摘  要  我國(guó)在鋼鐵工業(yè)煙氣治理方面，濕法脫硫中的鈣法、氨法脫硫應(yīng)用廣泛，推行時(shí)間較久，近年隨著煙氣治理工藝的創(chuàng)新，焦?fàn)t煙氣治理工藝中，以干法小蘇打?yàn)槲談┑拟c基SDS脫硫工藝技術(shù)脫穎而出，已趨成熟并形成主流，本文就焦化廠煉焦工序煙氣脫硫中利用SDS脫硫技術(shù)對(duì)焦?fàn)t煙氣脫硫做淺談供企業(yè)交流借鑒。

關(guān)鍵詞  焦?fàn)t煙氣  SDS脫硫  運(yùn)用  

1  引言

鋼鐵企業(yè)中的焦化廠主要生產(chǎn)冶金用焦炭，煉焦過(guò)程是高污染，高耗能和高排放的工序。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和淘汰落后產(chǎn)能一直是國(guó)家自十三五以來(lái)的重要任務(wù)。焦化廠煙氣排放中SO₂是污染大氣的主要成分，SDS脫硫技術(shù)的應(yīng)用，使焦化廠煙氣排放中的SO₂明星降低，使焦化業(yè)環(huán)保治理水平再上新臺(tái)階。

2  SDS脫硫與鈣法脫硫技術(shù)對(duì)比

濕法石灰石-石膏法優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高，技術(shù)成熟，適用范圍廣；缺點(diǎn)是生成物是液體或淤渣，較難處理，設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重，洗滌后煙氣需再熱，能耗高，占地面積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高，系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、耗水量大、污水處理成本較、技術(shù)要求高。

2.1脫硫效率及S0₂濃度適應(yīng)性對(duì)比

煙氣脫硫過(guò)程是一個(gè)化學(xué)吸收過(guò)程，SDS鈉基以小蘇打?yàn)槲談┰跉?固兩相間進(jìn)行，鈣法以石灰石漿液為吸收劑在氣-液-固三相間進(jìn)行。SDS鈉基干法的吸收速度遠(yuǎn)大于鈣法。SDS鈉基干法脫硫適合濃度低S0₂煙氣，SO₂濃度在100～1 000 mg/Nm³,脫硫效率都能滿足相關(guān)要求；鈣法一般在900～4 500 mg/Nm³，適合于高硫含量的煙氣。               

2.2運(yùn)行成本的對(duì)比

SDS鈉基的吸收劑成本雖然高于鈣法，但副產(chǎn)物硫酸鈉的價(jià)格可以抵扣部分吸收劑的成本，鈣法的副產(chǎn)物石膏處理反而會(huì)增加成本，動(dòng)力能源消耗方面，SDS鈉基干法遠(yuǎn)低于鈣法。

2.3環(huán)境效益比較

SDS鈉基干法技術(shù)不產(chǎn)生任何廢水、廢液和廢渣，不產(chǎn)生二次污染；鈣法脫硫過(guò)程中需排放大量廢水，處理難度大，需要額外增加廢水處理費(fèi)用，運(yùn)行成本增加；SDS鈉基干法技術(shù)的副產(chǎn)品硫酸鈉可以作為化工原料使用；鈣法脫硫副產(chǎn)石膏雜質(zhì)較多，品質(zhì)不高，回收利用困難，需要很大的堆放場(chǎng)地，極易形成石膏山。

通過(guò)以上幾點(diǎn)對(duì)比得出，SDS鈉基干法脫硫在多行業(yè)煙氣治理上要優(yōu)于鈣法，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：

（1）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，SDS 干法脫硫主要設(shè)備為研磨系統(tǒng)和布袋除塵系統(tǒng)，布袋除塵在工業(yè)生產(chǎn)中已有穩(wěn)定運(yùn)行多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備穩(wěn)定。脫硫劑供應(yīng)磨機(jī)系統(tǒng)及送料系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)一鍵停機(jī)，操作維護(hù)方便，脫硫劑的投加量可調(diào)范圍大，裝置穩(wěn)定可靠，運(yùn)行方便高效。

