1技術背景

1.1主流(liu)煙氣脫硫技術潛(qian)在問題及我(wo)國硫資源矛盾

石灰石-石膏濕(shi)法脫(tuo)(tuo)硫(liu)技術具有脫(tuo)(tuo)硫(liu)效率高(gao)、脫(tuo)(tuo)硫(liu)劑成本低等(deng)優點，為我國SO2減排做出(chu)了(le)巨大貢獻，但隨著其大規模應用，也逐漸(jian)暴露出(chu)一些問(wen)題：

1）耗水(shui)量(liang)大(da)、廢水(shui)排放量(liang)大(da)，對于(yu)缺水(shui)地(di)區尤為(wei)(wei)不利，脫硫廢水(shui)的(de)處置也成為(wei)(wei)難題(ti)。

2）鈣基脫(tuo)硫(liu)劑的(de)制備需要消耗(hao)大量(liang)(liang)碳酸鈣，造(zao)成石(shi)灰石(shi)資源的(de)過(guo)量(liang)(liang)開采，對生態環境(jing)造(zao)成嚴重破壞；

3）副產(chan)物(wu)脫硫(liu)石(shi)膏(gao)的(de)品質較(jiao)低，二次(ci)利用的(de)價值(zhi)有限，導(dao)致大量脫硫(liu)產(chan)物(wu)被拋棄，造(zao)成二次(ci)污(wu)染。

我國既是(shi)SO2排放大國，還是(shi)硫(liu)磺(huang)資源缺乏的國家，2011年我國進(jin)口(kou)硫(liu)磺(huang)量(liang)達952萬噸(dun)，對外(wai)依存度(du)高達70%，已經嚴(yan)(yan)重(zhong)威脅到硫(liu)磺(huang)下(xia)游(you)產業安全。SO2既是(shi)污染物，又是(shi)寶貴(gui)的硫(liu)資源。我國近幾(ji)年SO2排放量(liang)和硫(liu)磺(huang)進(jin)口(kou)量(liang)之比接近2∶1，正(zheng)好符合SO2與S的分(fen)子質量(liang)比，如果在(zai)治理(li)SO2污染的同時能回收硫(liu)磺(huang)資源，可很大程(cheng)度(du)上緩解硫(liu)資源嚴(yan)(yan)重(zhong)失衡的局面，一舉兩得(de)。

1.2顆粒活(huo)性焦技(ji)術分析

活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)煙(yan)氣脫(tuo)硫(liu)(liu)技(ji)術(shu)是(shi)目前(qian)煙(yan)氣硫(liu)(liu)資(zi)源化(hua)減排的主(zhu)流技(ji)術(shu)之一，具有硫(liu)(liu)資(zi)源化(hua)利用、耗水量少、無廢水排放及多污(wu)染物聯合(he)脫(tuo)除（SOx、VOCs、Hg等）的特點。現有國內(nei)的活(huo)性(xing)焦(jiao)(jiao)脫(tuo)硫(liu)(liu)技(ji)術(shu)存在的主(zhu)要(yao)問(wen)題：

1）使用顆(ke)粒(li)定型(xing)活(huo)性焦，制備工(gong)藝(yi)復雜、成本高（3000-8000元(yuan)/噸），且(qie)制焦過程廢氣得不到(dao)有效利(li)用。

2）顆粒(li)活性焦(jiao)內表面利用(yong)率低、吸附及再生過程中(zhong)機械損耗較大，補入(ru)新焦(jiao)量大，導(dao)致運行成本較高。

3）活(huo)(huo)性(xing)焦廠家和用戶(hu)分離，活(huo)(huo)性(xing)焦需(xu)遠距離運(yun)輸，運(yun)輸成本較高。

4）活性(xing)焦再生(sheng)副產SO2或硫酸，難以利用，且存儲和運輸不便利。

1.3“粉焦技術”的提出及特(te)點(dian)

