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日期：2021-05-21 浏览：249
四、石灰行业超低排放的关键技术与措施
（一）、新型干法脱硫技术的应用：
从石灰窑脱硫技术的发展应用过程中看，湿法烟气脱硫技术是目前比较常用的烟气脱硫技术。虽然湿法烟气脱硫技术相对应用较多，但是在运行过程中会带来脱硫废水、废渣处理、烟囱“消白”等二次环境污染等问题，导致烟气处理环节的投资及运行成本较大。相比而言，干法烟气脱硫技术流程简单、造价低，且处理工艺中不涉及水，因此可避免出现上述的诸多环境问题。随着环保要求的逐渐提高，干法烟气脱硫技术的优势日益显现，其应用前景也日益广泛。
干法烟气脱硫是指应用粉状或粒状吸收剂、吸附剂来脱除烟气中含硫酸性气体。其中，钠基干法脱硫是最新应用的技术，是利用脱硫剂与烟气充分混合、接触，在催化剂和促进剂的作用下，与烟气中 SO2 快速反应。而且，在反应器、烟道及布袋除尘器内，脱硫剂超细粉一直与烟气中的 SO2 发生反应。反应快速、充分，在 2 秒内即可生产副产物NA2SO4。通过布袋回收副产物，作为化工产品利用。这种反应脱硫效率高，脱硫效率大于 95%，而且是一次性喷入脱硫剂，不需要循环。
其脱硫机理是采用脱硫剂在高温烟气的作用下激活，表面形成微孔结构，犹如爆米花被爆开，烟道内烟气与激活的脱硫剂充分接触发生化学反应，烟气中的SO2及其他酸性介质被吸收净化，脱硫并干燥的NA2SO4副产物随气流进入布袋除尘器被捕集。
干法脱硫技术为气固非均相反应，气固两项的充分混合是干法脱硫技术的关键，也是制约干法脱硫效率和干法脱硫塔经济性的重要因素。从“唐山金泉成套设备有限公司”最新推出的“活性钠基干法脱硫技术”中了解到：该项技术中的关键设备可以安装在石灰窑窑顶烟气除尘管道上，其它辅助设备可以利用已有重力除尘器和布袋除尘器改造，具有安装简便、操作简单的特点。同时，该项技术研制的“气体湍流减压装置”、“气固分离装置”、“旋流喷射装置”、“活性钠基研磨机”等技术与装置是关键。而且，与目前石灰窑所用的“湿法脱硫技术”相比，具有投资低、生产运营成本低的特点，极具推广应用价值。
专家点评：
通过调研我们发现，唐山金泉公司的“干法脱硫技术”中的“脱硫剂”才是重点，该项技术中的脱硫剂可以用部分自产石灰原料自制，加上部分外采原料进行二次反应和研磨，达到适宜的细度，加上适宜的喷吹区域和适宜的喷吹方法以及适宜的反应温度才是其技术关键，而且降低了脱硫剂的成本，使其更具推广应用价值。
同时，干法脱硫与湿法脱硫相比，全系统无工业水消耗和废水产生，更不会增加石灰窑烟气本身的湿含量；脱硫剂直接喷入作业区、无脱硫塔，不增加石灰窑系统阻力；系统简单，不需要增加大量设备，系统设施也不需要做特殊的防腐；电耗低，运行费用少，占地面积小；操作维护方便，灵活性高，可以随时根据烟气中酸性物质的含量自动调节脱硫剂的喷入量来保证最终的排放指标；副产物产生量少，脱硫效率高达95%以上。
更为关键的是，由于干法脱硫的排放物全部收集到除尘灰中，解决了二次污染问题：一是解决了传统“湿法脱硫”产生的“大白烟”（实际上主要是水蒸气）问题，解决了“二次视觉污染”问题。二是无污水产生，无附产品石膏及污泥和废渣，不产生二次水污染。
事实上，今后的脱硫治理重点也是脱硫后的二次水污染问题，其污水及沉淀物已经列为固废治理范围。或许，其“固废”的二次治理的费用还要高于实际烟气脱硫的费用，是“得不偿失”的做法。所以，逐步淘汰传统“湿法脱硫工艺”是行业的必然选择。
（二）、新型“氮氧化物”（脱硝）治理技术与措施：
近期，国家对环保的要求日趋严格，继对粉尘、二氧化硫等空气污染物进行严格限排之后，将“氮氧化物”减排作为部分行业“十四五”期间减排工作的重点。从目前情况看，与石灰行业相关的钢铁行业及相近的行业水泥行业“氮氧化物”治理情况看已经基本完成治理工作，而石灰行业仅仅完成了“粉尘及二氧化硫”的排放治理工作，绝大部分石灰窑未采取任何的氮氧化物控制措施。因此，石灰行业“氮氧化物”减排工作迫在眉睫。目前，部分省市已经下达石灰行业氮氧化物排放治理标准，虽然各地区指标有差别，但是主流治理指标都在200mg以下，部分设定在100mg以下，接近了超低排放50mg的指标范畴。
目前，从石灰煅烧的工艺中看，石灰窑炉膛温度高达950℃～1100℃，瞬时温度甚至能超过1200℃，在此温度条件下，无论使用何种燃料，均会产生大量的NOx。而烟气是石灰窑的主要排放物，由于烟气中含有大量的氮氧化物NOX 如 NO，这些氮氧化物如果直接排放到大气中，会污染空气，形成光化学烟雾和酸雨，危害人体健康，因此烟气在排放之前必须经过脱氮 (即脱硝 ) 处理。
目前可应用于石灰窑烟气脱硝技术主要有选择性催化还原 (SCR) 技术和选择性非催化还原脱硝 (SNCR) 两种技术，但是由于其生产工艺不适用、运行成本过高、占地多投资过高等原因无法在石灰生产工艺中普及应用。
