Пример из практики · Контроль промышленных выбросов
Как ведущий производитель специализированной продукции по переработке свинца и алюминиевых сплавов добился эффективности денитрификации 97% SCR, выхода SO₂ на уровне 35 мг/Нм³ и выхода твердых частиц на уровне 10 мг/Нм³ из двух окислительных печей — используя инновационную технологическую цепочку, включающую электростатический фильтр (ЭСФ), теплообменник, рукавный фильтр, ионно-жидкостную десульфуризацию и мокрый ЭСФ с рекуперацией тепла с помощью низкотемпературной керамической плитки для минимизации эксплуатационных расходов.
Ионная жидкостная десульфуризация
Низкотемпературная SCR-денитрификация
Мокрый электростатический осадитель
Теплообменник из керамической плитки
01 — Информация об отрасли
Утилизация твердых отходов: переработка свинцово-кислотных аккумуляторов и аргументы в пользу десульфуризации с использованием ионных жидкостей.
Использование твердых отходов находится на стыке политики циркулярной экономики и контроля промышленных выбросов. Извлечение и переплавка свинца из отработанных свинцово-кислотных батарей является одним из наиболее экономически значимых и технически сложных секторов в отрасли переработки твердых отходов. Отработанные свинцово-кислотные батареи содержат остаточный электролит на основе серной кислоты, пасту из сульфата свинца и металлические свинцовые пластины, которые при обработке в окислительных печах выделяют отходящие газы с высокими концентрациями SO₂ (из сульфатных и кислотных соединений), NOx (из реакций в высокотемпературном воздухе при сжигании), мелкодисперсными частицами, содержащими свинец, и другими кислыми газообразными веществами. Все эти загрязняющие вещества должны контролироваться до строгих пределов, прежде чем отходящие газы будут сброшены.
Предприятие, рассматриваемое в данном тематическом исследовании, является ведущим специализированным предприятием в секторе переработки и переплавки свинца, основная деятельность которого включает в себя утилизацию отработанных свинцово-кислотных батарей, переплавку для производства вторичного свинца и производство алюминиевых сплавов. С годовой мощностью переработки около 200 000 тонн отработанных батарей и годовым производством вторичного свинца и алюминиевых сплавов около 100 000 тонн, оно входит в число ведущих предприятий в отрасли вторичной переработки свинца. Предприятие эксплуатирует две окислительно-восстановительные печи, суммарно генерирующие дымовые газы объемом 40 000 м³/ч при температуре 180°C.
Отличительной особенностью отходящих газов окислительных печей при переработке свинца является сочетание высокой концентрации SO₂ (600–1500 мг/Нм³), высокой концентрации NOx (600–1500 мг/Нм³), высокого содержания кислорода (8–161 TP3T) и высокой концентрации твердых частиц — и все это одновременно в коррозионной газовой среде, содержащей частицы свинца и кислотный туман. Традиционные методы мокрой очистки и десульфуризации дымовых газов с использованием известняка, применяемые на электростанциях и в металлургической промышленности, сталкиваются со значительными проблемами в этой среде, поскольку химия ионных жидкостей в отходящих газах при переработке свинца создает условия, которые ухудшают эффективность стандартных сорбентов и приводят к образованию сложных жидких стоков. В этом проекте используется десульфуризация с помощью ионных жидкостей — технология, специально выбранная для данного применения, — в сочетании с SCR и многоступенчатой электростатической системой и системой пылеудаления с рукавными фильтрами.
«Ключевым инженерным решением в этом проекте стало размещение стадии десульфуризации с использованием ионной жидкости после комплексной системы предварительной обработки с электростатическим фильтром и рукавным фильтром, что значительно снижает концентрацию твердых частиц до контакта газа с абсорбентом на основе ионной жидкости. Такое управление пылеобразованием на этапе предварительной обработки защищает условия работы системы рециркуляции ионной жидкости, снижает риск засорения катализатора на стадии SCR и значительно уменьшает общие эксплуатационные расходы системы за счет использования низкотемпературного теплообменника с керамической плиткой для рекуперации отработанного тепла».
— Краткое описание инженерного опыта, проект по удалению пыли, десульфуризации и денитрификации в отрасли переработки твердых отходов.
02 — Профиль загрязнения
Отходящие газы окислительной печи: высокое содержание SO₂, NOx, твердых частиц и O₂ в коррозионном потоке газа, содержащем свинец.