基于上述形勢和需求分析，山東大(da)學(xue)提出(chu)了“粉焦原(yuan)位(wei)制(zhi)備(bei)及燒(shao)結煙(yan)氣(qi)綜(zong)合凈化技術”，并進行了技術研(yan)發，該技術2017年成功(gong)申報科(ke)技部國(guo)家重點研(yan)發項(xiang)(xiang)目，項(xiang)(xiang)目名(ming)稱為(wei)燃(ran)煤煙(yan)氣(qi)硫回收及資源化利用(yong)技術，項(xiang)(xiang)目編號為(wei)2017YFB0602900，項(xiang)(xiang)目總預算為(wei)8686萬元(yuan)，其中(zhong)中(zhong)央財政專項(xiang)(xiang)經費為(wei)1886萬元(yuan)。項(xiang)(xiang)目周期(qi)自2017年7月起，至2021年6月止(zhi)。

該工藝(yi)重整煤的(de)利用(yong)途徑，熱解氣(qi)化(hua)制備(bei)活(huo)性(xing)焦，活(huo)性(xing)焦制備(bei)所(suo)需熱源為高溫煙氣(qi)，活(huo)化(hua)劑(ji)為煙氣(qi)和(he)水(shui)蒸氣(qi)，實現了活(huo)性(xing)焦的(de)原位制備(bei)；粉(fen)狀活(huo)性(xing)焦可(ke)作(zuo)(zuo)為脫硫劑(ji)送(song)(song)入吸附(fu)(fu)反應(ying)碳內(nei)凈化(hua)燃煤煙氣(qi)，飽和(he)吸附(fu)(fu)后的(de)活(huo)性(xing)焦送(song)(song)入再生(sheng)(sheng)爐再生(sheng)(sheng)，再生(sheng)(sheng)過(guo)程析出高濃度SO2氣(qi)體可(ke)作(zuo)(zuo)為化(hua)工原料(liao)使用(yong)或與(yu)制焦熱解氣(qi)反應(ying)生(sheng)(sheng)成單(dan)質硫，從(cong)而(er)實現硫的(de)資源化(hua)利用(yong)。

2技術簡介

粉(fen)(fen)(fen)焦(jiao)制(zhi)備及燒結(jie)煙(yan)氣脫(tuo)硫脫(tuo)硝(xiao)技術工藝流程，如圖1所(suo)示(shi)。主要由粉(fen)(fen)(fen)焦(jiao)原位制(zhi)備系(xi)(xi)(xi)統、粉(fen)(fen)(fen)焦(jiao)吸附(fu)脫(tuo)硫系(xi)(xi)(xi)統、粉(fen)(fen)(fen)焦(jiao)催化(hua)脫(tuo)硝(xiao)系(xi)(xi)(xi)統、粉(fen)(fen)(fen)焦(jiao)再生系(xi)(xi)(xi)統和硫磺制(zhi)備系(xi)(xi)(xi)統構成(cheng)。

2.1粉焦原位制備系(xi)統

活性(xing)焦以(yi)(yi)廠用(yong)煤炭為(wei)原材料制(zhi)(zhi)(zhi)得。煤通(tong)過制(zhi)(zhi)(zhi)粉(fen)(fen)系(xi)統制(zhi)(zhi)(zhi)得粒度大于(yu)75μm和小于(yu)75μm兩(liang)種粒度的(de)(de)煤粉(fen)(fen)。大于(yu)75μm的(de)(de)煤粉(fen)(fen)進入制(zhi)(zhi)(zhi)焦爐(lu)作為(wei)制(zhi)(zhi)(zhi)焦的(de)(de)原料。小于(yu)75μm的(de)(de)煤粉(fen)(fen)進入熱風爐(lu)燃(ran)燒(shao)，產(chan)生(sheng)1200℃的(de)(de)高(gao)(gao)溫煙(yan)(yan)(yan)氣。制(zhi)(zhi)(zhi)粉(fen)(fen)系(xi)統既可(ke)以(yi)(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)取(qu)煙(yan)(yan)(yan)煤煤粉(fen)(fen)，也可(ke)以(yi)(yi)制(zhi)(zhi)(zhi)取(qu)褐煤煤粉(fen)(fen)。熱風爐(lu)和制(zhi)(zhi)(zhi)焦爐(lu)有機(ji)結合為(wei)一(yi)體。高(gao)(gao)溫煙(yan)(yan)(yan)氣進入制(zhi)(zhi)(zhi)焦爐(lu)迅(xun)速熱解(jie)煤粉(fen)(fen)，在制(zhi)(zhi)(zhi)焦爐(lu)內(nei)生(sheng)成的(de)(de)活性(xing)焦和熱解(jie)氣經高(gao)(gao)溫分離(li)器分離(li)，活性(xing)焦冷(leng)卻(que)(que)后粉(fen)(fen)焦倉(cang)儲存。熱解(jie)氣經冷(leng)卻(que)(que)后通(tong)過高(gao)(gao)溫風機(ji)送入焚燒(shao)爐(lu)燃(ran)燒(shao)。

