摘  要  我國在鋼鐵工業煙氣治理方面，濕法脫硫中的鈣法、氨法脫硫應用廣泛，推行時間較久，近年隨著煙氣治理工藝的創新，焦爐煙氣治理工藝中，以干法小蘇打為吸收劑的鈉基SDS脫硫工藝技術脫穎而出，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脫硫技術對焦爐煙氣脫硫做淺談供企業交流借鑒。

關鍵詞  焦爐煙氣  SDS脫硫  運用  

1  引言

鋼鐵企業中的焦化廠主要生產冶金用焦炭，煉焦過程是高污染，高耗能和高排放的工序。產業結構調整和淘汰落后產能一直是國家自十三五以來的重要任務。焦化廠煙氣排放中SO₂是污染大氣的主要成分，SDS脫硫技術的應用，使焦化廠煙氣排放中的SO₂明星降低，使焦化業環保治理水平再上新臺階。

2  SDS脫硫與鈣法脫硫技術對比

濕法石灰石-石膏法優點是脫硫效率高，技術成熟，適用范圍廣；缺點是生成物是液體或淤渣，較難處理，設備腐蝕性嚴重，洗滌后煙氣需再熱，能耗高，占地面積大，投資和運行費用高，系統復雜、設備龐大、耗水量大、污水處理成本較、技術要求高。

2.1脫硫效率及S0₂濃度適應性對比

煙氣脫硫過程是一個化學吸收過程，SDS鈉基以小蘇打為吸收劑在氣-固兩相間進行，鈣法以石灰石漿液為吸收劑在氣-液-固三相間進行。SDS鈉基干法的吸收速度遠大于鈣法。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運行成本的對比

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

2.3環境效益比較

SDS鈉基干法技術不產生任何廢水、廢液和廢渣，不產生二次污染；鈣法脫硫過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用，運行成本增加；SDS鈉基干法技術的副產品硫酸鈉可以作為化工原料使用；鈣法脫硫副產石膏雜質較多，品質不高，回收利用困難，需要很大的堆放場地，極易形成石膏山。

通過以上幾點對比得出，SDS鈉基干法脫硫在多行業煙氣治理上要優于鈣法，其技術優勢表現在：

（1）系統簡單，SDS 干法脫硫主要設備為研磨系統和布袋除塵系統，布袋除塵在工業生產中已有穩定運行多年的運行經驗，設備穩定。脫硫劑供應磨機系統及送料系統可實現一鍵啟動一鍵停機，操作維護方便，脫硫劑的投加量可調范圍大，裝置穩定可靠，運行方便高效。

（2）與其他半干法、濕法相比投資少，如焦爐入口煙氣SO₂濃度≤150 mg/m³，一般無需配置脫硫塔，項目造價低。

（3）該工藝屬于干法脫硫，有效避免煙囪白煙的產生，系統運行用水量為零，脫硫系統工藝管網無需防腐處理，固廢可實現內循環處理，還可回收利用作為水泥添加料等，實現資源的完全回收，符合循環經濟的要求。

（4）焦爐煙氣中SO₂的脫除率較高，排放低于現行GB16171-2012《煉焦化學工業污染物排放標準》限值標準，對已建成投運的SDS干法脫硫裝置的監測結果顯示，脫硫效率都可達到95 %以上。凈化后的煙氣不會在煙囪周圍形成酸雨引起周邊設備的腐蝕。

（5）由于焦爐生產的特殊性，系統設置事故煙道快速切換閥門系，與系統主抽風機連鎖裝置，一旦出現故障也不影響焦爐的正常運行，安全可靠。

綜上所述，SDS脫硫技術在焦化廠煉焦工序煙氣脫硫中的運用無論是從技術可行性，還是經濟性，都具有一定的優勢。

3  SDS脫硫工藝原理及流程

3.1 SDS脫硫工藝原理

焦爐煙氣分別由地下機側和焦側煙道引出，經原煙氣管道閥門和新增入口管道閥門切換并匯合后，進入總煙氣管道，在總煙道內，通過高效的SDS干法脫酸噴射及均布裝置，脫酸劑在煙道內被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸，發生物理、化學反應，煙氣中的SO₂等酸性物質被吸收凈化。完成的主要化學反應為：

