焦爐煙氣脫硫技術(shù)及脫硫系統(tǒng)改造方案

王永興

(山西國控環(huán)球工程有限公司(原山西省化工設(shè)計院)，山西 太原 030024)

引 言

焦爐煙氣含硫情況及含硫量與焦爐加熱煤的種類、煤氣含有機硫量、爐體嚴密情況等有關(guān)。焦爐一般用焦爐煤氣加熱，煙氣含SO2量為100 mg/m3～300 mg/m3，因此，焦爐煙氣一般為大流量、低含硫量煙氣，所以，需要對焦爐煙氣進行脫硫[1]。山西省太原、陽泉、長治、晉城、臨汾、晉中“4+2”城市轄區(qū)所有焦化企業(yè)，焦爐煙囪排放均按《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB16171-2012)中特別排放限值的規(guī)定，按要求設(shè)置大氣污染物治理設(shè)施。煙氣凈化處理按照《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》中的特別限值排放標準[ρ(SO2)≤30 mg/m3,ρ(NOx)≤150 mg/m3,ρ(顆粒物)≤15 mg/Nm3]進行裝置設(shè)計[2-4]。

1 焦爐煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)主要可分為濕法、半干法、干法三大類。結(jié)合焦爐煙氣特點及實際情況，主要推薦氨法脫硫(濕法)、石灰石-石膏法脫硫(濕法)、循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫三種技術(shù)。

1.1 氨法脫硫技術(shù)

氨法脫硫為常見的濕法脫硫。是根據(jù)NH3與SO2、水反應生成脫硫產(chǎn)物的基本機理進行的，主要有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡易氨法等。

以水溶液中SO2和NH3的反應為基礎(chǔ)，得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品，亞硫酸銨再進行氧化。

主要設(shè)備：真空泵分離器、過濾器、旋液分離器、離心機、母液罐、干燥器、脫硫塔、鼓風機等。

氨法煙氣脫硫的特點：

1) 適用煙氣含硫范圍廣；

2) 脫硫效率很高，很容易達到95%以上。脫硫后的煙氣不但二氧化硫濃度很低，而且煙氣含塵量也大大減小；

3) 吸收劑易采購，可有3種形式：液氨、氨水、碳銨；

4) 無固體廢棄物；

5) 投資少，運行成本低；

6) 煙氣排放溫度低，可能有氣溶膠產(chǎn)生，存在煙氣拖尾的風險。

1.2 石灰石-石膏法脫硫技術(shù)

石灰石-石膏法脫硫技術(shù)是煙氣濕法脫硫工藝之一，電廠應用廣泛。

濕法煙氣脫硫工藝絕大多數(shù)采用堿性漿液或溶液作吸收劑，其中，石灰石或石灰為吸收劑的強制氧化濕式脫硫方式是目前使用最廣泛的脫硫技術(shù)。石灰石或石灰洗滌劑與煙氣中SO2反應，反應產(chǎn)物硫酸鈣在洗滌液中沉淀下來，經(jīng)分離后即可拋棄，也可以石膏形式回收。

工作原理：將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑，泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。

石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)特點：

1) 脫硫效率高(>95%)；

2) 技術(shù)成熟，運行可靠性高；

3) 對煤種的適應性強；

4) 吸收劑資源豐富、價格低廉；

5) 脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用；

6) 占地面積大，運行費用高。

1.3 循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫

煙氣由裝置底部進入循環(huán)流化床反應器，新石灰與循環(huán)灰一起送入反應器，流態(tài)化的物料和煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)在反應器中發(fā)生化學反應，脫除大部分的SO2、H2S等；煙氣經(jīng)反應器的頂部出口排出后進入袋式除塵器凈化，除去大部分細灰，最后經(jīng)引風機由煙囪排入大氣。由除塵器除下的細灰和大顆粒大部分循環(huán)進入反應器，少量經(jīng)過排灰裝置外排。

此技術(shù)具有占地面積小，投資及運行費用低，加料、出料均為干態(tài)，副產(chǎn)物無二次污染，且處理后煙氣直接回煙囪，避免了煙囪熱備的問題。

原理：Ca(OH)2粉末和煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3等在有水分存在的情況下，在Ca(OH)2粒子的液相表面發(fā)生反應從而除去SO2等煙氣，從底部進入流化床，與脫硫劑粉末互相混合反應，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。脫硫后煙氣中的大顆粒固體在流化床頂部下落，細小顆粒隨煙氣進入除塵器。分離出來的顆粒經(jīng)過中間倉返回到流化床。