Две печи окисления совместно генерируют 40 000 м³/ч технологических дымовых газов при температуре 180°C. Содержание кислорода высокое и составляет 8–161 TP3T, что характерно для отходящих газов печей окисления и имеет значение как для химии десульфуризации (способствуя окислению SO₂ до SO₃ в мокрых скрубберах), так и для проектирования катализаторов SCR (требующих использования кислородоустойчивых каталитических составов). Высокое содержание O₂ также означает, что при регулировании температуры на входе в печь десульфуризации и управлении температурой на входе в печь SCR необходимо учитывать окислительную среду при повышенных температурах.
Для обеспечения соответствия нормативам загрязнения необходимо одновременно контролировать пять параметров: NOx в диапазоне 600–1500 мг/Нм³, SO₂ в диапазоне 600–1500 мг/Нм³, PM в диапазоне 10 мг/Нм³ на входе в десульфуризацию (после предварительной обработки), NOx на входе в установку денитрификации SCR в диапазоне 10 мг/Нм³ после предварительной обработки денитрификации и NOx на выходе из окислительной печи, поступающей в SCR, в диапазоне 600–1500 мг/Нм³. Все предельные значения должны быть достигнуты одновременно на дымовой трубе.
| Параметр | Входной поток (сырой газ) | Дизайнерский магазин | Реальный магазин | Ограничение ЕС на самодельные взрывные устройства / NER |
|---|---|---|---|---|
| оксиды азота | 600–1500 мг/Нм³ | ≤50 мг/Нм³ | 50 мг/Нм³ | СВУ 2010/75/ЕС ≤200 мг/Нм³ |
| SO₂ | 600–1500 мг/Нм³ | ≤35 мг/Нм³ | 35 мг/Нм³ | Постановление Нидерландов о деятельности NER |
| ТП (на входе в установку десульфуризации) | 10 мг/Нм³ (после предварительной обработки) | ≤10 мг/Нм³ | 10 мг/Нм³ | СВУ 2010/75/ЕС ≤5 мг/Нм³ |
| ВЧ | — | ≤50 мг/Нм³ | ≤50 мг/Нм³ | СВУ Бэтмен |
| Просачивание аммиака (NH₃) | — | ≤5 ppm | 3 ppm | Условия разрешения |
| Содержание кислорода (O₂) | 8–16% | — | — | — |
| Объем технологических дымовых газов | 40 000 м³/ч (в сумме с двух печей) | — | — | — |
| Температура дымовых газов (на выходе из печи) | 180°C | — | — | — |
| Температура на входе в установку десульфуризации | 180 °C (входящая система) | — | — | — |
| Температура на входе в систему денитрификации SCR | 180–220 °C (после повторного нагрева при теплообмене) | — | — | — |
03 — Раствор для лечения
Пятиступенчатый процесс: сухой электростатический фильтр → теплообменник → рукавный фильтр → система очистки дымовых газов с использованием ионных жидкостей → SCR → мокрый электростатический фильтр
Система обработки построена на основе существующей инфраструктуры окислительной печи, к которой добавлена недавно построенная система денитрификации SCR, включающая в себя комбинацию электростатического фильтра (ЭСФ), ионно-жидкостной десульфуризации и мокрого ЭСФ. Основная идея конструкции заключается в том, что для эффективной работы стадии ионно-жидкостной десульфуризации необходим тщательно очищенный газовый поток: частицы пыли в газовом потоке поглощают и деактивируют ионно-жидкостный абсорбент, снижая его способность к улавливанию SO₂ с течением времени. Благодаря размещению комплексной системы предварительной обработки, включающей сухой ЭСФ, теплообменник и рукавный фильтр, перед стадией ионно-жидкостной десульфуризации, концентрация твердых частиц в газе, поступающем в ионно-жидкостный абсорбер, снижается до ≤10 мг/Нм³ PM — уровня, при котором условия работы ионно-жидкостного абсорбера являются адекватными, а срок службы системы рециркуляции — приемлемым.
Второе ключевое конструктивное решение — размещение SCR-реактора после стадии десульфуризации с использованием ионной жидкости. Такая конфигурация SCR на холодной стороне необходима, поскольку десульфуризация с использованием ионной жидкости снижает содержание SO₂ до очень низких уровней до того, как газ соприкоснется с SCR-катализатором, что исключает риск осаждения бисульфата аммония на катализаторе, который возник бы при низких температурах в газе с высоким содержанием SO₂. Размещение SCR-реактора после ионно-жидкостной десульфуризации дымовых газов позволяет катализатору работать в практически бескислородной среде при температуре 180–220 °C, что обеспечивает низкотемпературному SCR-катализатору достижение целевой эффективности денитрификации 97% без отравления SO₂, которое произошло бы при размещении на горячей стороне перед десульфуризацией дымовых газов.
