蔡繼瑩 吳思成 金 勝 沈曉旺 王楨遐

(華泰永創(chuàng) (北京) 科技股份有限公司)

摘 要：結(jié)合國內(nèi)多家焦化廠干熄焦煙氣 SO₂ 濃度資料和檢測(cè)結(jié)果，確定干熄焦煙氣 SO₂ 濃度值，綜合分析濕法、 半干法、 干法脫硫技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，最終建立干熄焦煙氣脫硫除塵最佳工藝流程，以滿足國家規(guī)定的相關(guān)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。 

關(guān)鍵詞：干熄焦；脫硫；循環(huán)流化床法；排放標(biāo)準(zhǔn)

近幾年來，我國霧霾天氣頻頻出現(xiàn)，環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻。大氣污染問題已成為環(huán)保的重點(diǎn)研究對(duì)象，煉焦化學(xué)工業(yè)企業(yè)排放大氣污染物的控制當(dāng)放首位，環(huán)保部已經(jīng)在環(huán)保法規(guī)制定、 執(zhí)行和監(jiān)管方面加大力度^[1] ， «煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)» (GB16171 － 2012) 規(guī)定， 全國非限排地區(qū)干熄焦裝置煙氣SO₂ 排放限值為 100mg / m³ ，限排地區(qū)干熄焦裝置煙氣 SO₂ 排放限值為80mg / m³ 。在這樣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求下，干熄焦裝置排放的煙氣必須經(jīng)脫硫處理達(dá)標(biāo)后才能排放，以簡(jiǎn)潔的工藝和最少的投資實(shí)現(xiàn)干熄焦煙氣脫硫?qū)⑹墙够袠I(yè)的首選。

1 干熄焦煙氣的組成及 SO₂ 濃度

干熄焦是采用惰性氣體熄滅赤熱焦炭的一種熄焦方法，并且能夠回收紅焦的顯熱產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電^[2]。 我國的上海寶鋼一期工程引進(jìn)了日本的 4 ×75t / h干熄焦裝置并投產(chǎn)運(yùn)行，是我國最早引進(jìn)的干熄焦技術(shù)^[3]。 截至目前， 干熄焦已經(jīng)代替濕熄焦成為我國主要應(yīng)用的熄焦方法，干熄焦裝置氣體循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有相應(yīng)的空氣導(dǎo)入系統(tǒng)，但實(shí)際運(yùn)行中有少量空氣和赤熱焦炭接觸燃燒，煙氣中會(huì)產(chǎn)生少量的 SO₂ 氣體。 干熄焦生產(chǎn)過程中排放的煙氣會(huì)產(chǎn)生大量的顆粒污染物(主要是焦粉)，為了滿足國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)含 SO₂以及大量粉塵的煙氣進(jìn)行凈化處理，含 SO₂ 煙氣的主要排放部位有干熄爐頂裝入裝置、 循環(huán)風(fēng)機(jī)出口常用放散口、 預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)放散口 (煙氣量小)、 底部排焦處。

目前國內(nèi)各焦化廠標(biāo)定的干熄焦煙氣 SO₂ 濃度差異較大，京唐西山焦化有限公司標(biāo)定的數(shù)據(jù)顯示，各部分煙氣中循環(huán)風(fēng)機(jī)出口常用放散煙氣排放的 SO₂ 總量和濃度最大，爐頂裝焦煙氣次之、 底部排焦煙氣最小，為進(jìn)一步確定干熄焦煙氣中 SO₂ 濃度，華泰永創(chuàng) (北京) 科技股份有限公司煤焦室在鞍山鋼鐵有限公司焦化廠，對(duì)西區(qū) 190t / h 干熄焦裝置進(jìn)行檢測(cè)， 受現(xiàn)場(chǎng)條件所限，僅對(duì)循環(huán)氣體中的 SO₂濃度進(jìn)行了檢測(cè)。干熄焦煙氣中 SO₂ 排放源強(qiáng)見表1。