尤其是该类工艺需要把烟气“二次加热”至500-700范围才能达到运行条件，而且二次加热的热源必须是“天然气”等洁净燃料，加热时也二次产生氮氧化物，同时还要建设投资很高的反应塔和二次加热室，显然该项工艺是不是石灰行业的首选。
所以，制约石灰行业进行“氮氧化物（即脱硝）”治理工作的主要原因还是没有“适宜的技术”和“投资过高”的两个主要问题。
由“中国石灰产业学会”与“唐山金泉冶化科技产业集团”联合主导研发的“新型石灰炉炉内脱硝工艺系列技术”应运而生，该项技术及成套设备制作由“唐山金泉冶化科技产业集团”旗下“唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司”和“唐山金泉成套设备有限公司”负责设计、制造、安装。
“新型石灰炉炉内脱硝工艺系列技术（LNTX）”技术是根据目前主流脱销技术原理进行的再创新，该项技术的反应原理为：根据布朗运动和分子间作用力原理，由于还原剂的介入使得高温高压水蒸气分子化学键非常不牢固，与碳反应生成一氧化碳和氢气：C+H2O＝CO+H2；一氧化碳和氢气分别参与两个化学反应：CO+2NO＝CO2+N2和2H2+2NO＝2H2O+N2；部分氢气与氮气反应生成的还原气体与一氧化氮反应还原成氮气：N2+3H2＝2NH3和6NO+4NH3＝5N2+6H2O，因此使得氮氧化物被完全还原，达到低成本脱硝目的。需要说明的是，其中的还原剂成分至关重要，选择合理的还原剂品种及适宜的用量和适宜的还原温度和还原时间才是其关键。
该项技术已经过长期的试验研究、数值计算和工程实践，该技术系统具有下列显著优点：
（1）、无需增加脱硝塔、反应器等大型炉外投资设备，实现石灰窑炉内直接脱硝，在石灰窑窑体上适宜的温度区直接安装脱硝设备，不影响石灰窑的正常生产操作，而且可以任意调节或停止脱硝设备的运行。由于在炉内不同温度区域进行脱硝，充分利用了石灰窑生产中的余热，不需要外部增温增加的能耗费用。
（2）、不采用“氨水”等材料为还原剂，采用各地易购的新型高分子材料为还原剂，脱硝效果更佳、没有“水”和“气”的二次排放污染也无固体废弃物产生。
（3）、采用气相法和液相法综合操作方法，以石灰窑生产中原动力系统输送介质至炉内，在炉内活化和汽化，瞬间与NOx发生化学反应，还原成N2和H2O。
（4）、巧妙的利用了石灰煅烧过程中石料下降时与气流逆交换产生的充足的气流停留时间进行NOx 还原反应，可以在NOx产生源头上进行燃烧过程控制以降低NOx含量，而且温度选择性也较强，使操作更简单。
（5）、炉内还原气氛均匀、压力稳定、阻力小，而且脱硝还原带设置在贫氧而富燃料的区域，有助于减少燃料中的氮形成NOx(即燃料型NOx)，
（6）、实现自动控制，采用独立的可编程序逻辑控制器，根据采集的相关信号，控制、调节主要设备运行情况，实现高效脱硝。
（7）、系统设备结构简单，设备占地极少，可以安装在石灰窑空闲处的平台上。
（8）、投资极低，性价比高，与选择性催化还原 (SCR) 技术投资相比只有其10%的投资，极具投资性价比，尤其适合民营企业选择应用。
（9）、脱硝效果显著，氮氧化物排放指标：≤80-150mg/m³范围
同时，该项技术还有以下典型的综合技术效果：
该项技术是在原“唐山金泉公司”推出的“气化法生产高活性石灰技术”基础上进一步升级，由于“新型石灰炉炉内脱硝工艺系列技术（LNTX）”技术在使用时需要少量的水与还原剂中和，当还原剂中的水在炉内蒸发时产生的氢原子恰好与高温石灰石发生活性反应，增加了石灰的活性，剧现场测试可提高活性度40-70ml范围，最高活性度可达400ml以上。
“新型石灰炉炉内脱硝工艺系列技术（LNTX）”技术可直接应用该项技术装备，不用另行增加投资，实现了增加石灰活性和脱硝双重效果，可谓一举两得。
专家点评：
通过调研唐山金泉公司的“嵌入式梯级炉内还原脱硝技术（TLH）”技术，其关键点是淘汰了目前脱硝主流工艺中采用“氨水”等材料为还原剂的方式，由于国家在安全和环保方面对“氨水”有严格的运输、储存、使用的要求，属于危险化学品，所以，不适用于管理措施较弱小型企业使用。新技术采用的还原剂采用各地易购的新型高分子材料，具有使用安全可靠、无二次排放污染也的特征。
同时，该项技术把传统脱硝工艺中的“烟气炉外二次加热”工艺改为炉内还原反应加热，即充分利用了石灰窑窑内的烟气余热也减少了增加炉外设备的投资，具有技术工艺简洁，运行稳定可靠，一次性投资少，运行成本低，占地面积小，满足超低排放指标的特点。
目前，该项技术已经开始推广应用，根据工业实验数据及现场实验数据显示，各项指标良好：当燃煤竖窑实验前氮氧化物排放指标：≥450-550mg/m³范围时，治理后氮氧化物排放指标可以稳定在≤80-150mg/m³范围，脱硝率已经≥80%