Этап 1: Сухой электростатический осадитель (ЭО) — Предварительное удаление крупных частиц
Отходящие газы окислительной печи при температуре 180 °C сначала проходят через существующий сухой электростатический осадитель (ЭО), который удаляет основную часть крупных свинцовосодержащих частиц из газового потока. Этот этап защищает теплообменник, расположенный ниже по потоку, от абразивной пылевой эрозии и снижает концентрацию твердых частиц до уровня, приемлемого для теплообменника и рукавного фильтра. ЭО работает при высоком напряжении в коррозионных условиях с высоким содержанием кислорода в отходящих газах окислительной печи и должен быть оснащен электродами из коррозионностойких материалов.
Этап 2: Керамический теплообменник (220°C → 40°C, затем 40°C → 130°C)
Предварительно очищенный от пыли газ проходит через низкотемпературный теплообменник с керамическими плитками (модель HB-565; объем дымовых газов 40 000 м³/ч с каждой стороны; температура на входе горячей стороны 220°C, на выходе приблизительно 128°C; температура на входе холодной стороны 40°C, на выходе приблизительно 130°C; площадь теплообменника приблизительно 563 м²; тепловая нагрузка приблизительно 1344 кВт; расчетное давление 5 кПа; материал корпуса - нержавеющая сталь S31603 толщиной стенки 0,7 мм; материал фланца трубы - S30408; габариты приблизительно 3300×2200×2700 мм). Горячий газ предварительно охлаждается перед поступлением в рукавный фильтр, а охлажденный газ после десульфуризации дымовых газов повторно нагревается перед поступлением в реактор SCR. Этот контур рекуперации отработанного тепла устраняет необходимость во внешнем газовом нагреве для SCR, преобразуя то, что в противном случае представляло бы собой значительные затраты энергии, в автономную систему рекуперации тепла, использующую собственную тепловую энергию отработанных газов предприятия.
Этап 3: Мешочный фильтр — Дозировка мелкодисперсных частиц
После охлаждения в теплообменнике газ поступает в рукавный фильтр для удаления мелкодисперсных частиц. Рукавный фильтр снижает концентрацию твердых частиц до ≤10 мг/Нм³ — ключевого порогового значения для эффективности десульфуризации с использованием ионных жидкостей. Концентрация твердых частиц на входе в стадию десульфуризации составляет 10 мг/Нм³, что подтверждает достижение рукавным фильтром целевого уровня предварительной обработки. Рукавный фильтр также обеспечивает вторичный захват любых свинцовосодержащих частиц, прошедших через стадию электростатического фильтра, гарантируя, что стадия ионной жидкости не будет подвергаться воздействию пыли, содержащей тяжелые металлы, которая могла бы постепенно загрязнять абсорбент ионной жидкости.
Этап 4: Десульфуризация с использованием ионных жидкостей
Предварительно очищенный газ при температуре приблизительно 40 °C (охлажденный теплообменником) поступает в систему десульфуризации с использованием ионной жидкости. Десульфуризация с использованием ионной жидкости использует специально разработанный абсорбент на основе ионной жидкости, который избирательно улавливает SO₂ из газового потока посредством физической абсорбции. Ключевые преимущества перед традиционной десульфуризацией дымовых газов с использованием известняка и гипса для данного применения заключаются в следующем: (1) отсутствие образования твердых отходов — насыщенная SO₂ ионная жидкость регенерируется и перерабатывается, производя концентрированный SO₂, который может быть использован для производства серной кислоты, вместо образования гипса, требующего утилизации; (2) отсутствие образования сточных вод в самом процессе десульфуризации дымовых газов; (3) уловленный SO₂ может быть повторно концентрирован и продан в качестве побочного продукта или переработан в серную кислоту, превращая затраты на соблюдение нормативных требований в источник дохода; (4) меньшее потребление реагентов, поскольку ионная жидкость рециркулируется и регенерируется, а не потребляется стехиометрически. Концентрация на выходе из установки десульфуризации составляет ≤35 мг/Нм³, как и было запланировано, а фактические измеренные значения подтверждают соответствие требованиям. Ключевым элементом оперативного контроля является управление pH циркуляционного контура ионной жидкости: мониторинг pH жидкости и контроль содержания HF (из отходящих газов окислительной печи) и SO₂ в ионной жидкости для поддержания эффективности абсорбции и предотвращения образования осадка, который мог бы заблокировать циркуляционную систему.