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

2NaHCO₃+SO₃→Na₂SO₄+2CO₂+H₂O    

與其他酸性物質的反應：

NaHCO₃+HCl→NaCl+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF→NaF+CO₂+H₂O

3.2 SDS脫硫工藝流程

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

脫硫后粉狀顆粒產物隨氣流進入布袋除塵器收集脫硫副產物，凈煙氣由增壓風機抽引，經出口煙道至原焦爐煙囪排入大氣，整套工藝的流程圖如圖1所示。

為防止高溫煙氣損傷脫硫工藝配套布袋，在除塵進口前端管網設計煙氣換熱器或混風閥，使其控制焦爐煙氣進入布袋除塵器溫度最佳，保證除塵系統安全穩定運行；脫硫運行時吸收劑劑小蘇打（化學名：NaHCO₃）進入研磨機粉碎，使之粒徑達到設計細度18 μm（800目）左右，通過送料風機進入脫硫器進行SO₂的脫除。煙道溫度通過實驗及運行經驗得到煙氣溫度控制在140～210 ℃是反應的最佳狀態，溫度過高存在過熱燒結現象。

碳酸氫鈉噴入量與SO₂摩爾比控制在2.05～2.2，脫硫劑投加量依據在線運行參數自動調節，計量信號與SO₂檢測濃度程序聯鎖，入口、出口SO₂濃度實時調整脫硫劑的投加量。

脫硫反應產生的副產物通過布袋除塵器收集深層過濾，噴吹系統清灰，使反應物副產物Na₂SO₄脫落到灰斗，通過卸輸灰系統將副產物Na₂SO₄送至脫硫副產物倉臨時存放待排。

圖1  SDS脫硫工藝流程圖

4  SDS脫硫反應器及配套除塵器

4.1脫硫反應器

焦爐煙氣首先進入SDS反應器，煙道式脫硫反應器通過均風、分風方式確保脫硫劑與煙氣均勻混合反應，反應過程中不留煙氣死角，通過煙氣流量的控制，煙氣與脫硫劑接觸時間T≥2 s，如少量未脫除的S0₂氣體，可通過布袋除塵器運行過程中二次脫硫。

4.2煙氣煙道系統

（1）煙氣系統由焦爐出口地下煙道前端引出，經SDS脫硫反應器及布袋除塵器后進入匯合煙道后側，前后側煙道之間用重力快開閥或高溫煙氣擋板門阻斷，與中控DCS系統聯鎖，實現事故狀態快速開啟，確保系統運行安全。

（2）脫硫煙道流場模擬，通過流場模擬運行狀態、煙氣的分布及流速大小等情況，在煙道內科學、合理、牢固的加入各型導流板，使氣流均勻流暢，脫硫反應更充分；地下煙道擋板門或快開閥設計要求是具有氣密性的焊接結構，所有非法蘭連接的接口都進行道續焊接，與擋板門的配對法蘭連接處也必須實施密封焊且密封材料需耐高溫設計。

4.3碳酸氫鈉研磨及成品噴射系統

該系統主要包括碳酸氫鈉原料上料裝置、稱重螺旋給料機、磨機及輸送裝置、輸送管道、流量閥、觀察視鏡等組成，通過氣流與顆粒，顆粒與顆粒的相互作用進行粉碎，分級輪來調整物料細度。制粉完成后，依據入口產生的濃度、出口控制SO₂濃度調整脫硫劑噴射量。

4.4布袋除塵器

布袋除塵器采用天朗環保“高效過濾高效淸灰”低壓袋式除塵專利技術，上進風方式。對焦爐高溫氣體，須將其通過換熱器或冷風閥冷卻至濾料能承受的溫度以下，布置尺寸要求等進行設計選型，處理風量、入口含塵濃度、氣體成分、粉塵性質、設備阻力、設備耐壓、清灰壓力等需同步考慮設計計算。

（1）支座的設計，由于系統處于高溫運行，設計過程中要考慮除塵器箱體及支架在使用期內要求不變形，箱體及灰斗設橫、縱向筋板,支撐點增設單項、多項活動支座抗高溫蠕動變形。

（2）除塵器箱體采用厚度≥5 mm的熱軋鋼板，進口煙道設計分風及風速選擇較為重要，箱體設計盡量避免出現死角或灰塵積聚區，同時考慮系統高溫運行防腐、保溫工藝，滿足生產工藝。