基于干熄焦裝置裝焦、 常用放散、 排焦的煙氣特點(diǎn)，分別確定裝焦煙氣參數(shù)和 SO₂濃度值。一般裝焦時(shí)間呈周期性波動(dòng)，風(fēng)量變化范圍為0％ ~ 100％ ，煙氣溫度為200℃ ； 循環(huán)風(fēng)機(jī)出口常用放散煙氣量較穩(wěn)定， 溫度約為 130℃ ，排焦煙氣含塵量最大，溫度約為 100℃ ，通過參考其他人員測(cè)定各組干熄焦煙氣中 SO₂ 濃度，并結(jié)合華泰永創(chuàng)焦化有限公司測(cè)定值，確定裝焦處 SO₂濃度為 858mg / m³ 、 循環(huán)風(fēng)機(jī)出口常用放散處SO₂ 濃度為 128.4mg / m³ 、 排焦處 SO₂ 濃度為55mg / m³ 。 

2 脫硫方法的分析比較

煙氣脫硫工藝按照脫硫過程是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)，可分為濕法、 半干法和干法三種脫硫工藝^[4] 。

2.1  濕法脫硫

濕法煙氣脫硫是利用液體吸收劑洗滌含 SO₂ 煙氣，達(dá)到凈化煙氣目的。通常設(shè)置于煙氣系統(tǒng) 末端、 除塵器之后，具有脫硫反應(yīng)速度快、 效率高、 脫硫劑利用率高等特點(diǎn)，適用于大型燃煤火電機(jī)組煙氣脫硫，石灰石 － 石膏法是目前世界上技術(shù)最成熟，實(shí)用業(yè)績(jī)最多的濕法脫硫工藝^[5] 。但濕法煙氣脫硫工藝初投資大、 運(yùn)行費(fèi)用高、 產(chǎn)生廢水，且脫硫過程溫降大、 于露點(diǎn)溫度，不利于煙囪排氣的擴(kuò)散，易產(chǎn)生 “白煙”，需二次加熱，脫硫后的副產(chǎn)物處理難。 

2.2  半干法脫硫

半干法煙氣脫硫工藝是利用煙氣顯熱蒸發(fā)脫硫劑反應(yīng)中的水分， 最終產(chǎn)物為干粉狀^[6] 。半干法煙氣脫硫工藝無廢水產(chǎn)生、 脫硫效率較高(低于濕法煙氣脫硫、 高于干法煙氣脫硫)、 投資較少、 運(yùn)行成本較低、 無有色煙羽產(chǎn)生，適用于中低硫的煙氣治理，半干法煙氣脫硫工藝分為旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法 ( Spray Dryer Absorber SDA ) 和循環(huán)流化床法 ( Cirulating Fluidized Bed CFB)。

(1) 旋轉(zhuǎn)噴霧法 (SDA法)

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法是利用噴霧干燥的原理? 將吸收劑漿液霧化噴入吸收塔與煙氣中的 SO₂ 反應(yīng)，同時(shí)吸收煙氣中的熱量蒸發(fā)水分，脫硫產(chǎn)物 以干粉態(tài)排出^[7] ，SDA 法關(guān)鍵設(shè)備是高速旋轉(zhuǎn)霧化器， 通過它將吸收劑漿液霧化成細(xì)小霧滴與煙氣充分接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱反應(yīng)，噴嘴的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 15000 ~ 20000r/ min， 與霧化效果、 脫硫 效率成正比。 

(2) 循環(huán)流化床法 (CFB 法)

循環(huán)流化床法是以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，煙氣從底部通過文丘里管進(jìn)入循環(huán)流化床吸收塔內(nèi)，與具有較大比表面積的脫硫劑顆粒接觸，在煙氣流作用下，脫硫劑顆粒形成沸騰流化態(tài)，大大提高脫硫劑與 SO₂反應(yīng)接觸時(shí)間，提高脫硫反應(yīng)速度和效率^[8]。循環(huán)流化床法與旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法相比， 具有投資省、 脫硫效率高、 脫硫劑利用效率高等優(yōu)勢(shì)，但運(yùn)行成本高、 抗負(fù)荷波動(dòng)能力差。 

2.3  干法脫硫 (SDS 法)

干法煙氣脫硫工藝是脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進(jìn)行的煙氣脫硫工藝，干法煙氣脫硫工藝具有無廢水排放、 設(shè)備腐蝕小、 脫硫過程溫降小、 投資省和占地小等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低、 脫硫反應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，適用于含硫量不高、 煙氣量較少的煙氣脫硫處理。 

3  干熄焦煙氣脫硫工藝

考慮煙氣脫硫方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合干熄焦煙氣特點(diǎn)，采用鈉基SDS  法和CFB 藝流程，確保干熄焦煙氣脫硫能夠滿足國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。 