半干法脫硫特點：

1) 脫硫效率高:在鈣硫比為1.1～1.5時，脫硫效率可達90%以上，可與濕法工藝相媲美；

2) 工藝流程簡單，系統(tǒng)設(shè)備少，且轉(zhuǎn)動部件少，降低了維護和檢修費用；

3) 占地面積小，系統(tǒng)布置靈活；

4) 無脫硫廢水排放，且脫硫副產(chǎn)品呈干態(tài)；

5) 系統(tǒng)阻力相對高。

2 改造方案簡述

本文焦爐煙氣脫硫配備石灰石濕法煙氣脫硫裝置，一爐一塔，設(shè)置4層漿液噴淋層，噴淋層間距1.5 m，吸收塔煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)為：脫硫效率不低于97%，入口煙氣SO2質(zhì)量濃度6 500 mg/m3(6%O2，標態(tài)，干態(tài))，SO2排放質(zhì)量濃度不大于200 mg/m3。這個設(shè)計的SO2排放濃度超過了超低排放的限制，因此需要進行改造。

依據(jù)裝置的特點，考慮初投資、能耗、維護費用、改造技術(shù)的可靠性、改造周期的長短、改造措施經(jīng)濟、合理、有效以及設(shè)備檢修維護方便性等各方面因素，擬采用加裝高效脫硫裝置的改造方案。

高效脫硫裝置基于多相紊流摻混的強傳質(zhì)機理，利用氣體動力學原理、通過特制的裝置產(chǎn)生氣液旋轉(zhuǎn)翻騰的湍流空間,氣、液、固三相充分接觸，大幅降低了氣液膜傳質(zhì)阻力，提高了傳質(zhì)速率，迅速完成傳質(zhì)過程，從而達到提高脫硫效率的目的。該技術(shù)與同類脫硫技術(shù)相比，除具有空塔噴淋的防堵、維修簡單等優(yōu)點外，由于增加了氣體的漩流速度，還具有脫硫效率和除塵效率高的優(yōu)點。

1) 均氣效果好：吸收塔內(nèi)氣體分布不均勻，是造成脫硫效率低和運行成本高的主要原因，安裝高效脫硫裝置的脫硫塔，均氣效果比一般空塔提高15%～30%，脫硫裝置能在比較經(jīng)濟、穩(wěn)定的狀態(tài)下運行。

2) 傳質(zhì)效率高：煙氣脫硫的工作機理是SO2從氣相傳遞到液相的相間傳質(zhì)過程，傳質(zhì)速率是決定脫硫效率的關(guān)鍵指標。經(jīng)過試驗，獲得在不同環(huán)境、不同工藝技術(shù)條件下的技術(shù)參數(shù)，并以試驗獲得的參數(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，達到增加液氣接觸面積、提高氣液傳質(zhì)效率的目的。

3) 降溫速度快：從高效脫硫裝置端面進入的煙氣，通過漩流和匯流的耦合，旋轉(zhuǎn)、翻覆形成湍流很大的氣液傳質(zhì)體系，煙氣溫度迅速下降，有利于塔內(nèi)氣液充分反應，各種運行參數(shù)趨于最佳狀態(tài)。

4) 適應性強。

5) 能耗低：由于脫硫效率高，液氣比小，溶液循環(huán)量小，比同類技術(shù)節(jié)約電能8%～10%。

3 改造內(nèi)容

在煙道入口和最下層噴淋層之間增加高效脫硫裝置，利用舊循環(huán)泵和噴淋層主管，改造噴淋層支管，更換高效噴嘴，以此提高脫硫效率。

改造內(nèi)容包括：1) 吸收塔系統(tǒng)改造；2) 氧化空氣系統(tǒng)改造；3) 吸收塔與漿液循環(huán)箱攪拌系統(tǒng)改造；4) 石膏排出泵改造；5) 煙氣系統(tǒng)改造；6) 相關(guān)配套的公用系統(tǒng)改造；7) 相應的土建核算(如，脫硫塔基礎(chǔ)核算等)；8) 吸收塔內(nèi)防腐需要補充改造相應的部位，相關(guān)保溫部分進行改造。

4 結(jié)論及建議

1) 考慮初投資、能耗、維護費用、改造技術(shù)的可靠性、改造周期的長短、改造措施經(jīng)濟、合理、有效以及設(shè)備檢修維護方便性等各方面因素，本改造項目采用加裝高效脫硫裝置的改造方案。

2) 本方案脫硫效率能達到99.4%，出口二氧化硫濃度滿足超低排放的要求。