Этап 5: SCR-денитрификация (низкотемпературный режим 180–220 °C)
После десульфуризации с помощью ионной жидкости чистый газ (с низким содержанием SO₂, низким содержанием твердых частиц) повторно нагревается с приблизительно 40°C до 180–220°C с помощью теплообменника из керамических плиток, используя тепло отработанного горячего сырого газа. Повторно нагретый газ поступает в низкотемпературный реактор денитрификации SCR. Система SCR обеспечивает снижение выбросов NOx на 971 TP3T. Ключевые параметры катализатора: количество пор катализатора 30; размер элемента 150×150 мм (поперечное сечение), высота 580 мм; шаг пор 4,93 мм; расстояние между порами 4,23 мм; толщина стенки 0,70 мм; пористость 70,11 TP3T; удельная площадь поверхности катализатора 678 м²/м³; активный компонент V₂O₅ на носителе TiO₂ (содержание носителя 75–851 TP3T); расчетная температура 220°C; максимальная рабочая температура 420°C; Минимальная рабочая температура 220°C; перепад давления в однослойной системе ≤135 Па (чистый катализатор); химический срок службы: 24 000 ч с момента первого контакта с газом; эффективность денитрификации ≥96,66% при 16 000 ч; скорость потока катализатора на входе в систему SCR 4,33 м/с; теоретический расход мочевины 20,38 кг/ч; объемная скорость 2661 ч⁻¹. Система SCR установлена после стадии ионной жидкости, используя условия отсутствия SO₂ в газе для обеспечения низкотемпературной работы без отравления катализатора сульфатом аммония. В качестве восстановителя используется аммиачная вода в количестве 0,02 т/ч; гарантированный уровень утечки аммиака ≤5 ppm (фактический: 3 ppm).
Этап 6: Влажный электростатический осадитель (WESP) — Заключительная полировка
Газ после SCR поступает в мокрый электростатический осадитель для окончательной обработки кислотным туманом и удаления мелких частиц перед выбросом из дымовой трубы. Мокрый электростатический осадитель улавливает любые остаточные кислотные аэрозоли и субмикронные частицы, не удаленные на предыдущих этапах обработки, обеспечивая достижение целевого показателя содержания твердых частиц на выходе ≤10 мг/Нм³ с достаточным запасом соответствия.
Печи
180°C
(существующий)
Предварительное охлаждение HX
→40°C
(существующий)
ФГД (существующая)
→180–220°C
97% NOx
(существующий)
→ Стек
⭐ В рамках этого проекта модернизации добавлено новое оборудование
Основные параметры оборудования
| Элемент | Спецификация |
|---|---|
| Теплообменник из керамической плитки | Модель HB-565; 40 000 м³/ч; температура горячей стороны 220→128°C; температура холодной стороны 40→130°C; площадь 563 м²; мощность 1344 кВт; корпус S31603 |
| Катализатор SCR | Сечение 150×150 мм; высота 580 мм; пористость 30; пористость 70,1%; V₂O₅/TiO₂; расчетная температура 220°C; срок службы 24 000 ч |
| эффективность денитрификации SCR | Фактическое значение 97%; гарантированное значение ≥96,66% через 16 000 ч; перепад давления в однослойной системе ≤135 Па. |
| Аммиачная вода (восстановитель) | 0,02 т/ч; гарантированное содержание аммиака ≤5 ppm; фактическое содержание 3 ppm |
| Главный вентилятор принудительной тяги | 110 кВт; 1 блок (в рабочем состоянии) |
| Общая установленная мощность | Установленная мощность: 124,5 кВт; фактическая мощность в рабочем режиме: 123 кВт. |
| Годовые затраты на электроэнергию (8000 ч) | Примерно 39,36 юаней в эквиваленте (0,4 юаня/кВт·ч) |
| Годовые затраты на природный газ (отопление с использованием SCR) | 75 м³/ч; приблизительно 192 1000 юаней/год (3,2 юаня/м³) |
| Ежегодные затраты на воду, содержащую аммиак | Примерно 80 000 юаней в год (0,02 т/ч, 500 юаней/т) |
04 — Основные преимущества
Шесть причин, почему эта архитектура процесса оптимальна для отходящих газов печи окисления при переработке свинца.
