难点。目前, 国内外活性焦研究方向大致可归纳为以下几点:

(1) 对现有活性焦造粒技术的改进, 如生产球型颗粒状活性焦, 提高其机械强度, 降低其运行过程中的磨损和吸附床层的阻力。

(2) 用低成本原料制备活性焦, 如采用烟煤或褐煤为原料生产活性焦, 基本上不需要添加焦油, 烟煤或褐煤价格也较低, 同时还可以克服活性焦生产的地域限制, 降低运输费用。

(3) 研制高性能活性焦, 如通过优化活性焦生产工艺, 提高活性焦的硫容和穿透特性, 减少活性焦循环解吸次数和吸附反应器尺寸, 同时提高活性焦的催化脱硝性能, 使一套装置具有多重净化功能。

2001 年底, 煤炭科学研究总院北京煤化工分院与南京电力自动化设备总厂联合承担863 项目, 研制出高性能、低生产成本的活性焦产品, 其性能: 碘值 400～500 mg /g , SO2 吸附量40～180 mg /g , 堆密度016～017 g /mL , 燃点高于400 ℃, 强度9910 %。该产品用于贵州某公司的工业示范装置, 运行效果良好。

2 　活性焦烟气联合脱硫脱硝技术的工程应用及研究现状

活性焦吸附法是西德BF 公司在1976 年开发的, 后经日本三井矿山公司改进建立了试验装置。该法是以物理- 化学吸附原理为基础的干法脱硫- 脱硝技术。烟气中的SO2 在活性焦微孔的吸附催化作用下生成硫酸, 再加热后又生成浓度很高的SO2 气体, 根据需要转化成硫磺、液态SO2 等产品; 烟气中的NOx 在加氨条件下经活性焦催化还原, 生成水和氮气。1981 年日本对Mitsui-BF 工艺进行了示范试验(其烟气处理量为1 000 m3 /h) 。1987 年在Arzbe rg 燃煤电厂的107 MW (45 万m3 /h) 和 130 MW (66 万m3 /h) 2 台机组上安装了该工艺。 1989 年在德国的Hoechs t 燃煤电厂的77 MW (32.3 万m3 /h) 机组上也安装了该工艺。

日本电力能源公司( EPDC) 的350 MW 空气流化床燃烧(AFBC) 锅炉中安装了活性焦脱除 NOx 工艺, 并于1995 年开始运行。该工艺仅采用了一个移动床吸附塔, 处理的烟气量为116.3 万m3 /h , 在140 ℃的烟气操作温度下, 活性焦循环速率为 14 600 kg /h 。通过稳定运行2 200 h 以上的结果来看, 在NH3 /NOx 摩尔比为0.85 时, NOx 脱除率可达到80 %。由于从AFBC 锅炉出来的SO2 排放浓度很低, 所以在SO2 被活性焦吸附的同时, 在第一吸附塔中NOx 也能得到有效的脱除。

最早的用于处理烟气量为3 万m3 /h 燃煤锅炉的活性焦联合脱硫脱硝装置, 于1984 年在日本的 Omuta 开始运行, SO2 和NOx 脱除率可分别达到 98 %和80 %左右, 活性焦的损失为活性焦流量的 2 %或8～9 kg /h , 电耗量为142 kW ·h /h 。

3 　活性焦烟气联合脱硫脱硝技术的工艺

活性焦联合脱硫脱硝工艺主要由吸附、解吸和硫回收三部分组成, 其工艺流程如图2 所示。

烟气经过空气预热器后温度达到120～160 ℃, 温度范围正好处在该工艺的最佳温度范围。吸附塔由Ⅰ、Ⅱ两段组成, 活性焦在立式吸附塔内靠重力从第Ⅱ段下降至第Ⅰ段的底部。烟气先水平通过吸附塔的第Ⅰ段, SO2 在此被脱除, 然后进入第Ⅱ 段, 在此NOx 与喷入的氨反应被脱除。