煙(yan)(yan)風系統主要包括煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)流(liu)程和(he)熱解氣(qi)(qi)流(liu)程兩(liang)部分(fen)。制焦過程所需要的(de)(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)是約1200℃的(de)(de)(de)高溫煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)，本(ben)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)由系統自帶的(de)(de)(de)粉煤熱風爐產生。熱煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)從(cong)制焦爐底部的(de)(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)入口(kou)進入，為煤粉制焦提供熱量。

從制(zhi)焦爐出來(lai)的為(wei)熱解(jie)氣和半(ban)焦混合物(wu)，采(cai)用高溫水冷分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)器(qi)進行氣/固分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)，將大(da)部分(fen)(fen)(fen)粉(fen)焦分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)下(xia)來(lai)，分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)下(xia)來(lai)的粉(fen)焦進入冷焦器(qi)降溫至常溫，儲存于粉(fen)焦倉，以供脫硫塔使用。

2.2粉(fen)焦吸附脫(tuo)硫和催化脫(tuo)硝(xiao)系(xi)統

原煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)從吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)底部(bu)進(jin)入(ru)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)，在吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)的(de)(de)(de)(de)進(jin)口(kou)段(duan)，煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)與加入(ru)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑、循環吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑充分預混(hun)合，進(jin)行初步(bu)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)作用(yong)。而后煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)通過(guo)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)下部(bu)的(de)(de)(de)(de)文丘里管的(de)(de)(de)(de)加速(su)，進(jin)入(ru)循環流(liu)(liu)化床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)體(ti)；物料在循環流(liu)(liu)化床(chuang)(chuang)里，氣(qi)(qi)(qi)固兩相由(you)于氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，產生激烈的(de)(de)(de)(de)湍動(dong)與混(hun)合，充分接觸(chu)，在上升的(de)(de)(de)(de)過(guo)程中，不(bu)斷(duan)形(xing)成(cheng)絮(xu)狀(zhuang)物向下返(fan)回，而絮(xu)狀(zhuang)物在激烈湍動(dong)中又不(bu)斷(duan)解體(ti)重新被氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)提(ti)升，使得氣(qi)(qi)(qi)固間的(de)(de)(de)(de)滑(hua)落速(su)度高達單顆粒滑(hua)落速(su)度的(de)(de)(de)(de)數十倍；吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)頂部(bu)結(jie)構進(jin)一步(bu)強化了(le)(le)絮(xu)狀(zhuang)物的(de)(de)(de)(de)返(fan)回，進(jin)一步(bu)提(ti)高了(le)(le)塔(ta)內顆粒的(de)(de)(de)(de)床(chuang)(chuang)層密度。這(zhe)種(zhong)循環流(liu)(liu)化床(chuang)(chuang)內氣(qi)(qi)(qi)固兩相流(liu)(liu)機制，極大地強化了(le)(le)氣(qi)(qi)(qi)固間的(de)(de)(de)(de)傳質，為實現高脫硫率(lv)提(ti)供了(le)(le)根本保(bao)證。

煙(yan)氣在(zai)(zai)文丘里以(yi)上(shang)的(de)塔內(nei)流速均保持在(zai)(zai)4-6m/s之間，為滿足吸附的(de)要求，煙(yan)氣在(zai)(zai)該段的(de)停留時間至少為5s以(yi)上(shang)。煙(yan)氣在(zai)(zai)上(shang)升過程中，顆(ke)粒一(yi)部(bu)分隨煙(yan)氣被帶出吸附塔，一(yi)部(bu)分因自重(zhong)重(zhong)新返回流化(hua)床(chuang)中，進一(yi)步增加了(le)流化(hua)床(chuang)的(de)床(chuang)層顆(ke)粒濃(nong)度和(he)延(yan)長吸附劑的(de)作(zuo)用時間。