鈉基 SDS法脫硫工藝將高效脫硫劑 (20 ~ 25μm 碳酸氫鈉粉末) 均勻噴射在管道內(nèi)，NaH-CO₃ 受熱分解為Na₂CO₃ 、 H₂O和 CO₂ ， 比表面積迅速增大，其中 Na₂CO₃ 與反應(yīng)水相結(jié)合作為脫硫劑與煙氣中 SO₂發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫硫目的，鈉基 SDS法脫硫工藝具有工藝流程簡(jiǎn)單、 運(yùn)行阻力小、 投資省、 占地小、 無廢水和抗負(fù)荷波動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 

在干熄焦進(jìn)行裝焦時(shí)，有大量含塵及 SO₂ 煙氣 (200℃ ) 逸散到空氣中污染環(huán)境，裝入裝置處設(shè)置集塵罩將逸散的煙氣導(dǎo)入袋式除塵器內(nèi)，并在除塵管道上設(shè)置兩個(gè)噴射點(diǎn)噴入脫硫劑 (Na₂CO₃ )。 因此，可以保證裝焦時(shí)的煙氣得到凈化處理。 

循環(huán)風(fēng)機(jī)出口常用放散處的煙氣含硫濃度最大，溫度為 130℃左右，低于脫硫劑的最佳反應(yīng)溫度 (180 ~ 220℃ )，為保證脫硫效果須將常用放散煙氣由熱管換熱器前引出， 煙氣溫度可達(dá)到170℃ ，對(duì)于含硫濃度最高的常用放散煙氣采用CFB 法進(jìn)行脫硫處理，通過煙氣以及脫硫劑的多次循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)高效脫硫，排焦處煙氣中  SO₂濃度滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求，無需進(jìn)行脫硫處理。 

4  結(jié)論

(1) 綜合考慮多家干熄焦煙氣中 SO₂ 濃度測(cè)定值，確定裝焦處 SO₂ 濃度為 858mg / m³ 、 循環(huán)風(fēng)機(jī)出口常用放散處 SO₂濃度為 128.4mg / m³ 、 排焦處 SO₂濃度為 55mg / m³。

(2) 對(duì)比分析濕法、半干法、干法三種處理含硫煙氣方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定濕法脫硫適用于大型燃煤火電機(jī)組煙氣脫硫，半干法煙氣脫硫較為適用于中低硫的煙氣治理，干法煙氣脫硫適用于含硫量不高、 煙氣量較少的煙氣脫硫處理。 

(3) 綜合煙氣脫硫方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合干熄焦煙氣特點(diǎn)，確定采用鈉基 SDS 法和CFB 法相結(jié)合的工藝流程處理干熄焦煙氣。 

參考文獻(xiàn)

[1] 李海斌， 羅翼新，宋承諭等 霧霾天氣空氣污染對(duì)機(jī)體呼吸系統(tǒng)的急性損傷效應(yīng)研究 [J]. 中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志， 2015， (4): 392 － 394.

[2] 孫艷麗 提高干熄焦蒸汽發(fā)生量生產(chǎn)實(shí)踐 [J]. 化工管理， 2018，(19).

[3] 周 輝 干熄焦制氣多聯(lián)產(chǎn)一體化技術(shù)研究與開發(fā)—干熄焦造氣工藝的研究 [D]. 青島: 中國石油大學(xué) (華東)， 2010.

[4] 韓曉靜 論煙氣石灰石－石膏濕法脫硫技術(shù)與循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù) [J]. 科技尚品， 2015， (8): 1－2.

[5] 劉吉衛(wèi)， 劉 紅， 趙 霞 濕式煙氣脫硫技術(shù)研究與應(yīng)用 [J]. 山東煤炭科技，2007， (3): 26－26.

[6] 滕 斌 半干法煙氣脫硫的實(shí)驗(yàn)及機(jī)理研究 [D]. 杭州: 浙江大學(xué)， 2004.

[7] 杜義亮， 亓慶臺(tái)， 王 飛等 泰鋼 180m² 燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工藝探討與實(shí)踐 [J]. 山東冶金，，2010，32 (6): 49－ 50.

[8] 趙旭東，項(xiàng)光明，姚 強(qiáng)等 循環(huán)流化床煙氣脫硫吸收塔內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象及機(jī)理分析 [J]. 化工學(xué)報(bào).