馬銀華，趙恒波，黨平，崔曉波
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）
摘要： 針對鞍鋼鲅魚圈 7 m 焦爐煙氣 SO2 排放指標偶有超標的情況， 分析了焦爐煙氣中SO2 的主要來源，提出了降低焦爐煤氣 H2S 含量、減少焦爐爐墻竄漏和控制異常生產狀況下焦爐煙氣 SO2 指標等方面的措施，實施后，焦爐煙氣 SO2 排放指標能夠控制在 25 mg/ m3以下，滿足標準要求。
關鍵詞： 環保；焦爐煙氣；SO2；精脫硫工藝
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部（以下簡稱鲅魚圈） 裝備有國內首套自主設計的7 m 52 孔 JNX-70-2 型焦爐 4 座， 設計年產焦炭255 萬 t，正常生產狀態下，焦爐以高爐煤氣加熱為主，同時摻混一定比例的焦爐煤氣，以保證爐頭溫度，摻混體積比控制在 3%～5%。 2015 年 1 月 1日《煉焦化學工業污染物排放標準》正式實施，要求焦化企業焦爐煙囪排放煙氣中 SO2≤50 mg/m3，對于一些特排地區指標更為嚴格， 要 求 SO2≤30 mg/m3。鲅魚圈 7 m 焦爐煙氣 SO2 排放指標一般為 25~40 mg/m3，偶有超標情況。 因此，分析了焦爐煙氣中 SO2 的主要來源，并從煤氣凈化脫硫、焦爐爐體密封、 焦爐煤氣加熱系統調整等方面進行了改進， 以確保焦爐煙氣中 SO2 排放指標達到合格標準。
1 7 m焦爐煙氣中 SO2 主要來源
1.1 焦爐煤氣燃燒產生 SO2
鲅魚圈 7 m 焦爐為復熱式焦爐，正常生產狀態下，以高爐煤氣加熱為主，但由于焦爐煤氣過剩，后續煤 氣 平 衡 需 要，高爐煤氣中會配入一定比例的焦爐煤氣，摻混比按照 3%~5%控制，但實際摻混比較高， 通常大于 5%， 焦爐煤氣耗量為10 000~15 000 m3/h。 高爐年修或生產情況異常時，倒換為純焦爐煤氣加熱。
1.1.1 焦爐煤氣中 H2S 燃燒生成 SO2
焦爐煤氣中的硫主要以 H2S 形態存在［1-3］。 焦爐煤氣凈化脫硫脫氰采用真空碳酸鉀法脫硫工藝， 出口 H2S 質量濃度通?？刂圃?300 mg/m3，按此計算， 焦爐煤氣燃燒影響煙氣排放的 SO2 濃度將達到 14~21 mg/m3。
1.1.2 焦爐煤氣中有機硫燃燒生成 SO2
焦爐煤氣中有機硫主要包括二硫化碳（CS2）、噻吩（C4H4S）、甲基噻吩（C5H6S）和甲基醇（CH3HS），以及少量其他硫醇、硫醚類的有機硫［1-3］。焦爐煤氣中有機硫的總質量濃度為 500~900 mg/m3。 焦爐煤氣中有機硫的平均含硫質量分數約為 60%， 其總含硫質量濃度為 300~540 mg/m3，產生的 SO2 質量濃度為 600~1 080 mg/m3。
1.2 焦爐爐墻竄漏的荒煤氣燃燒產生 SO2
焦爐爐體磚體砌筑留有一定的灰縫， 焦爐生產過程中，會產生竄漏［4-5］，常規焦爐爐體竄漏率一般在 1%左右。 焦爐炭化室爐墻竄漏時，未經處理的荒煤氣直接由炭化室泄漏至燃燒室， 荒煤氣中的 H2S 燃燒生成 SO2。 荒煤氣中含有大量的 H2S氣體， 質量濃度一般為 5 000~6 000 mg/m3左右，是精制煤氣濃度的 20 倍以上。 因此，即使炭化室爐墻有局部竄漏，也極易造成焦爐煙囪煙氣中 SO2排放指標超標。 對于鲅魚圈 7 m 焦爐，按照荒煤氣中 H2S 質量濃度 6 000 mg/m3計算，產生的 SO2 質量濃度為 16 940 mg/m3。若焦爐泄漏率為 1%，每小時泄漏荒煤氣約 1 250 m3。 根據計算，僅焦爐爐墻竄漏影響煙囪排放的 SO2 濃度將達到 35 mg/m3。
2 7 m 焦爐煙氣 SO2 控制措施
2.1 降低焦爐煤氣 H2S 含量
