干熄焦活性炭脫硫技術(shù)在安鋼的應(yīng)用

張為斌 張善學(xué) 張素芬 陳 欣 張 良 劉文斌

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

在干熄爐頂部裝焦、排焦、皮帶轉(zhuǎn)運站、循環(huán)風(fēng)機(jī)后放散口等處設(shè)置煙塵捕集裝置，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵收集后送至干熄焦地面除塵站。凈化后，排放口監(jiān)測到的SO2的含量在150～250 mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》中的超低排放限值標(biāo)準(zhǔn)(干法熄焦顆粒物排放濃度為10 mg/m3，SO2排放濃度為 50 mg/ m3)。為了達(dá)到超低排放要求，對焦化廠140 t/h 和190 t/h 二套干熄焦系統(tǒng)進(jìn)行了活性炭脫硫項目改造。

1 技術(shù)方案的設(shè)計

1.1 處理煙氣量的選型

190 t/h干熄焦總煙氣量設(shè)計值為 290 000 Nm3/h，實際檢測到的SO2的排放值在150～250 mg/m3，預(yù)存室放散煙氣中SO2的檢測值為800～1 200 mg/m3，干熄焦煙氣中的SO2主要來自于循環(huán)風(fēng)機(jī)后的預(yù)壓調(diào)節(jié)放散，排焦和皮帶轉(zhuǎn)運站等處的煙氣量因其含量較低，在裝焦高速過程中也會有間斷性的SO2升高，但對整體排放濃度影響較小。如果對全部煙氣進(jìn)行脫硫處理，那么脫硫投資和運行費用巨大。綜合評價后，對風(fēng)機(jī)后放散進(jìn)行脫硫處理，可以達(dá)到整體排放要求，具體設(shè)計見表1。

表1 190 t/h 干熄焦脫硫設(shè)計

1.2 脫硫工藝流程

干熄焦采用干法活性炭吸附脫硫工藝，再生過程獲得的高濃度 SO2氣體用來制備硫銨。處理后的尾氣回到凈煙氣煙道上排放。活性炭煙氣脫硫系統(tǒng)主要由SO2吸附脫除系統(tǒng)、活性炭再生系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、公用、電儀控制等五個子系統(tǒng)組成。從凈化塔排出的已吸附SO2的活性炭，通過凈化塔下方的長軸卸料器和鏈斗機(jī)，輸送到再生塔進(jìn)行加熱再生，經(jīng)過再生后的活性炭再次進(jìn)入凈化塔循環(huán)利用。振動篩分出的破碎活性炭和粉塵通過輸灰管道進(jìn)入下方的氣力輸送系統(tǒng)倉泵輸送至灰倉外送。進(jìn)入再生塔的活性炭經(jīng)加熱再生、冷卻后連續(xù)不斷地由排料段排出。而再生獲得高濃度的 SO2氣體，利用增壓風(fēng)機(jī)抽力進(jìn)入再生氣制備硫銨系統(tǒng)。

2 運行中存在的問題

2.1 活性炭消耗量過大

為將含煙氣中的含硫量從800～1 200 mg/m3降低到35 mg/m3，該脫硫系統(tǒng)設(shè)計的循環(huán)量為1 800 kg/h，長軸卸料器轉(zhuǎn)速比為493，設(shè)定運行頻率為40 Hz，按照1%的損耗量為18 kg/h，則一天的理論消耗量為432 kg。同時，雙閥芯卸料器和振篩后的活性炭進(jìn)入鏈斗機(jī)的溜料管豎段過長，造成活性炭垂直下降，部分活性炭從鏈斗機(jī)料斗中間縫隙掉入底部，隨著料斗的移動磨損造成一部分活性炭消耗，從底部放料口排出，不僅造成較大的資源浪費，還使崗位職工勞動負(fù)荷增加，如圖1 所示。

圖1 嚴(yán)重的漏料問題

2.2 再生氣入吸收塔管道腐蝕

再生氣管道與吸收塔循環(huán)泵硫銨溶液噴嘴位置均發(fā)生較大面積的腐蝕穿洞。再生氣管道彎頭和法蘭均采用E 2205 雙相不銹鋼材質(zhì)。這種不銹鋼材料的屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，雙相不銹鋼2205 合金與316L 和317L 奧氏體不銹鋼相比,2205 在抗斑蝕和裂隙腐蝕方面的性能更優(yōu)越,具有很高的抗腐蝕能力,與奧氏體相比,它的熱膨脹系數(shù)更低,導(dǎo)熱性更高。腐蝕漏洞造成再生塔中部的壓力劇烈波動，大量硫銨晶體外溢，污染環(huán)境。發(fā)生腐蝕的主要原因：一方面，干熄焦脫硫再生氣含有循環(huán)氣體，成分復(fù)雜，SO2濃度較高；另一方面，設(shè)計循環(huán)泵進(jìn)入吸收塔比丘里管的噴嘴位置偏高，造成一部分硫銨溶液倒濺至彎頭和法蘭位置，造成高硫煙氣與液體形成強(qiáng)酸腐蝕。