（2）與其他半干法、濕法相比投資少，如焦?fàn)t入口煙氣SO₂濃度≤150 mg/m³，一般無(wú)需配置脫硫塔，項(xiàng)目造價(jià)低。

（3）該工藝屬于干法脫硫，有效避免煙囪白煙的產(chǎn)生，系統(tǒng)運(yùn)行用水量為零，脫硫系統(tǒng)工藝管網(wǎng)無(wú)需防腐處理，固廢可實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)處理，還可回收利用作為水泥添加料等，實(shí)現(xiàn)資源的完全回收，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。

（4）焦?fàn)t煙氣中SO₂的脫除率較高，排放低于現(xiàn)行GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》限值標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)已建成投運(yùn)的SDS干法脫硫裝置的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，脫硫效率都可達(dá)到95 %以上。凈化后的煙氣不會(huì)在煙囪周圍形成酸雨引起周邊設(shè)備的腐蝕。

（5）由于焦?fàn)t生產(chǎn)的特殊性，系統(tǒng)設(shè)置事故煙道快速切換閥門系，與系統(tǒng)主抽風(fēng)機(jī)連鎖裝置，一旦出現(xiàn)故障也不影響焦?fàn)t的正常運(yùn)行，安全可靠。

綜上所述，SDS脫硫技術(shù)在焦化廠煉焦工序煙氣脫硫中的運(yùn)用無(wú)論是從技術(shù)可行性，還是經(jīng)濟(jì)性，都具有一定的優(yōu)勢(shì)。

3  SDS脫硫工藝原理及流程

3.1 SDS脫硫工藝原理

焦?fàn)t煙氣分別由地下機(jī)側(cè)和焦側(cè)煙道引出，經(jīng)原煙氣管道閥門和新增入口管道閥門切換并匯合后，進(jìn)入總煙氣管道，在總煙道內(nèi)，通過(guò)高效的SDS干法脫酸噴射及均布裝置，脫酸劑在煙道內(nèi)被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO₂等酸性物質(zhì)被吸收凈化。完成的主要化學(xué)反應(yīng)為：

               2NaHCO₃+SO₂+1/2O₂→Na₂SO₄+2CO₂+H₂O 

2NaHCO₃+SO₃→Na₂SO₄+2CO₂+H₂O    

與其他酸性物質(zhì)的反應(yīng)：

NaHCO₃+HCl→NaCl+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF→NaF+CO₂+H₂O

3.2 SDS脫硫工藝流程

本次淺談焦?fàn)t總煙氣量約在130 000Nm³/h，煙溫期間180～260 ℃，焦?fàn)t排放煙氣中含有的SO₂濃度≤200 mg/Nm³，顆粒物濃度≤60 mg/Nm³，濕度≤12 %。

脫硫后粉狀顆粒產(chǎn)物隨氣流進(jìn)入布袋除塵器收集脫硫副產(chǎn)物，凈煙氣由增壓風(fēng)機(jī)抽引，經(jīng)出口煙道至原焦?fàn)t煙囪排入大氣，整套工藝的流程圖如圖1所示。

為防止高溫?zé)煔鈸p傷脫硫工藝配套布袋，在除塵進(jìn)口前端管網(wǎng)設(shè)計(jì)煙氣換熱器或混風(fēng)閥，使其控制焦?fàn)t煙氣進(jìn)入布袋除塵器溫度最佳，保證除塵系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；脫硫運(yùn)行時(shí)吸收劑劑小蘇打（化學(xué)名：NaHCO₃）進(jìn)入研磨機(jī)粉碎，使之粒徑達(dá)到設(shè)計(jì)細(xì)度18 μm（800目）左右，通過(guò)送料風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫器進(jìn)行SO₂的脫除。煙道溫度通過(guò)實(shí)驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得到煙氣溫度控制在140～210 ℃是反應(yīng)的最佳狀態(tài)，溫度過(guò)高存在過(guò)熱燒結(jié)現(xiàn)象。