（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計的重要參數，脈沖閥采用3寸淹沒閥，將清灰能量傳遞至每條濾袋以實現布袋清灰，清灰系統配有的壓縮空氣或氮氣儲氣量≥0.65 MPa。

（4）灰斗的設計，斗內應設導流板，將煙氣擾流均風，配套振動器、振打砧、料位器、檢修人孔等。灰斗四角需做弧板導流，不留死角，灰斗的斜壁與地面的夾角要大于斗內散狀體的自然休止角，灰斗設有高低料位及報警指示，提供的灰位信號，滿足布袋除塵器脫硫灰外排等卸輸灰系統的控制。每個灰斗設置一個密閉性好，開啟靈活，密封嚴密的雙層保溫人孔門。

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

4.6過濾系統

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制作規范。合理的濾袋中心孔間距≥236 mm(閥門3″)或≥240 mm(閥門3.5″)。花板的加工精度高，最終需保證噴吹引流嘴中心和濾袋中心兩心合一。花板下部設有型材大梁支撐件和加強筋，跨度不宜過大且保證剛度，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

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

3.6.3袋籠

縱筋和支撐環分布均勻，袋籠采用20^#鋼，進行酸洗、涂有機硅處理，耐腐蝕等工序預處理，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構，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。袋籠頂部設有文氏管，防止噴吹氣流偏離，保護濾袋。

4.7噴吹管

管徑、噴吹口孔形狀、噴吹管到袋口的距離設計等較為關鍵，噴吹管結構設計關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。工作實踐過程中還得注意：（1）噴吹管的長度需濾袋數量確定；（2）必須核算模擬每根脈沖管噴吹氣量分配到每個濾袋的氣量相當且在±5 %以內；（3）噴嘴采用非等口徑及類似文氏管流線型設計和加工手段，模具拉壓翻邊而成。

4.8離線停風裝置

各倉室之間用箱板隔開。當除塵器某個箱體需要檢修時，將該倉室的離線閥和手動進風閥單獨關閉即可進行檢修，除塵器不需要停機，其它倉室可正常工作。同時在清灰過程中停止工作確保清灰效果更佳。離線閥采用氣動提升閥,提升閥供氣壓力≤0.3 MPa時，必須保持在原有狀態位置，確保提升閥的可靠性。

4.9進風調節閥

在除塵器每一組灰斗及濁風道連接的進風支管上，配置手動風量調節閥，進行風量的平衡調節，保證各單元室的進風不均勻度。

4.10噴吹系統

分氣包需特種設備制作，做到一包一證，每只獨立的分氣包排污系統串接，正常運行一鍵定時啟動關閉功能，確保排污順暢，確保清灰空氣質量，提高濾袋及袋籠的使用壽命。

5  SDS干法脫硫技術在云煤能源安寧公司焦化廠的應用效果

    SDS干法脫硫技術在云煤能源安寧公司焦化廠的應用后效果明顯。

5.1 使用SDS干法脫硫技術前排放煙氣指標

云煤能源安寧公司焦化廠使用SDS干法脫硫技術前排放煙氣指標見表1。

表1  云煤能源安寧公司焦化廠使用SDS干法脫硫技術前排放煙氣指標

5.2 使用SDS干法脫硫技術后排放煙氣指標

云煤能源安寧公司焦化廠使用SDS干法脫硫技術后排放煙氣指標見表2。

表2  使用SDS干法脫硫技術后排放煙氣指標

6  結論

云煤能源安寧公司焦化廠自采用SDS干法脫硫工藝以來，系統投運后設備運行正常穩定，煙氣脫硫除塵效果較好，SO₂及顆粒物排放指標分別控制在25 mg/m³及9 mg/m³以內，排放指標均達到環保標準“關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見-環大氣[2019]35號”文中基準含氧量8 %、SO₂≤ 30 mg/m³、顆粒物≤10 mg/m³的國家排放標準；采用該工藝凈化效果遠遠低于現行GB16171-2012《煉焦化學工業污染物排放標準》表6中大氣污染物特別排放限值標準SO₂≤30 mg/m³、顆粒物≤15 mg/m³。該技術的選擇得到了企業和環保部門的肯定，同時也為焦化行業煙氣污染物治理提供借鑒。

參考文獻

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