- ✓
Глубокая пылеудаление на входе одновременно защищает ионную жидкость и катализатор SCR: Ключевое архитектурное решение в этом проекте заключается в тщательном устранении проблемы твердых частиц до того, как газ соприкоснется с абсорбентом на основе ионной жидкости или катализатором SCR. Комбинированная система, включающая сухой электростатический фильтр, теплообменник и рукавный фильтр, снижает концентрацию твердых частиц на выходе из печи до ≤10 мг/Нм³ перед стадией с использованием ионной жидкости и до еще более низкого уровня перед стадией SCR. Эта глубокая предварительная очистка от пыли служит двум целям: она поддерживает рабочие условия рециркуляции ионной жидкости, предотвращая загрязнение абсорбента твердыми частицами, и защищает катализатор SCR от ускоренного засорения и химического отравления, которые возникли бы в результате воздействия свинцовосодержащей пыли в повышенных концентрациях. Оба преимущества напрямую способствуют увеличению срока службы системы и снижению частоты технического обслуживания. - ✓
Установка SCR на холодной стороне после очистки дымовых газов с использованием ионных жидкостей устраняет отравление катализатора на основе бисульфата аммония: Низкотемпературная SCR при 180–220°C подвержена отложению бисульфата аммония (ABS) при наличии SO₂ на поверхности катализатора, поскольку скорость образования ABS максимальна при 180–280°C. Размещение SCR после стадии десульфуризации ионной жидкостью снижает концентрацию SO₂ на входе в SCR с 600–1500 мг/Нм³ до приблизительно 35 мг/Нм³ или ниже. При такой низкой концентрации SO₂ скорость образования ABS значительно снижается, что позволяет низкотемпературному катализатору SCR обеспечивать эффективность денитрификации 97% без прогрессирующей деактивации катализатора из-за загрязнения ABS, которая происходила бы в SCR на горячей стороне перед установкой десульфуризации дымовых газов. - ✓
Система рекуперации отработанного тепла с использованием керамического теплообменника исключает затраты на дополнительный нагрев с помощью внешнего тиристора: Для эффективной каталитической реакции системе SCR требуется, чтобы температура поступающего газа составляла 180–220 °C. Газ после обработки ионно-жидкостным десульфуризатором выходит при температуре приблизительно 40 °C. Без рекуперации тепла это потребовало бы нагрева 40 000 м³/ч газа с 40 °C до 180 °C — энергетические затраты, эквивалентные примерно 75 м³/ч природного газа. Керамический теплообменник рекуперирует эту энергию из поступающего горячего сырого газа (который в любом случае необходимо охлаждать для этапов рукавного фильтра и обработки ионно-жидкостным десульфуризатором), преобразуя избыток энергии в энергию для повторного нагрева без дополнительных затрат на топливо. Потребление природного газа в объеме 75 м³/ч необходимо для пополнения теплообменника и поддержания температуры на входе в систему SCR, но это значительно меньше, чем потребовалось бы без системы рекуперации тепла. - ✓
Ионная жидкостная десульфуризация не образует гипсовых отходов и позволяет извлекать побочный продукт SO₂: В отличие от известково-гипсовой десульфуризации дымовых газов (которая производит гипс в качестве твердого побочного продукта, требующего обработки, утилизации или продажи), ионно-жидкостная десульфуризация регенерирует абсорбент и концентрирует уловленный SO₂ в виде потока извлекаемого продукта. В контексте свинцовой промышленности концентрированный SO₂ может быть переработан в серную кислоту для повторного использования в производстве аккумуляторов или промышленных химикатов, создавая замкнутый цикл экономики, который превращает затраты на соблюдение нормативных требований в приносящий доход побочный продукт. Отсутствие гипса также исключает необходимость в инфраструктуре обезвоживания, хранения и логистики, которая требуется для мокрой десульфуризации дымовых газов. - ✓
Модернизация существующей инфраструктуры минимизирует капитальные затраты и перебои в работе объекта: Проект предусматривает добавление теплообменника с керамической плиткой и системы денитрификации SCR к существующему оборудованию предприятия, включающему электростатический фильтр, рукавный фильтр, систему десульфуризации с использованием ионных жидкостей и мокрый электростатический фильтр. Благодаря использованию существующей инфраструктуры вместо проектирования совершенно новой системы очистки, капитальные затраты на модернизацию ограничиваются только новыми компонентами (теплообменником и реактором SCR), а преимущества в плане соответствия нормативным требованиям распространяются на все регулируемые параметры. Этот подход напрямую применим к любому предприятию, где уже установлено традиционное оборудование для контроля выбросов, но соответствие нормам по NOx невозможно без дополнительной стадии денитрификации. - ✓
Химический ресурс катализатора SCR составляет 24 000 часов, что покрывает три года непрерывной эксплуатации: Гарантия химического срока службы катализатора SCR составляет 24 000 часов с момента первого контакта с газом, а гарантия эффективности ≥96,66% — 16 000 часов, что означает, что катализатор может работать приблизительно 3 года при 8000 часах в год до достижения срока службы. Низкотемпературный состав катализатора V₂O₅/TiO₂, используемый в этой установке, специально разработан для среды с низким содержанием SO₂ и высоким содержанием O₂ в потоке газа после десульфуризации дымовых газов с использованием ионных жидкостей. Гарантируется перепад давления в одном слое ≤135 Па (чистый катализатор), что позволяет системе SCR работать в пределах существующей мощности вентилятора принудительной тяги без необходимости модернизации вентилятора.