碳酸氫鈉噴入量與SO₂摩爾比控制在2.05～2.2，脫硫劑投加量依據(jù)在線運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，計(jì)量信號(hào)與SO₂檢測(cè)濃度程序聯(lián)鎖，入口、出口SO₂濃度實(shí)時(shí)調(diào)整脫硫劑的投加量。

脫硫反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物通過(guò)布袋除塵器收集深層過(guò)濾，噴吹系統(tǒng)清灰，使反應(yīng)物副產(chǎn)物Na₂SO₄脫落到灰斗，通過(guò)卸輸灰系統(tǒng)將副產(chǎn)物Na₂SO₄送至脫硫副產(chǎn)物倉(cāng)臨時(shí)存放待排。

圖1  SDS脫硫工藝流程圖

4  SDS脫硫反應(yīng)器及配套除塵器

4.1脫硫反應(yīng)器

焦?fàn)t煙氣首先進(jìn)入SDS反應(yīng)器，煙道式脫硫反應(yīng)器通過(guò)均風(fēng)、分風(fēng)方式確保脫硫劑與煙氣均勻混合反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中不留煙氣死角，通過(guò)煙氣流量的控制，煙氣與脫硫劑接觸時(shí)間T≥2 s，如少量未脫除的S0₂氣體，可通過(guò)布袋除塵器運(yùn)行過(guò)程中二次脫硫。

4.2煙氣煙道系統(tǒng)

（1）煙氣系統(tǒng)由焦?fàn)t出口地下煙道前端引出，經(jīng)SDS脫硫反應(yīng)器及布袋除塵器后進(jìn)入?yún)R合煙道后側(cè)，前后側(cè)煙道之間用重力快開(kāi)閥或高溫?zé)煔鈸醢彘T阻斷，與中控DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)快速開(kāi)啟，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。

（2）脫硫煙道流場(chǎng)模擬，通過(guò)流場(chǎng)模擬運(yùn)行狀態(tài)、煙氣的分布及流速大小等情況，在煙道內(nèi)科學(xué)、合理、牢固的加入各型導(dǎo)流板，使氣流均勻流暢，脫硫反應(yīng)更充分；地下煙道擋板門或快開(kāi)閥設(shè)計(jì)要求是具有氣密性的焊接結(jié)構(gòu)，所有非法蘭連接的接口都進(jìn)行道續(xù)焊接，與擋板門的配對(duì)法蘭連接處也必須實(shí)施密封焊且密封材料需耐高溫設(shè)計(jì)。

4.3碳酸氫鈉研磨及成品噴射系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括碳酸氫鈉原料上料裝置、稱重螺旋給料機(jī)、磨機(jī)及輸送裝置、輸送管道、流量閥、觀察視鏡等組成，通過(guò)氣流與顆粒，顆粒與顆粒的相互作用進(jìn)行粉碎，分級(jí)輪來(lái)調(diào)整物料細(xì)度。制粉完成后，依據(jù)入口產(chǎn)生的濃度、出口控制SO₂濃度調(diào)整脫硫劑噴射量。

4.4布袋除塵器

布袋除塵器采用天朗環(huán)保“高效過(guò)濾高效淸灰”低壓袋式除塵專利技術(shù)，上進(jìn)風(fēng)方式。對(duì)焦?fàn)t高溫氣體，須將其通過(guò)換熱器或冷風(fēng)閥冷卻至濾料能承受的溫度以下，布置尺寸要求等進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，處理風(fēng)量、入口含塵濃度、氣體成分、粉塵性質(zhì)、設(shè)備阻力、設(shè)備耐壓、清灰壓力等需同步考慮設(shè)計(jì)計(jì)算。