2.1.1 控制配煤硫分
為了從源頭控制焦爐煤氣 H2S 含量， 在制定配煤方案時,應充分考慮配煤硫分,要求配合煤硫含量在 0.7%以下， 進入脫硫工序前 H2S 含量在6 000 mg/m3以下。 鲅魚圈煉焦部在保證焦炭質量的前提下， 積極選擇低硫主焦煤 （以進口峰景焦煤、薩阿吉焦煤為主），同時停止使用內蒙古高硫肥煤，從而達到控制配合煤硫含量的要求。
2.1.2 改進焦爐煤氣脫硫工藝
鲅魚圈現有焦爐煤氣真空碳酸鉀煤氣脫硫裝置，設計煤氣處理能力為 125 000 m3/h，脫硫后煤氣 H2S 含量≤200 mg/m3。由于焦爐滿負荷生產時，煤氣發生量為 145 000 m3/h， 現有脫硫裝置能力不能滿足要求，脫硫后煤氣 H2S 含量為400~500 mg/m3。
因此，對原脫硫系統進行改造，在原真空碳酸鉀脫硫裝置后新建一套煤氣處理量 為 150 000 Nm3/h的一塔式堿法脫硫裝置， 將煤氣中的 H2S 含量從400~500 mg/m3降至 20 mg/m3以下。 改進后精脫硫工藝流程見圖 1。
焦爐煤氣從真空碳酸鉀脫硫后接三通進入精 脫硫塔下部， 并在塔內自下而上與頂部噴灑的再生脫硫液于氣液分布盤和填料層逆向接觸， 進行液相催化氧化的化學反應， 碳酸鈉與煤氣中的絕大部分 H2S 和 HCN 在脫硫液中充分反應。 由于熔硫會消耗一部分催化劑， 為了保證一定的催化劑濃度，采用連續投加少量催化劑的措施。 反應后的脫硫液流入塔底煤氣液封槽， 由精脫硫液循環泵打至再生段，通過自吸式噴射器射流引入空氣，并補充一定的動力風， 在再生段底部進行氧化再生反應，再生的溶液保持一定的液位，并通過液位調節器自動調節流到脫硫段噴灑管線進行噴灑，再生的脫硫液與煤氣逆向接觸，形成一個閉路循環。
2.2 減少焦爐爐墻竄漏
2.2.1 提高集氣管壓力
為了有助于焦爐爐墻磚縫石墨的生成， 避免外界冷空氣竄漏進入炭化室， 造成焦炭和副產品的燒損，在整個結焦過程中，控制炭化室壓力，使其略大于燃燒系統壓力， 并以結焦末期炭化室底部壓力不小于 5 Pa 為原則，控制集氣管壓力。 由于鲅魚圈 7 m 焦爐為蓄熱室分格設計， 蓄熱室頂部吸力無法測量，燃燒系統壓力的均勻性差，加之受海上氣候影響， 炭化室底部壓力在結焦末期波動范圍為±10 Pa，因此，為避免炭化室砌體磚縫中積炭被燒掉而造成竄漏， 控制集氣管壓力高于應設值 5~10 Pa。
2.2.2 降低分煙道吸力
在保證空氣過剩系數合理的前提下， 將進風門開度增大 20 mm，分煙道吸力減小 30 Pa 左右，避免加熱系統吸力與炭化室系統吸力差過大，造成荒煤氣從爐墻磚縫進入燃燒系統， 從而增加廢氣中 SO2 含量，影響焦爐煙囪指標。
2.2.3 增加看火孔壓力
在各周轉時間內， 看火孔壓力通常應保持在（0±5）Pa 范圍內。 看火孔壓力偏低，容易出現煤氣短路，燃燒不完全，燃燒效率過低，同時爐頂區域的煤粉、焦粉等被吸入立火道（或蓄熱室），對爐體造成不可逆轉的損害；看火孔壓力過高，則爐頂散熱增加，惡化爐頂操作環境，同時造成拉條的燒損變形。 根據現場實際情況，為改善邊火道溫度，同時減少因吸力過大造成的煤氣短路問題， 控制看火孔壓力略高于正常范圍，一般控制在 10~15 Pa，以利于降低蓄熱室頂部吸力， 在一定程度上減少了炭化室爐墻的竄漏，減少 SO2 的排放。
2.2.4 改善焦爐爐體密封
鲅魚圈 7 m 焦爐炭化室平均寬度 450 mm，屬于窄炭化室設計， 焦爐廢氣盤排列緊密， 間距僅200 mm 左右，廢氣盤與焦爐小煙道連接處密封處理難度大，外部冷空氣從此處漏入小煙道，與煤氣在小煙道提前燃燒，小煙道、蓄熱室溫度升高，不僅影響煤氣消耗，而且造成壓力系統分布不均，爐體竄漏增加。 因此，對廢氣盤與焦爐小煙道連接處進行重新密封抹補，增加嚴密程度，降低燃燒系統SO2。 具體措施如下：