凈化后(hou)的(de)(de)含塵煙氣從吸附塔頂部(bu)排出，然后(hou)轉向進(jin)入(ru)脫硫后(hou)的(de)(de)旋風除(chu)塵器(qi)，進(jin)行氣固(gu)分離。經除(chu)塵器(qi)捕集下(xia)來的(de)(de)固(gu)體(ti)顆粒，一部(bu)分通過(guo)除(chu)塵器(qi)下(xia)的(de)(de)活(huo)性(xing)焦再(zai)循環系統，返回(hui)吸附塔繼續參加反應；一部(bu)分送(song)入(ru)再(zai)生系統進(jin)行再(zai)生。

脫(tuo)硫(liu)后(hou)的(de)煙(yan)氣(qi)進入催化(hua)(hua)脫(tuo)硝(xiao)塔。催化(hua)(hua)脫(tuo)硝(xiao)塔與(yu)脫(tuo)硫(liu)塔類(lei)似，均采用循環(huan)流(liu)化(hua)(hua)床方式，脫(tuo)硝(xiao)塔入口噴入NH3，NH3與(yu)煙(yan)氣(qi)中的(de)NOx在活性焦的(de)表面發生催化(hua)(hua)還原反(fan)應，實現(xian)NOx的(de)脫(tuo)除(chu)，脫(tuo)硝(xiao)后(hou)的(de)煙(yan)氣(qi)進入預除(chu)塵器(qi)和布袋除(chu)塵器(qi)進行氣(qi)固(gu)分(fen)離(li)，煙(yan)氣(qi)含(han)塵濃度低于5mg/Nm3，最后(hou)經引風(feng)機排出系統。

2.3粉焦再生和(he)硫磺制(zhi)備系統

再(zai)(zai)生(sheng)系統(tong)主要設備為(wei)解(jie)(jie)析(xi)(xi)塔，采用(yong)間接(jie)換(huan)熱(re)的(de)方式(shi)，立(li)式(shi)橫(heng)管列(lie)管換(huan)熱(re)器。解(jie)(jie)析(xi)(xi)熱(re)源采用(yong)焚燒熱(re)風爐煙氣(qi)(qi)，設計壓力為(wei)微(wei)正壓。解(jie)(jie)析(xi)(xi)塔集(ji)合(he)了預熱(re)段(duan)、解(jie)(jie)析(xi)(xi)段(duan)和冷(leng)卻段(duan)等換(huan)熱(re)單(dan)元于(yu)一(yi)體。載硫活性半(ban)焦(jiao)(jiao)經(jing)管鏈輸送機(ji)進入(ru)(ru)解(jie)(jie)析(xi)(xi)塔預熱(re)將溫度(du)升(sheng)高至(zhi)180℃左(zuo)右，然(ran)后進入(ru)(ru)解(jie)(jie)析(xi)(xi)段(duan)，解(jie)(jie)析(xi)(xi)段(duan)半(ban)焦(jiao)(jiao)從(cong)180℃繼續(xu)升(sheng)溫至(zhi)410℃左(zuo)右，在此溫度(du)下解(jie)(jie)析(xi)(xi)再(zai)(zai)生(sheng)，解(jie)(jie)析(xi)(xi)氣(qi)(qi)主要成分為(wei)SO2、CO2和H2O。解(jie)(jie)析(xi)(xi)氣(qi)(qi)與循環(huan)氣(qi)(qi)混合(he)加熱(re)后進入(ru)(ru)后續(xu)還原單(dan)元，再(zai)(zai)生(sheng)后的(de)粉焦(jiao)(jiao)進入(ru)(ru)冷(leng)卻段(duan)降溫至(zhi)100℃左(zuo)右排出，經(jing)管鏈輸送至(zhi)脫硫塔粉焦(jiao)(jiao)倉再(zai)(zai)次(ci)使用(yong)。

