摘要: 概述了活性焦煙氣聯合脫硫脫硝技術的工程應用及研究現狀, 介紹了該技術的工藝特點及化學過程, 同時對其發展方向提出了幾點建議。

關鍵詞: 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的一種新型吸附材料。目前, 工業適用的活性焦為直徑5 mm 或 9 mm的柱狀活性焦, 其生產工藝如圖1 所示。與常規活性炭不同, 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, 降低活性焦的生產成本是各國研究的重點和難點。目前, 國內外活性焦研究方向大致可歸納為以下幾點:

(1) 對現有活性焦造粒技術的改進, 如生產球型顆粒狀活性焦, 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的地域限制, 降低運輸費用。

(3) 研制高性能活性焦, 如通過優化活性焦生產工藝, 提高活性焦的硫容和穿透特性, 減少活性焦循環解吸次數和吸附反應器尺寸, 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, 煤炭科學研究總院北京煤化工分院與南京電力自動化設備總廠聯合承擔863 項目, 研制出高性能、低生產成本的活性焦產品, 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 %。該產品用于貴州某公司的工業示范裝置, 運行效果良好。

2 　活性焦煙氣聯合脫硫脫硝技術的工程應用及研究現狀

活性焦吸附法是西德BF 公司在1976 年開發的, 后經日本三井礦山公司改進建立了試驗裝置。該法是以物理- 化學吸附原理為基礎的干法脫硫- 脫硝技術。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, 根據需要轉化成硫磺、液態SO2 等產品; 煙氣中的NOx 在加氨條件下經活性焦催化還原, 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, 活性焦循環速率為 14 600 kg /h 。通過穩定運行2 200 h 以上的結果來看, 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 　活性焦煙氣聯合脫硫脫硝技術的工藝

活性焦聯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。

煙氣經過空氣預熱器后溫度達到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 與噴入的氨反應被脫除。