（1） 以水玻璃:A 級粘土火泥:水=1:3:5 的比例調成稀漿， 將直徑 50 mm、25 mm、10 mm 的石棉繩提前 24 h 浸泡，使繩內充滿粘土泥漿。
（2） 用扁鏟將廢氣盤與小煙道連接處原密封材料清理干凈，并用風管吹掃干凈，以利于重新填塞石棉繩。
（3） 用稀粘土泥漿把廢氣盤與焦爐小煙道連接處浸濕，根據連接處縫隙大小，選擇略粗的石棉繩進行填塞，填塞過程要求繩頭相互搭接嚴密，不允許有漏填，用錘子將石棉繩砸實。
（4） 將 A 級粘土火泥和骨料以 1:1 的比例用水調配成適當軟硬的抹補泥料， 將廢氣盤與焦爐小煙道連接處的縫隙填滿填平。
（5） 待石棉繩和泥料基本干燥后， 用稀粘土泥漿涂抹光滑平整，不允許有裂縫或者不嚴。
2.3 控制異常生產狀況下焦爐煙氣 SO2 指標
2.3.1 制酸工序異常停機處理措施
鲅魚圈脫硫制酸工序分為脫硫工序和制酸工序。 運行過程中，若制酸系統發生泄漏、故障停產，為保證脫硫工序正常生產， 將脫硫解析出的 H2S 酸氣通入焦爐煤氣系統， 煙囪煙氣 SO2 指標將大幅提升。 生產過程中，為控制煙氣 SO2 指標，具體采取以下措施：
（1） 制酸系統停產后， 焦爐立即停止摻混焦爐煤氣，并同時停止焦爐爐頭輔助加熱。
（2） 制酸工序恢復生產后， 焦爐煤氣管道里仍有殘余 H2S 酸氣， 先打開 2~4 根邊爐輔助加熱管，少量消耗焦爐煤氣，并根據指標情況陸續恢復爐頭輔助加熱及摻混。
（3） 進行工藝改進， 將 H2S 酸氣管線接入精脫硫工序煤氣入口，在制酸工序短時間（6 h 以內）停產時，使 H2S 酸氣直接進入精脫硫工序處理。
2.3.2 焦爐停止加熱過程中煙氣 SO2 控制措施
焦爐停止加熱后，加熱煤氣來源切斷。 由于焦爐在設計上煙道翻板不是完全密封的， 廢氣盤上空氣蓋板也不是完全封閉（開度小于正常加熱）隔絕空氣的，在焦爐停止加熱后，雖然無加熱煤氣，但仍有空氣（少于正常加熱用空氣）在燃燒系統內流動，從而形成廢氣，造成焦爐熱量不斷流失。 由于溫度的變化，焦爐爐體出現收縮，爐墻的磚縫等竄漏加劇，在恢復焦爐生產時，焦爐的竄漏率大幅提高，在恢復生產初期造成煙囪煙氣中的 SO2 超標排放。 針對此問題，在焦爐停止加熱后，需要合理控制煙道吸力和進入的空氣量。 通過對現場實際情況進行試驗，主要從以下兩方面進行控制：一方面，盡量減小煙道吸力，通過對煙道翻板的手動調整，使分煙道吸力控制在 80~100 Pa 范圍；另一方面，用石棉蓋板將廢氣盤風門遮蓋，預留10~20 mm左右的縫隙。 通過兩方面的調整和配合，以確?？椿鹂醉敳繜o煤氣積聚。
3 7 m 焦爐煙氣 SO2 排放指標控制效果
鲅魚圈 7 m 焦爐采取以上 SO2 控制措施后，焦爐煙氣 SO2 排放指標明顯改善。7 m 焦爐采取措施前后加熱煤氣及排放煙氣相關數據對比如表 1所示。
由表 1 可以看出，通過配煤源頭控制，荒煤氣中 H2S 含量降低； 精脫硫工序穩定運行后， 出口H2S 含量控制在 20 mg/ m3以下，焦爐煤氣摻混比適當提高， 對煙氣 SO2 指標影響不大， 焦爐煙氣SO2 排放指標能夠控制在 25 mg/ m3以下， 達到了標準要求。
4 結語
鞍鋼鲅魚圈煉焦部 7 m 焦 爐 煙 氣 SO2 排 放指標偶有超標，通過采取控制配煤硫分，改 進 焦爐煤氣脫硫工 藝，提高集氣管壓力，降 低 分 煙 道吸力，增加看火孔壓力和改善焦爐爐體密封等措施，同時從制酸工序異常停機處理和焦爐停止加熱 過 程 中 煙 氣 SO2 控制兩方面控制異常生產狀況下焦爐煙氣 SO2 指標， 使焦爐煤氣 SO2 排放指標降至 25 mg/m3以下，達到了焦化企業煙囪煙氣排放標準的要求。
參考文獻
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