還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)單元主(zhu)要設備為循(xun)(xun)環流化(hua)床(chuang)炭熱(re)還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)塔(ta)(ta)，采用解析(xi)段(duan)(duan)再(zai)生后(hou)的熱(re)焦(jiao)(jiao)作為還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)劑。炭熱(re)還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)反(fan)(fan)應為放(fang)熱(re)過程，采用循(xun)(xun)環流化(hua)床(chuang)方(fang)式。解析(xi)氣經(jing)焚燒(shao)爐高溫煙氣加熱(re)后(hou)送(song)至(zhi)還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)塔(ta)(ta)，半(ban)焦(jiao)(jiao)通過絞龍自解析(xi)段(duan)(duan)輸送(song)至(zhi)還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)塔(ta)(ta)入口，解析(xi)氣與循(xun)(xun)環乏氣在還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)塔(ta)(ta)內與活(huo)性半(ban)焦(jiao)(jiao)反(fan)(fan)應，還(huan)(huan)(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)主(zhu)反(fan)(fan)應如(ru)下：

C+SO2→CO2+S

還原氣體(ti)（含硫蒸氣）經(jing)過(guo)高(gao)溫分離(li)器、再熱(re)器、冷凝器后，冷凝成液(ye)體(ti)硫磺，并(bing)經(jing)旋流收集(ji)裝置收集(ji)后儲存于儲罐中。

3技術特色及優勢

1）多種污染物同(tong)時脫除。

a.吸附(fu)脫(tuo)除酸性氣(qi)體（SO2、HCl、HF）、有機氣(qi)體（PAHs）、重金屬（Hg）等；催化還原(yuan)NOx。

b.活性焦制備過程中產生含有(you)CO、H2、CH4等熱解(jie)氣，可送入鍋(guo)爐再(zai)燃脫硝。

2）閉(bi)環系統，無(wu)二次(ci)污染(ran)。

a.不需外購(gou)脫硫(liu)劑：脫硫(liu)劑活性焦來自(zi)于廠用煤粉。

b.脫(tuo)硫(liu)劑循環使用：活性焦吸(xi)附SO2后，可以(yi)通過熱方(fang)法再生。

c.無(wu)固體(ti)廢棄物：失活的活性焦直接送入鍋爐燃燒。

d.無(wu)廢(fei)水(shui)排(pai)放：干法(fa)脫硫工藝(yi)，耗水(shui)量低，幾乎無(wu)廢(fei)水(shui)排(pai)放。

3）硫(liu)資源化(hua)利用：熱再生后(hou)SO2富集，用于生產高值化(hua)副產物-硫(liu)磺。

4技術指標

1）粉焦(jiao)(jiao)粒徑：50μm-3mm；粉焦(jiao)(jiao)硫容≥40mg/g。

2）脫硫(liu)效率≥95%，出(chu)口SO2濃(nong)度≤35mg/Nm3。

3）脫硝效率(lv)≥75%，出(chu)口NOx濃度(du)≤100mg/Nm3。

4）出(chu)口煙(yan)氣粉塵含量≤5mg/Nm3。

5）硫磺回收率≥90%。

山東(dong)新澤儀器有限公(gong)司TK系列煙(yan)氣在(zai)線(xian)監測(ce)系統(tong)、VOCs在(zai)線(xian)監測(ce)系統(tong)是(shi)采用國際(ji)先(xian)進的(de)(de)原理(li)與(yu)技(ji)術集成的(de)(de)新型在(zai)線(xian)監測(ce)系統(tong)，可針(zhen)對固定污染源的(de)(de)SO2、NOX、CO、CO2、O2、煙(yan)塵(chen)、煙(yan)氣流(liu)量、壓力、溫度、非甲烷總烴(jing)等進行實時(shi)監測(ce)，具有用戶(hu)管理(li)、數(shu)據保(bao)存(cun)、展(zhan)示打印功能，并可以定時(shi)和(he)實時(shi)地(di)把監測(ce)的(de)(de)數(shu)據通過配套的(de)(de)環境(jing)監測(ce)網絡系統(tong)送到各(ge)級環保(bao)部門，為管理(li)決策(ce)提(ti)供科學依據。