關于實現焦爐煤氣用戶煙氣SO2超低排放的探討

王玉興，吳禮云

（首鋼京唐公司能環部，河北唐山 063000）

1 焦爐煤氣系統工藝流程

首鋼京唐公司焦化共有6 座復熱式頂裝焦爐，其中ABCD 4 座焦爐發生的焦爐煤氣主要供給冷軋、球團、燒結、CCPP、熱軋等用戶加熱爐使用；EF兩座焦爐發生的煤氣主要供給MCCR、中厚板、冷軋熱基鍍鋅線和酸再生加熱爐使用；焦爐煤氣柜作為焦爐煤氣系統的穩壓和保安全設施，發電機組作為焦爐煤氣動態盈虧調整用戶。工藝流程示意如圖1所示。

圖1 焦爐煤氣工藝流程示意圖

根據生產需求，剛性用戶為冷軋、熱基鍍鋅、燒結、球團、CCPP等；可調用戶為熱軋、中厚板、MCCR等；調整用戶為發電機組等。

2 系統存在問題

（1）《鋼鐵工業大氣污染物超低排放標準》提出，煙氣SO2排放限值35 mg/m3，其中煉鐵、煉鋼、軋鋼工序SO2排放限值50 mg/m3。預計后續環保要求將不斷提高。

（2）焦化6 座焦爐送出焦爐煤氣設計標準為，H2S≤200 mg/m3，通過調整工況，實際H2S 含量可控制在120 mg/m3左右，但部分用戶煙氣SO2含量仍不滿足環保排放標準。

（3）剛性焦爐煤氣用戶配置有煙氣處理設施或精脫硫設施，但部分可調用戶無煙氣處理設施或焦爐煤氣精脫硫設施，如熱軋、中厚板、MCCR 工序加熱爐，煤氣用量較大時，煙氣SO2排放值處于排放標準上限，存在階段性超標的問題。

（4）焦化一次脫硫設施檢修期間，送出焦爐煤氣的H2S 含量較高，各產線只能檢修配合，影響生產，增加企業運行成本。

3 制定措施

（1）源頭治理

一是在EF 2 座焦爐煤氣一次凈化設施后增加精脫硫裝置，圖2 所示，送出的焦爐煤氣H2S 含量可控制在20 mg/m3以下，降低中厚板、MCCR 等用戶的加熱爐煙氣SO2含量。

精脫硫裝置由升壓、電捕焦、脫硫三個工序組成，EF兩座焦爐發生的焦爐煤氣經風機加壓后進入電捕焦工序，除去夾帶的焦油和其他霧滴狀雜質后，送至脫硫工序，脫硫工序選用干法脫硫技術，由多塔并聯組成，最大處理能力與焦爐煤氣發生量匹配。

圖2 精脫硫裝置

按照目前煤氣平衡情況，熱軋混合煤氣有20%左右為精脫硫后的焦爐煤氣，精脫硫改造前熱軋混合站入口焦爐煤氣硫化氫含量平均在120 mg/m3左右，改造后可降低20 mg/m3左右。

二是計劃在ABCD 焦爐出口總管與新增脫硫裝置之間增加連通管，盡可能發揮新增焦爐煤氣凈化設施的處理能力。尤其是當ABCD 焦爐一次凈化設施檢修時，可將部分含硫較高的焦爐煤氣送至精脫硫裝置進行處理，降低對用戶煙氣SO2的影響。

（2）過程調控

如圖3所示，熱軋用混合煤氣由高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣或天然氣（NG），按照一定比例混合混合后供給，目標熱值在（9 160±418）kJ/m3。其中焦爐煤氣熱值1 7556 kJ/m3（含硫120 mg/m3左右），高爐煤氣熱值3 344 kJ/m3（含硫100 mg/m3左右），轉爐煤氣熱值6 688 kJ/m3（含硫10 mg/m3左右），因此，當轉爐煤氣比例越高，混合煤氣總體熱值越低，加熱爐煙氣SO2含量越低。

一是優化熱軋用混合煤氣配比，降低焦爐煤氣（COG）和高爐煤氣(BFG)配比量，提高轉爐煤氣(LGD)比例。

正常生產期間，混合煤氣使用量可達15萬m3/h以上，此時煙氣SO2含量較高，較難控制，依據以上數據計算，控制轉爐煤氣配比量在5萬m3/h以上，可確保熱軋加熱爐煙氣SO2含量達到排放。

圖3 煤氣混合站

二是測量系統優化。加熱爐煙氣SO2的監測值來自于熱軋加熱爐煙氣在線儀表測量值,混合煤氣要經過約3 km 長的管道送到加熱爐，煤氣燃燒之后經加熱爐煙氣檢測后才能得到SO2數據，由調度之間反饋數據，時間滯后較長，不利于及時調整煤氣比例。因此，在煤氣混合站出口總管增加硫化氫在線檢測儀器，設定報警值，輔助對煤氣混合站優先調整，同時將用戶煙氣SO2在線實時數據與熱軋混合控制畫面放在一起，縮短調整響應時間。

（3）末端優化

推進軋鋼工序低溫出鋼，降低對混合煤氣熱值的要求，從而降低混合煤氣中硫含量較高、熱值高的焦爐煤氣比例。具體措施如下：

推進出鋼溫度下限控制，降低二加段末溫度20℃，降低耐候鋼對前后鋼種溫度的影響，經試驗軋制狀態穩定；調整SPC 統計規則，1580 產線推進IF鋼1 150℃出鋼試驗，整體按PES 下限控制；2250 產線推進IF 鋼低溫試驗，整輥期排產3.5 mm 以上厚度，按1 170℃出鋼，產品質量滿足要求；優化排產，高強鋼減薄降低過渡料使用；優化加熱爐模型參數，冷熱坯混裝的爐間差較之前降低約10℃；調整加熱爐爐膛輻射系數，降低爐次間溫差。

通過以上措施，混合煤氣的熱值由9 160 kJ/m3降低到8 360 kJ/m3，滿足生產要求，按照以上各種煤氣熱值及硫含量計算，混合煤氣H2S 含量可降低16 mg/m3左右。

（4）打造保障體系

引入氣源穩定，壓力為1.6 MPa 的市政天然氣，經調壓至0.5 MPa 后使用，同時將現有的LNG 儲罐作為應急備用，確保供應能力達到1.5 萬m3/h 以上。在用戶煤氣用量較大、焦爐煤氣含硫異常或轉爐煤氣供應異常等情況下使用，可保各用戶煙氣SO2達標排放。

4 效果總結及計劃

通過對全流程進行優化，采取上述綜合措施，目前我公司所有焦爐煤氣用戶實現了煙氣SO2達標排放，圖4 為隨機抽取的正常生產期間熱軋加熱爐某天的煙氣SO2含量在線數據。

其中混合煤氣熱值8 360 kJ/m3、焦爐煤氣平均3.5 萬m3/h、轉爐煤氣平均5 萬m3/h、高爐煤氣平均6.5 萬m3/h、天然氣平均0.5 萬m3/h，全天煙氣SO2含量平均在30 mg/m3，遠低于超低排放50 mg/m3的要求，滿足環保A 級要求。后續將重點研究在環保達標排放的前提下，如何降低各工序燃料成本。

圖4 加熱爐煙氣SO2含量在線數據