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钢铁烧结烟气的低温鼓泡脱硫脱硝研究

王杰  
【摘要】:氮氧化物(NO_x)和二氧化硫(SO_2)是钢铁烧结过程中产生的主要大气污染物。不同于燃煤烟气,烧结烟气具有气量变化大、温度波动范围广、NO_x含量低等特点,因此现有的燃煤电厂脱硫脱硝技术将无法直接应用于烧结烟气的脱硫脱硝。目前,烧结烟气的脱硫工艺较为成熟,而相应脱硝技术的研发开展较少。随着环保要求的不断提高,烧结烟气脱硝也逐渐被提上日程,但由于新建脱硝设备的成本较高,减排工作一直进展缓慢。为此,本文开展了钢铁烧结烟气的低温鼓泡脱硫脱硝研究,旨在现有石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基础上,通过添加新型复合氧化剂,配合运行工况的优化调整,实现原有脱硫效率不降低、氮氧化物能够部分脱除的目的,从而满足烧结烟气排放的国家标准。根据氮的氧化物及其酸根离子的还原电势,分析得出NO被氧化的条件,结合已有的研究成果,确定有效氧化剂的范围。并在以南钢2x220m~2烧结烟气鼓泡吸收塔为原型而构建的小型实验平台上,开展了相关脱硝氧化剂的筛选实验,从有效性、可靠性、经济性等角度,最终选取NaClO_2、NaClO作为本次模拟实验的主要脱硝氧化剂。同时,利用化学反应热力学原理,对NaClO_2/NaClO复合氧化剂协同石灰石浆液脱硫脱硝反应的吉布斯自由能变函数ΔrGm(T)、平衡常数K、气体平衡分压P等热力学参数进行了计算,从理论上证明了 NaClO_2/NaClO/CaCO_3体系可以有效脱除烟气中的SO_2、NO,反应能够自发正向进行且进行限度较深。针对NaClO_2/NaClO/CaCO_3体系开展低温鼓泡脱硫脱硝的实验研究。进一步考察NaClO_2/NaClO浓度ma//mb及其摩尔比M、吸收液初始pH值、反应温度TR、石灰石含量mc、烟气流量Vg、NO/SO_2初始浓度CN/CS等操作参数对脱硫脱硝效率的影响规律。在此基础上,分别对复合氧化剂溶液及体系脱硫脱硝产物的成分进行定量、定性分析。研究结果表明,当V_g=1m~3/h,m_c=20g/L时,利用NaClO_2/NaClO/CaCO_3体系低温鼓泡脱硫脱硝的最佳反应工况为m_a=4mmol/L,m_b=3mmol/L,pH=5,TR=55℃,C_s=1100mg/m~3,C_N=400mg/m~3,在此条件下,NO、SO_2 的脱除效率分别为 56.9%、98.1%。酸性条件有利于NaC1O_2、NaClO的分解,生成强氧化性气体ClO_2和Cl_2,从而导致溶液氧化性能的提高。烟气中的SO_2、NO最终主要以CaSO_4、NO_3~-的形式被脱除。M=1.3的NaClO_2/NaClO复合氧化剂每消耗1g,向溶液和石膏中引入的Cl含量分别为420.6439mg、0.5465mg,实验过程中未造成设备腐蚀等现象的发生。基于上述研究成果,在南钢2×220m~2烧结烟气脱硫系统中进行了低温鼓泡脱硫脱硝的工程试验。事实证明,采用NaClO_2/NaClO复合氧化剂配合石灰石浆液可以有效实现烧结烟气中NO_x的部分脱除且不降低原有系统的脱硫效率,出口烟气满足国家排放标准。复合氧化剂的添加对原有脱硫系统的安全运行未造成任何不利影响。工艺新增试剂成本仅为56.3万元/年,经济效益相对较高。


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