（1）支座的設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)處于高溫運(yùn)行，設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮除塵器箱體及支架在使用期內(nèi)要求不變形，箱體及灰斗設(shè)橫、縱向筋板,支撐點(diǎn)增設(shè)單項(xiàng)、多項(xiàng)活動(dòng)支座抗高溫蠕動(dòng)變形。

（2）除塵器箱體采用厚度≥5 mm的熱軋鋼板，進(jìn)口煙道設(shè)計(jì)分風(fēng)及風(fēng)速選擇較為重要，箱體設(shè)計(jì)盡量避免出現(xiàn)死角或灰塵積聚區(qū)，同時(shí)考慮系統(tǒng)高溫運(yùn)行防腐、保溫工藝，滿足生產(chǎn)工藝。

（3）脈沖閥、分氣包、提升氣缸、控制電纜等綜合考慮防塵防雨防高溫等措施；清灰壓力是布袋除塵器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，脈沖閥采用3寸淹沒(méi)閥，將清灰能量傳遞至每條濾袋以實(shí)現(xiàn)布袋清灰，清灰系統(tǒng)配有的壓縮空氣或氮?dú)鈨?chǔ)氣量≥0.65 MPa。

（4）灰斗的設(shè)計(jì)，斗內(nèi)應(yīng)設(shè)導(dǎo)流板，將煙氣擾流均風(fēng)，配套振動(dòng)器、振打砧、料位器、檢修人孔等?；叶匪慕切枳龌“鍖?dǎo)流，不留死角，灰斗的斜壁與地面的夾角要大于斗內(nèi)散狀體的自然休止角，灰斗設(shè)有高低料位及報(bào)警指示，提供的灰位信號(hào)，滿足布袋除塵器脫硫灰外排等卸輸灰系統(tǒng)的控制。每個(gè)灰斗設(shè)置一個(gè)密閉性好，開(kāi)啟靈活，密封嚴(yán)密的雙層保溫人孔門。

4.5每一袋室加設(shè)除塵器凈室與濁室濾袋運(yùn)行工況快速自診斷裝置，具備手工及自動(dòng)在線診斷功能。

4.6過(guò)濾系統(tǒng)

4.6.1花板

花板作為凈氣室和濁氣室的分隔板，加工需采用激光切割加工完成，板厚≥6 mm，加工一次成型防變形。花板孔光滑無(wú)毛刺，表面平整，平面度偏差、孔中心偏差、表面粗糙度、水平面的垂直度等的控制需符合花板專業(yè)制作規(guī)范。合理的濾袋中心孔間距≥236 mm(閥門3″)或≥240 mm(閥門3.5″)?；ò宓募庸ぞ雀撸罱K需保證噴吹引流嘴中心和濾袋中心兩心合一。花板下部設(shè)有型材大梁支撐件和加強(qiáng)筋，跨度不宜過(guò)大且保證剛度，防止承重變形形成U型板影響布袋袋籠的垂直度。

4.6.2濾袋

要求濾袋材質(zhì)選用防水、防油耐酸堿鋼鐵焦化凈化專用濾料，超細(xì)玻纖進(jìn)口P84纖維或高硅氧+PTFE，PTFE處理，單位面積質(zhì)量≥750 g/m²、厚度≥2.35 mm、斷裂強(qiáng)度經(jīng)向≥900，緯向≥1 200，耐溫250 ℃，瞬間耐溫280 ℃，濾袋本體材料縫制時(shí)針縫涂膠處理。

3.6.3袋籠

縱筋和支撐環(huán)分布均勻，袋籠采用20^#鋼，進(jìn)行酸洗、涂有機(jī)硅處理，耐腐蝕等工序預(yù)處理，提高其使用壽命。袋籠鋼絲直徑≥4 mm，20^#鋼支架組焊的籠狀結(jié)構(gòu)，整根盡可能的不分段，豎筋≥16根筋，橫筋間距≤200 mm，垂直度≤2/1 000。袋籠頂部設(shè)有文氏管，防止噴吹氣流偏離，保護(hù)濾袋。