3 工藝改進(jìn)和優(yōu)化

3.1 物料循環(huán)運行優(yōu)化

干熄焦活性炭經(jīng)振動篩后的炭粉，在原設(shè)計中是通過倉泵經(jīng)DN25 輸灰管道輸送30 m 后到達(dá)除塵器灰倉，在實際運行中卻發(fā)現(xiàn)很多問題。倉泵噴射閥因炭粉磨損法蘭，多次造成泄漏漏灰、揚塵污染；氣力輸灰管徑設(shè)計為DN25，且多個彎頭有活性炭顆粒積累，造成堵塞，高空拆卸疏通非常困難，耗費了大量的人力物力；氣力輸灰壓力為0.6 MPa，直接輸灰到除塵器時，產(chǎn)生的壓力不僅會對濾袋造成損傷，還使系統(tǒng)壓力形成較大的波動，影響了干熄焦脫硫系統(tǒng)的正常運行。按照活性炭輸送量1 800 kg/h，設(shè)計運行頻率40 Hz，1%損耗量18 kg/h 來核算，凈化塔一天的理論消耗量為432 kg。在保證脫硫達(dá)到國家規(guī)定的超低排放限值50 mg/m3以下的前提下，對物料循環(huán)量進(jìn)行調(diào)整，將運行頻率逐步優(yōu)化為25 Hz。

3.2 活性炭溜料管的改造

為了避免在運行中的出現(xiàn)堵塞、泄漏、設(shè)備運行故障等問題，將振動篩下料管由原來設(shè)計的DN150 改為DN300，對2 m2空氣儲罐進(jìn)行灰倉改造。通過計算，該容積儲罐可以滿足干熄焦脫硫5～7 天的活性炭灰量，并且圓柱形灰罐內(nèi)部成流線型，便于吸壓送罐車的工作。原設(shè)計卸料器溜管導(dǎo)流方向與鏈斗機(jī)料斗的運動方向一致，呈45°傾角，每個料斗上方有擋板，鏈斗機(jī)料斗與料斗之間的間隙位于擋板之間，下料方向與運動方向相同，就會造成活性炭進(jìn)入料斗與料斗之間的縫隙。改進(jìn)方法是使下料方向與料斗運行方向相反，活性炭沿傾角-45°方向由擋板引導(dǎo)，避免了活性炭進(jìn)入料斗之間的縫隙。同時，將下料口空間從原來的100 mm 縮小到60 mm，活性炭下落角度從原來的60°優(yōu)化為45°，活性炭基本上不再進(jìn)入料斗縫隙，如圖2 所示。改進(jìn)后，鏈斗機(jī)活性炭漏料的問題得到了很好解決。從原來每天要清理活性炭10 桶100～150 kg，到目前每天僅僅20 kg，大大降低了職工的勞動強(qiáng)度，每月降低損耗3 000 kg。

圖2 改造溜料管道

3.3 再生氣管道結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

將再生氣進(jìn)口管道彎頭處加高400 mm 短節(jié)，循環(huán)泵出口法蘭與硫銨溶液噴頭的距離從原設(shè)計的200 mm 提高到600 mm，避免了溶液從噴頭噴濺出來，對彎頭和法蘭處的再生氣管道的影響。噴頭噴濺造成的再生氣彎頭腐蝕、泄漏的問題，在加高短節(jié)后得到了有效解決，改進(jìn)前后的對比如圖3 所示。同時，將管道材質(zhì)從原來的雙相不銹鋼2205 改為內(nèi)襯石墨涂層的2205 不銹鋼材質(zhì)。改進(jìn)后，循環(huán)泵管道出口的溶液經(jīng)噴頭噴射后遠(yuǎn)離了再生氣彎頭，并且新的石墨材質(zhì)也避免了酸性腐蝕的發(fā)生。循環(huán)泵的正常運行，保證了吸收塔溶液的PH 值穩(wěn)定控制在6.5 左右，密度在1 080～1 150 kg/m3之間。

圖3 原設(shè)計再生氣管道改進(jìn)

4 改進(jìn)效果

4.1 干熄焦煙氣排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)

干熄焦煙氣經(jīng)脫硫處理后，出口的SO2濃度在10 mg/Nm3以下，處理后的煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)引入原干熄焦環(huán)境除塵高溫?zé)煔夤艿溃c來自干熄爐裝焦的煙氣混合，進(jìn)入環(huán)境除塵布袋式除塵器凈化排放。煙囪平臺的在線煙氣監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，排放濃度的小時平均值在30 mg/Nm3，達(dá)到了脫硫工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足國家對干熄焦SO2超低排放控制標(biāo)準(zhǔn)50 mg/Nm3的要求，干熄焦脫硫運行數(shù)據(jù)見表2。

表2 干熄焦脫硫運行參數(shù)

4.2 超低排放為干熄焦生產(chǎn)提供了環(huán)保支撐

干熄焦脫硫達(dá)產(chǎn)后，實現(xiàn)了穩(wěn)定超低排放的要求，在環(huán)保管控期間，焦?fàn)t產(chǎn)能可以增加30%，不僅提升了焦炭產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)效益，還穩(wěn)定保證了鍋爐余熱利用，鍋爐蒸汽發(fā)生量穩(wěn)定在102 t/h 以上。活性炭循環(huán)利用避免產(chǎn)生大量固廢，回收SO2生產(chǎn)硫銨產(chǎn)生了附加經(jīng)濟(jì)價值。

5 結(jié)束語

活性炭再生干熄焦脫硫技術(shù)，作為一種新的環(huán)保工藝，在運行中出現(xiàn)了一些問題，通過設(shè)備改造和參數(shù)調(diào)整，對物料輸送系統(tǒng)和硫銨模塊進(jìn)行了維護(hù)，使活性炭物料循環(huán)和再生系統(tǒng)保持了良好的運行狀態(tài)。干熄爐脫硫達(dá)到超低排放的要求，標(biāo)志著焦?fàn)t生產(chǎn)工序環(huán)?？刂粕仙艘粋€新的臺階。