焦炉烟气脱硫技术及脱硫系统改造方案

2018-03-28王永兴

山西化工 2018年4期

王永兴

(山西国控环球工程有限公司(原山西省化工设计院)，山西太原 030024)

引言

焦炉烟气含硫情况及含硫量与焦炉加热煤的种类、煤气含有机硫量、炉体严密情况等有关。焦炉一般用焦炉煤气加热，烟气含SO2量为100 mg/m3～300 mg/m3，因此，焦炉烟气一般为大流量、低含硫量烟气，所以，需要对焦炉烟气进行脱硫[1]。山西省太原、阳泉、长治、晋城、临汾、晋中“4+2”城市辖区所有焦化企业，焦炉烟囱排放均按《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中特别排放限值的规定，按要求设置大气污染物治理设施。烟气净化处理按照《炼焦化学工业污染物排放标准》中的特别限值排放标准[ρ(SO2)≤30 mg/m3,ρ(NOx)≤150 mg/m3,ρ(颗粒物)≤15 mg/Nm3]进行装置设计[2-4]。

1 焦炉烟气脱硫技术

烟气脱硫技术主要可分为湿法、半干法、干法三大类。结合焦炉烟气特点及实际情况，主要推荐氨法脱硫(湿法)、石灰石-石膏法脱硫(湿法)、循环流化床半干法烟气脱硫三种技术。

1.1 氨法脱硫技术

氨法脱硫为常见的湿法脱硫。是根据NH3与SO2、水反应生成脱硫产物的基本机理进行的，主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。

以水溶液中SO2和NH3的反应为基础，得到亚硫酸铵中间产品，亚硫酸铵再进行氧化。

主要设备：真空泵分离器、过滤器、旋液分离器、离心机、母液罐、干燥器、脱硫塔、鼓风机等。

氨法烟气脱硫的特点：

1) 适用烟气含硫范围广；

2) 脱硫效率很高，很容易达到95%以上。脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减小；

3) 吸收剂易采购，可有3种形式：液氨、氨水、碳铵；

4) 无固体废弃物；

5) 投资少，运行成本低；

6) 烟气排放温度低，可能有气溶胶产生，存在烟气拖尾的风险。

1.2 石灰石-石膏法脱硫技术

石灰石-石膏法脱硫技术是烟气湿法脱硫工艺之一，电厂应用广泛。

湿法烟气脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作吸收剂，其中，石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目前使用最广泛的脱硫技术。石灰石或石灰洗涤剂与烟气中SO2反应，反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来，经分离后即可抛弃，也可以石膏形式回收。

工作原理：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂，泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术特点：

1) 脱硫效率高(>95%)；

2) 技术成熟，运行可靠性高；

3) 对煤种的适应性强；

4) 吸收剂资源丰富、价格低廉；

5) 脱硫副产物便于综合利用；

6) 占地面积大，运行费用高。

1.3 循环流化床半干法烟气脱硫

烟气由装置底部进入循环流化床反应器，新石灰与循环灰一起送入反应器，流态化的物料和烟气中的SO2等酸性物质在反应器中发生化学反应，脱除大部分的SO2、H2S等；烟气经反应器的顶部出口排出后进入袋式除尘器净化，除去大部分细灰，最后经引风机由烟囱排入大气。由除尘器除下的细灰和大颗粒大部分循环进入反应器，少量经过排灰装置外排。

此技术具有占地面积小，投资及运行费用低，加料、出料均为干态，副产物无二次污染，且处理后烟气直接回烟囱，避免了烟囱热备的问题。

原理：Ca(OH)2粉末和烟气中的SO2和几乎全部的SO3等在有水分存在的情况下，在Ca(OH)2粒子的液相表面发生反应从而除去SO2等烟气，从底部进入流化床，与脱硫剂粉末互相混合反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙。脱硫后烟气中的大颗粒固体在流化床顶部下落，细小颗粒随烟气进入除尘器。分离出来的颗粒经过中间仓返回到流化床。

半干法脱硫特点：

1) 脱硫效率高:在钙硫比为1.1～1.5时，脱硫效率可达90%以上，可与湿法工艺相媲美；

2) 工艺流程简单，系统设备少，且转动部件少，降低了维护和检修费用；

3) 占地面积小，系统布置灵活；

4) 无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态；

5) 系统阻力相对高。

2 改造方案简述

本文焦炉烟气脱硫配备石灰石湿法烟气脱硫装置，一炉一塔，设置4层浆液喷淋层，喷淋层间距1.5 m，吸收塔烟气脱硫系统设计参数为：脱硫效率不低于97%，入口烟气SO2质量浓度6 500 mg/m3(6%O2，标态，干态)，SO2排放质量浓度不大于200 mg/m3。这个设计的SO2排放浓度超过了超低排放的限制，因此需要进行改造。

依据装置的特点，考虑初投资、能耗、维护费用、改造技术的可靠性、改造周期的长短、改造措施经济、合理、有效以及设备检修维护方便性等各方面因素，拟采用加装高效脱硫装置的改造方案。

高效脱硫装置基于多相紊流掺混的强传质机理，利用气体动力学原理、通过特制的装置产生气液旋转翻腾的湍流空间,气、液、固三相充分接触，大幅降低了气液膜传质阻力，提高了传质速率，迅速完成传质过程，从而达到提高脱硫效率的目的。该技术与同类脱硫技术相比，除具有空塔喷淋的防堵、维修简单等优点外，由于增加了气体的漩流速度，还具有脱硫效率和除尘效率高的优点。

1) 均气效果好：吸收塔内气体分布不均匀，是造成脱硫效率低和运行成本高的主要原因，安装高效脱硫装置的脱硫塔，均气效果比一般空塔提高15%～30%，脱硫装置能在比较经济、稳定的状态下运行。

2) 传质效率高：烟气脱硫的工作机理是SO2从气相传递到液相的相间传质过程，传质速率是决定脱硫效率的关键指标。经过试验，获得在不同环境、不同工艺技术条件下的技术参数，并以试验获得的参数为基础，开发生产关键设备，达到增加液气接触面积、提高气液传质效率的目的。

3) 降温速度快：从高效脱硫装置端面进入的烟气，通过漩流和汇流的耦合，旋转、翻覆形成湍流很大的气液传质体系，烟气温度迅速下降，有利于塔内气液充分反应，各种运行参数趋于最佳状态。

4) 适应性强。

5) 能耗低：由于脱硫效率高，液气比小，溶液循环量小，比同类技术节约电能8%～10%。