1技術背景

1.1主流煙氣脫硫技術潛在問題及我國硫資源矛盾

石灰石-石膏濕法脫硫技術具有脫硫效率高、脫硫劑成本低等優點，為我國SO2減排做出了巨大貢獻，但隨著其大規模應用，也逐漸暴露出一些問題：

1）耗水量大、廢水排放量大，對于缺水地區尤為不利，脫硫廢水的處置也成為難題。

2）鈣基脫硫劑的制備需要消耗大量碳酸鈣，造成石灰石資源的過量開采，對生態環境造成嚴重破壞；

3）副產物脫硫石膏的品質較低，二次利用的價值有限，導致大量脫硫產物被拋棄，造成二次污染。

我國既是SO2排放大國，還是硫磺資源缺乏的國家，2011年我國進口硫磺量達952萬噸，對外依存度高達70%，已經嚴重威脅到硫磺下游產業安全。SO2既是污染物，又是寶貴的硫資源。我國近幾年SO2排放量和硫磺進口量之比接近2∶1，正好符合SO2與S的分子質量比，如果在治理SO2污染的同時能回收硫磺資源，可很大程度上緩解硫資源嚴重失衡的局面，一舉兩得。

1.2顆粒活性焦技術分析

活性焦煙氣脫硫技術是目前煙氣硫資源化減排的主流技術之一，具有硫資源化利用、耗水量少、無廢水排放及多污染物聯合脫除（SOx、VOCs、Hg等）的特點。現有國內的活性焦脫硫技術存在的主要問題：

1）使用顆粒定型活性焦，制備工藝復雜、成本高（3000-8000元/噸），且制焦過程廢氣得不到有效利用。

2）顆粒活性焦內表面利用率低、吸附及再生過程中機械損耗較大，補入新焦量大，導致運行成本較高。

3）活性焦廠家和用戶分離，活性焦需遠距離運輸，運輸成本較高。

4）活性焦再生副產SO2或硫酸，難以利用，且存儲和運輸不便利。

1.3“粉焦技術”的提出及特點

基于上述形勢和需求分析，山東大學提出了“粉焦原位制備及燒結煙氣綜合凈化技術”，并進行了技術研發，該技術2017年成功申報科技部國家重點研發項目，項目名稱為燃煤煙氣硫回收及資源化利用技術，項目編號為2017YFB0602900，項目總預算為8686萬元，其中中央財政專項經費為1886萬元。項目周期自2017年7月起，至2021年6月止。

該工藝重整煤的利用途徑，熱解氣化制備活性焦，活性焦制備所需熱源為高溫煙氣，活化劑為煙氣和水蒸氣，實現了活性焦的原位制備；粉狀活性焦可作為脫硫劑送入吸附反應碳內凈化燃煤煙氣，飽和吸附后的活性焦送入再生爐再生，再生過程析出高濃度SO2氣體可作為化工原料使用或與制焦熱解氣反應生成單質硫，從而實現硫的資源化利用。

2技術簡介

粉焦制備及燒結煙氣脫硫脫硝技術工藝流程，如圖1所示。主要由粉焦原位制備系統、粉焦吸附脫硫系統、粉焦催化脫硝系統、粉焦再生系統和硫磺制備系統構成。

2.1粉焦原位制備系統

活性焦以廠用煤炭為原材料制得。煤通過制粉系統制得粒度大于75μm和小于75μm兩種粒度的煤粉。大于75μm的煤粉進入制焦爐作為制焦的原料。小于75μm的煤粉進入熱風爐燃燒，產生1200℃的高溫煙氣。制粉系統既可以制取煙煤煤粉，也可以制取褐煤煤粉。熱風爐和制焦爐有機結合為一體。高溫煙氣進入制焦爐迅速熱解煤粉，在制焦爐內生成的活性焦和熱解氣經高溫分離器分離，活性焦冷卻后粉焦倉儲存。熱解氣經冷卻后通過高溫風機送入焚燒爐燃燒。

煙風系統主要包括煙氣流程和熱解氣流程兩部分。制焦過程所需要的煙氣是約1200℃的高溫煙氣，本煙氣由系統自帶的粉煤熱風爐產生。熱煙氣從制焦爐底部的煙氣入口進入，為煤粉制焦提供熱量。

