蔡繼瑩 吳思成 金 勝 沈曉旺 王楨遐
(華泰永創 (北京) 科技股份有限公司)
摘 要：結合國內多家焦化廠干熄焦煙氣 SO2 濃度資料和檢測結果，確定干熄焦煙氣 SO2 濃度值，綜合分析濕法、 半干法、 干法脫硫技術優缺點，最終建立干熄焦煙氣脫硫除塵最佳工藝流程，以滿足國家規定的相關煙氣排放標準。
關鍵詞：干熄焦；脫硫；循環流化床法；排放標準
近幾年來，我國霧霾天氣頻頻出現，環境問題日趨嚴峻。大氣污染問題已成為環保的重點研究對象，煉焦化學工業企業排放大氣污染物的控制當放首位，環保部已經在環保法規制定、 執行和監管方面加大力度[1] ， «煉焦化學工業污染物排放標準» (GB16171 － 2012) 規定， 全國非限排地區干熄焦裝置煙氣SO2 排放限值為 100mg / m3 ，限排地區干熄焦裝置煙氣 SO2 排放限值為80mg / m3 。在這樣環保標準要求下，干熄焦裝置排放的煙氣必須經脫硫處理達標后才能排放，以簡潔的工藝和最少的投資實現干熄焦煙氣脫硫將是焦化行業的首選。
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生蒸汽用于發電[2]。 我國的上海寶鋼一期工程引進了日本的 4 ×75t / h干熄焦裝置并投產運行，是我國最早引進的干熄焦技術[3]。 截至目前， 干熄焦已經代替濕熄焦成為我國主要應用的熄焦方法，干熄焦裝置氣體循環系統設有相應的空氣導入系統，但實際運行中有少量空氣和赤熱焦炭接觸燃燒，煙氣中會產生少量的 SO2 氣體。 干熄焦生產過程中排放的煙氣會產生大量的顆粒污染物(主要是焦粉)，為了滿足國家規定的排放標準，必須對含 SO2以及大量粉塵的煙氣進行凈化處理，含 SO2 煙氣的主要排放部位有干熄爐頂裝入裝置、 循環風機出口常用放散口、 預存段壓力調節放散口 (煙氣量小)、 底部排焦處。
目前國內各焦化廠標定的干熄焦煙氣 SO2 濃度差異較大，京唐西山焦化有限公司標定的數據顯示，各部分煙氣中循環風機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，為進一步確定干熄焦煙氣中 SO2 濃度，華泰永創 (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，對西區 190t / h 干熄焦裝置進行檢測， 受現場條件所限，僅對循環氣體中的 SO2濃度進行了檢測。干熄焦煙氣中 SO2 排放源強見表1。
基于干熄焦裝置裝焦、 常用放散、 排焦的煙氣特點，分別確定裝焦煙氣參數和 SO2濃度值。一般裝焦時間呈周期性波動，風量變化范圍為0％ ~ 100％ ，煙氣溫度為200℃ ； 循環風機出口常用放散煙氣量較穩定， 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定各組干熄焦煙氣中 SO2 濃度，并結合華泰永創焦化有限公司測定值，確定裝焦處 SO2濃度為 858mg / m3 、 循環風機出口常用放散處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物的干濕形態，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，達到凈化煙氣目的。通常設置于煙氣系統 末端、 除塵器之后，具有脫硫反應速度快、 效率高、 脫硫劑利用率高等特點，適用于大型燃煤火電機組煙氣脫硫，石灰石 － 石膏法是目前世界上技術最成熟，實用業績最多的濕法脫硫工藝[5] 。但濕法煙氣脫硫工藝初投資大、 運行費用高、 產生廢水，且脫硫過程溫降大、 于露點溫度，不利于煙囪排氣的擴散，易產生 “白煙”，需二次加熱，脫硫后的副產物處理難。
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脫硫劑反應中的水分， 最終產物為干粉狀[6] 。半干法煙氣脫硫工藝無廢水產生、 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、 運行成本較低、 無有色煙羽產生，適用于中低硫的煙氣治理，半干法煙氣脫硫工藝分為旋轉噴霧干燥法 ( Spray Dryer Absorber SDA ) 和循環流化床法 ( Cirulating Fluidized Bed CFB)。
(1) 旋轉噴霧法 (SDA法)
旋轉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，同時吸收煙氣中的熱量蒸發水分，脫硫產物 以干粉態排出[7] ，SDA 法關鍵設備是高速旋轉霧化器， 通過它將吸收劑漿液霧化成細小霧滴與煙氣充分接觸進行傳質傳熱反應，噴嘴的轉速可以達到 15000 ~ 20000r/ min， 與霧化效果、 脫硫 效率成正比。
(2) 循環流化床法 (CFB 法)
循環流化床法是以循環流化床原理為基礎，煙氣從底部通過文丘里管進入循環流化床吸收塔內，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，大大提高脫硫劑與 SO2反應接觸時間，提高脫硫反應速度和效率[8]。循環流化床法與旋轉噴霧干燥法相比， 具有投資省、 脫硫效率高、 脫硫劑利用效率高等優勢，但運行成本高、 抗負荷波動能力差。
2.3 干法脫硫 (SDS 法)
干法煙氣脫硫工藝是脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行的煙氣脫硫工藝，干法煙氣脫硫工藝具有無廢水排放、 設備腐蝕小、 脫硫過程溫降小、 投資省和占地小等優點，但存在脫硫效率低、 脫硫反應速度慢等缺點，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缺點，結合干熄焦煙氣特點，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準。
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，NaH-CO3 受熱分解為Na2CO3 、 H2O和 CO2 ， 比表面積迅速增大，其中 Na2CO3 與反應水相結合作為脫硫劑與煙氣中 SO2發生反應，達到脫硫目的，鈉基 SDS法脫硫工藝具有工藝流程簡單、 運行阻力小、 投資省、 占地小、 無廢水和抗負荷波動能力強等優點。
在干熄焦進行裝焦時，有大量含塵及 SO2 煙氣 (200℃ ) 逸散到空氣中污染環境，裝入裝置處設置集塵罩將逸散的煙氣導入袋式除塵器內，并在除塵管道上設置兩個噴射點噴入脫硫劑 (Na2CO3 )。 因此，可以保證裝焦時的煙氣得到凈化處理。
循環風機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， 煙氣溫度可達到170℃ ，對于含硫濃度最高的常用放散煙氣采用CFB 法進行脫硫處理，通過煙氣以及脫硫劑的多次循環，可以實現高效脫硫，排焦處煙氣中 SO2濃度滿足國家排放標準要求，無需進行脫硫處理。
4 結論
(1) 綜合考慮多家干熄焦煙氣中 SO2 濃度測定值，確定裝焦處 SO2 濃度為 858mg / m3 、 循環風機出口常用放散處 SO2濃度為 128.4mg / m3 、 排焦處 SO2濃度為 55mg / m3。
(2) 對比分析濕法、半干法、干法三種處理含硫煙氣方法的優缺點，確定濕法脫硫適用于大型燃煤火電機組煙氣脫硫，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缺點，結合干熄焦煙氣特點，確定采用鈉基 SDS 法和CFB 法相結合的工藝流程處理干熄焦煙氣。
參考文獻
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