05 — Результаты оперативной деятельности
Подтвержденные данные о соответствии: все параметры находятся на уровне или ниже допустимых пределов, установленных разрешением.
Годовые эксплуатационные расходы: электроэнергия при фактической мощности 123 кВт (0,4 юаня/кВт·ч, 8000 ч/год) = приблизительно 39,36 юаней в эквиваленте; природный газ для подогрева SCR со скоростью 75 м³/ч (3,2 юаня/м³, 8000 ч) = приблизительно 192 юаня в эквиваленте; аммиачная вода со скоростью 0,02 т/ч (500 юаней/т, 8000 ч) = приблизительно 8 юаней в эквиваленте. Природный газ для поддержания температуры SCR является основной статьей эксплуатационных расходов, что подтверждает ценность теплообменника с керамической плиткой в снижении потребности в дополнительном отоплении.
06 — Меры предосторожности при внедрении
Важные инженерные и оперативные уроки по обработке отходящих газов при переработке свинца
- ⚠️
Низкая эффективность удаления пыли на входе в систему приводит к снижению эффективности десульфуризации ионными жидкостями на выходе — добавьте мониторинг концентрации твердых частиц на входе в систему и незамедлительно реагируйте при падении эффективности: Основной документированный риск заключается в том, что плохое удаление пыли на этапе предварительной обработки приводит к снижению эффективности десульфуризации с помощью ионной жидкости. Свинцовосодержащие и другие твердые частицы из печи окисления абсорбируются в циркуляционный контур ионной жидкости, постепенно загрязняя абсорбент и снижая его способность к поглощению SO₂. Установите непрерывный монитор концентрации твердых частиц на входе в стадию ионной жидкости. Когда концентрация твердых частиц на входе превышает проектный порог (≤10 мг/Нм³), немедленно начните проверку работы электростатического фильтра и рукавного фильтра на входе. Если эффективность удаления пыли снизилась, устраните причину до того, как ухудшится способность системы ионной жидкости к улавливанию SO₂. Увеличьте мощность системы десульфуризации, если загрузка SO₂ ионной жидкостью не может поддерживаться в допустимых пределах, используя абсорбент с большей емкостью или повышенную скорость регенерации. - ⚠️
Неконтролируемая на рациональном уровне концентрация SO₂ в процессе SCR-денитрификации повышает вероятность образования сульфата аммония и блокировки катализатора: Даже после десульфуризации с помощью ионной жидкости некоторое количество остаточного SO₂ (≤35 мг/Нм³ при расчетной температуре) достигает катализатора SCR. При рабочей температуре 180–220°C бисульфат аммония (ABS) может продолжать образовываться, если концентрация SO₂ на поверхности катализатора выше ожидаемой — например, если эффективность десульфуризации с помощью ионной жидкости падает ниже расчетного уровня во время загрязнения абсорбента. Необходимо постоянно контролировать перепад давления в системе SCR. Если перепад давления превышает расчетное значение (что указывает на отложение ABS или пыли), следует повысить температуру на входе в систему SCR выше 280°C для испарения отложений ABS. Если перепад давления не удается снизить путем очистки до приемлемого уровня при нормальной работе, следует провести термический анализ каталитического слоя, чтобы определить, произошло ли необратимое загрязнение. - ⚠️
Нестабильность регулирования температуры при денитрификации в системе SCR затрудняет гарантирование эффективности денитрификации — всегда контролируйте температуру на входе в систему денитрификации и прекращайте подачу аммиака, если температура падает ниже проектного минимума: Третий задокументированный риск заключается в том, что нестабильный контроль температуры на входе в систему денитрификации SCR затрудняет обеспечение эффективности денитрификации. Катализатор SCR работает в определенном температурном диапазоне (расчетный диапазон 220–420 °C; минимум 220 °C). Если производительность