從制焦爐出來的為熱解氣和半焦混合物，采用高溫水冷分離器進行氣/固分離，將大部分粉焦分離下來，分離下來的粉焦進入冷焦器降溫至常溫，儲存于粉焦倉，以供脫硫塔使用。

2.2粉焦吸附脫硫和催化脫硝系統

原煙氣從吸附塔底部進入吸附塔，在吸附塔的進口段，煙氣與加入的吸附劑、循環吸附劑充分預混合，進行初步的吸附作用。而后煙氣通過吸附塔下部的文丘里管的加速，進入循環流化床床體；物料在循環流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑落速度高達單顆粒滑落速度的數十倍；吸附塔頂部結構進一步強化了絮狀物的返回，進一步提高了塔內顆粒的床層密度。這種循環流化床內氣固兩相流機制，極大地強化了氣固間的傳質，為實現高脫硫率提供了根本保證。

煙氣在文丘里以上的塔內流速均保持在4-6m/s之間，為滿足吸附的要求，煙氣在該段的停留時間至少為5s以上。煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸附塔，一部分因自重重新返回流化床中，進一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸附劑的作用時間。

凈化后的含塵煙氣從吸附塔頂部排出，然后轉向進入脫硫后的旋風除塵器，進行氣固分離。經除塵器捕集下來的固體顆粒，一部分通過除塵器下的活性焦再循環系統，返回吸附塔繼續參加反應；一部分送入再生系統進行再生。

脫硫后的煙氣進入催化脫硝塔。催化脫硝塔與脫硫塔類似，均采用循環流化床方式，脫硝塔入口噴入NH3，NH3與煙氣中的NOx在活性焦的表面發生催化還原反應，實現NOx的脫除，脫硝后的煙氣進入預除塵器和布袋除塵器進行氣固分離，煙氣含塵濃度低于5mg/Nm3，最后經引風機排出系統。

2.3粉焦再生和硫磺制備系統

再生系統主要設備為解析塔，采用間接換熱的方式，立式橫管列管換熱器。解析熱源采用焚燒熱風爐煙氣，設計壓力為微正壓。解析塔集合了預熱段、解析段和冷卻段等換熱單元于一體。載硫活性半焦經管鏈輸送機進入解析塔預熱將溫度升高至180℃左右，然后進入解析段，解析段半焦從180℃繼續升溫至410℃左右，在此溫度下解析再生，解析氣主要成分為SO2、CO2和H2O。解析氣與循環氣混合加熱后進入后續還原單元，再生后的粉焦進入冷卻段降溫至100℃左右排出，經管鏈輸送至脫硫塔粉焦倉再次使用。

還原單元主要設備為循環流化床炭熱還原塔，采用解析段再生后的熱焦作為還原劑。炭熱還原反應為放熱過程，采用循環流化床方式。解析氣經焚燒爐高溫煙氣加熱后送至還原塔，半焦通過絞龍自解析段輸送至還原塔入口，解析氣與循環乏氣在還原塔內與活性半焦反應，還原主反應如下：

C+SO2→CO2+S

還原氣體（含硫蒸氣）經過高溫分離器、再熱器、冷凝器后，冷凝成液體硫磺，并經旋流收集裝置收集后儲存于儲罐中。

3技術特色及優勢

1）多種污染物同時脫除。

a.吸附脫除酸性氣體（SO2、HCl、HF）、有機氣體（PAHs）、重金屬（Hg）等；催化還原NOx。

b.活性焦制備過程中產生含有CO、H2、CH4等熱解氣，可送入鍋爐再燃脫硝。

2）閉環系統，無二次污染。

a.不需外購脫硫劑：脫硫劑活性焦來自于廠用煤粉。

b.脫硫劑循環使用：活性焦吸附SO2后，可以通過熱方法再生。

c.無固體廢棄物：失活的活性焦直接送入鍋爐燃燒。

d.無廢水排放：干法脫硫工藝，耗水量低，幾乎無廢水排放。

3）硫資源化利用：熱再生后SO2富集，用于生產高值化副產物-硫磺。

4技術指標

1）粉焦粒徑：50μm-3mm；粉焦硫容≥40mg/g。

2）脫硫效率≥95%，出口SO2濃度≤35mg/Nm3。

3）脫硝效率≥75%，出口NOx濃度≤100mg/Nm3。

4）出口煙氣粉塵含量≤5mg/Nm3。

5）硫磺回收率≥90%。

山東新澤儀器有限公司TK系列煙氣在線監測系統、VOCs在線監測系統是采用國際先進的原理與技術集成的新型在線監測系統，可針對固定污染源的SO2、NOX、CO、CO2、O2、煙塵、煙氣流量、壓力、溫度、非甲烷總烴等進行實時監測，具有用戶管理、數據保存、展示打印功能，并可以定時和實時地把監測的數據通過配套的環境監測網絡系統送到各級環保部門，為管理決策提供科學依據。