4.7噴吹管

管徑、噴吹口孔形狀、噴吹管到袋口的距離設(shè)計(jì)等較為關(guān)鍵，噴吹管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到濾袋的使用壽命。噴吹孔噴嘴不能傾斜，需與花板垂直，其軸心線的垂直度≤0.5 mm。工作實(shí)踐過(guò)程中還得注意：（1）噴吹管的長(zhǎng)度需濾袋數(shù)量確定；（2）必須核算模擬每根脈沖管噴吹氣量分配到每個(gè)濾袋的氣量相當(dāng)且在±5 %以內(nèi)；（3）噴嘴采用非等口徑及類似文氏管流線型設(shè)計(jì)和加工手段，模具拉壓翻邊而成。

4.8離線停風(fēng)裝置

各倉(cāng)室之間用箱板隔開(kāi)。當(dāng)除塵器某個(gè)箱體需要檢修時(shí)，將該倉(cāng)室的離線閥和手動(dòng)進(jìn)風(fēng)閥單獨(dú)關(guān)閉即可進(jìn)行檢修，除塵器不需要停機(jī)，其它倉(cāng)室可正常工作。同時(shí)在清灰過(guò)程中停止工作確保清灰效果更佳。離線閥采用氣動(dòng)提升閥,提升閥供氣壓力≤0.3 MPa時(shí)，必須保持在原有狀態(tài)位置，確保提升閥的可靠性。

4.9進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)閥

在除塵器每一組灰斗及濁風(fēng)道連接的進(jìn)風(fēng)支管上，配置手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行風(fēng)量的平衡調(diào)節(jié)，保證各單元室的進(jìn)風(fēng)不均勻度。

4.10噴吹系統(tǒng)

分氣包需特種設(shè)備制作，做到一包一證，每只獨(dú)立的分氣包排污系統(tǒng)串接，正常運(yùn)行一鍵定時(shí)啟動(dòng)關(guān)閉功能，確保排污順暢，確保清灰空氣質(zhì)量，提高濾袋及袋籠的使用壽命。

5  SDS干法脫硫技術(shù)在云煤能源安寧公司焦化廠的應(yīng)用效果

    SDS干法脫硫技術(shù)在云煤能源安寧公司焦化廠的應(yīng)用后效果明顯。

5.1 使用SDS干法脫硫技術(shù)前排放煙氣指標(biāo)

云煤能源安寧公司焦化廠使用SDS干法脫硫技術(shù)前排放煙氣指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1  云煤能源安寧公司焦化廠使用SDS干法脫硫技術(shù)前排放煙氣指標(biāo)

5.2 使用SDS干法脫硫技術(shù)后排放煙氣指標(biāo)

云煤能源安寧公司焦化廠使用SDS干法脫硫技術(shù)后排放煙氣指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2  使用SDS干法脫硫技術(shù)后排放煙氣指標(biāo)

6  結(jié)論

云煤能源安寧公司焦化廠自采用SDS干法脫硫工藝以來(lái)，系統(tǒng)投運(yùn)后設(shè)備運(yùn)行正常穩(wěn)定，煙氣脫硫除塵效果較好，SO₂及顆粒物排放指標(biāo)分別控制在25 mg/m³及9 mg/m³以內(nèi)，排放指標(biāo)均達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)“關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)-環(huán)大氣[2019]35號(hào)”文中基準(zhǔn)含氧量8 %、SO₂≤ 30 mg/m³、顆粒物≤10 mg/m³的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；采用該工藝凈化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)行GB16171-2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表6中大氣污染物特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)SO₂≤30 mg/m³、顆粒物≤15 mg/m³。該技術(shù)的選擇得到了企業(yè)和環(huán)保部門的肯定，同時(shí)也為焦化行業(yè)煙氣污染物治理提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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