теплообменника из керамических плиток снижается (из-за загрязнения) или если система дополнительного подогрева природным газом выходит из строя, температура на входе в SCR может упасть ниже минимального значения в 220 °C. Ниже этой температуры активность катализатора недостаточна, и непрореагировавший аммиак образует отложения солей аммония, а не восстанавливает NOx. Установите на входе в SCR непрерывный датчик температуры с автоматической блокировкой отключения подачи аммиака при 210 °C (на 10 °C ниже минимальной расчетной температуры). Продолжение подачи аммиака при температуре ниже минимальной приводит к расходу реагента, превышению допустимых концентраций аммиака и отложению солей аммония в каналах катализатора. - ⚠️
Керамический теплообменник является наиболее чувствительным к коррозии компонентом системы — избегайте проблем, связанных с заменой пластин, утечками и скоростью коррозии, используя подходящий материал и скорость потока газа: Теплообменник обрабатывает сырой печной газ (с высоким содержанием SO₂, O₂, твердыми частицами и свинцовыми примесями) на горячей стороне и чистый газ после десульфуризации дымовых газов на холодной стороне. Это создает сложную двойную коррозионную среду. Выбор подходящего материала теплообменника (для данной установки указан S31603), установка скорости газа в пределах проектного диапазона для минимизации эрозионно-коррозионного воздействия остаточной пыли и оптимизация геометрии каналов для снижения скорости отложения шлама являются ключевыми проектными задачами. Периодический осмотр поверхностей труб теплообменника (не реже одного раза в год, начиная со второго года) на предмет уменьшения толщины стенок должен быть включен в график планового технического обслуживания. - ⚠️
Твердые частицы, содержащие свинец, образующиеся в печи окисления, должны утилизироваться как опасные отходы в каждом пункте сбора твердых отходов в системе обработки: Свинец является опасным веществом в соответствии с регламентом ЕС REACH и Директивой об опасных отходах при любой концентрации выше соответствующего порогового значения. Твердые отходы, собранные в бункере электростатического фильтра, бункерах рукавных фильтров и в сборном отстойнике мокрого электростатического фильтра, содержат частицы, содержащие свинец, в концентрациях, которые обычно позволяют классифицировать отходы как опасные. Каждый поток твердых отходов должен быть индивидуально охарактеризован с помощью анализа фильтрата TCLP (EN 12457) до подтверждения любого способа утилизации, а транспортировка должна сопровождаться накладной на опасные отходы в соответствии с голландскими правилами транспортировки опасных отходов. Ионная жидкость, загрязненная частицами свинца, должна быть аналогичным образом охарактеризована при ее замене по окончании срока службы, поскольку она будет содержать абсорбированные соединения свинца. - ⚠️
Увеличьте дополнительный нагрев (природным газом), если температура на входе в SCR ниже минимальной отметки в 220°C, и осуществляйте отвод пара через боковую линию во время запуска и остановки, чтобы предотвратить воздействие на катализатор холодного газа с высокой влажностью: Во время запуска и остановки окислительных печей состав и температура отходящих газов будут выходить за пределы нормальных рабочих параметров. Влажный или низкотемпературный газ с высоким содержанием влаги следует обводить вокруг реактора SCR в эти переходные периоды: конденсация влаги на катализаторе при температурах ниже минимальных может привести к необратимому повреждению катализатора. Перед вводом в эксплуатацию убедитесь в исправности обводного канала и клапана, а также включите процедуру обводного канала при запуске в программу обучения операторов.
07 — Основные выводы из инженерной практики
Четыре урока, извлеченные из этого проекта по переработке свинца и очистке отходящих газов.
- 1
Последовательность этапов обработки определяет, будет ли каждая технология работать с заявленной эффективностью — последовательность имеет большее значение, чем технические характеристики отдельного оборудования. В этом проекте SCR достигает денитрификации 97% не благодаря исключительно высококачественному катализатору, а благодаря последовательности обработки (глубокое удаление твердых частиц перед ионно-жидкостной десульфуризацией дымовых газов, ионно-жидкостная десульфуризация дымовых газов перед SCR), которая обеспечивает SCR чистым потоком газа с низким содержанием SO₂ при правильной температуре. Тот же катализатор, установленный в другом месте — например, перед ионно-жидкостной десульфуризацией дымовых газов в потоке газа с высоким содержанием SO₂ — вышел бы из строя в течение нескольких месяцев из-за загрязнения ABS. Архитектура системы очистки (последовательность, температура, газовые условия на входе в каждую ступень) является основным инженерным решением для сложных систем очистки от нескольких загрязняющих веществ. - 2
Ионная жидкостная десульфуризация является превосходной альтернативой известково-гипсовой десульфуризации дымовых газов для переработки свинца в отходящих газах, в частности, потому что она не образует твердых или жидких отходов в процессе десульфуризации дымовых газов. На предприятии, уже обрабатывающем твердые отходы, загрязненные свинцом, образующиеся в результате работы электростатического фильтра и рукавного фильтра, добавление стадии десульфуризации дымовых газов с использованием известняка и гипса привело бы к образованию дополнительного потока потенциально загрязненного свинцом гипса, требующего классификации и утилизации как опасных отходов. Процесс с использованием ионных жидкостей позволяет избежать этого дополнительного потока отходов и одновременно производит концентрированный побочный продукт SO₂, имеющий коммерческую ценность. Для любых применений, связанных с отходящими газами, содержащими свинец, цинк или другие тяжелые металлы, где поток отходов десульфуризации дымовых газов будет классифицироваться как опасный, следует оценить десульфуризацию с использованием ионных жидкостей в качестве основной технологии десульфуризации, прежде чем будет выбрана десульфуризация дымовых газов с использованием известняка и гипса. - 3
Утилизация отработанного тепла с помощью теплообменника из керамических плиток преобразует энергозатраты в основной источник тепла для SCR-реактора. Горячий отходящий газ (220 °C) необходимо охладить перед фильтром-мешком и ионно-жидкостной ступенями; газ после десульфуризации дымовых газов (40 °C) необходимо повторно нагреть перед SCR. Эти две задачи по управлению температурой напрямую дополняют друг друга: тепло, отводимое с горячей стороны, в точности соответствует потребностям холодной стороны. Керамический теплообменник использует эту тепловую взаимодополняемость, устраняя необходимость в паровом или электрическом газовом нагревателе, который увеличил бы затраты на электроэнергию примерно на 192 10 000 юаней в год. Это самая большая экономия эксплуатационных расходов в рамках проекта, и это демонстрирует, что выявление и утилизация отработанного тепла должны быть явным этапом в процессе проектирования системы, а не второстепенным вопросом. - 4
Модернизация существующей инфраструктуры путем добавления двух новых компонентов (теплообменника и SCR) обеспечивает полное соответствие нормам выбросов NOx при значительно меньших затратах по сравнению с полной заменой системы. Этот проект демонстрирует ценность точной инвентаризации существующего оборудования и оценки его возможностей до начала проектирования модернизации в соответствии с требованиями законодательства. Было подтверждено, что существующий электростатический фильтр, рукавный фильтр, система десульфуризации дымовых газов с ионными жидкостями и мокрый электростатический фильтр способны выполнять свои индивидуальные целевые показатели в рамках архитектуры модернизированной системы. Новыми дополнениями стали только теплообменник (обеспечивающий регулирование температуры для работы SCR) и сам реактор SCR. Соотношение капитальных затрат на эту поэтапную модернизацию к полной замене системы обычно составляет от 15 до 251 тыс. тонн на тонну — убедительный аргумент в пользу оценки существующей инфраструктуры до того, как будет разработана какая-либо новая система очистки.
08 — Часто задаваемые вопросы
Обработка отходящих газов при переработке свинцово-кислотных аккумуляторов: ответы на десять вопросов.
Вопросы от специалистов по экологическому лицензированию, инженеров-технологов и групп по охране труда и технике безопасности на предприятиях вторичного производства свинца, переработки алюминиевых сплавов и утилизации твердых отходов, планирующих модернизацию систем денитрификации SCR и десульфуризации с использованием ионных жидкостей в соответствии с требованиями Постановления ЕС о деятельности в области охраны окружающей среды / Постановления Нидерландов о деятельности.
Готовы обеспечить соответствие вашего предприятия по переработке отходов требованиям по сверхнизким уровням выбросов?
Ознакомьтесь с полным спектром решений по контролю промышленных выбросов.
От десульфуризации с использованием ионных жидкостей и низкотемпературного SCR для предприятий по переработке свинцово-кислотных батарей до регенеративные системы термического окисления для промышленного снижения содержания летучих органических соединений.Наша инженерная команда разрабатывает решения, соответствующие требованиям ЕС по контролю выбросов при переработке цветных металлов, для самых сложных задач в этой области.
