干熄焦煙氣脫硫中高活性氫氧化鈣脫硫劑的應用

龐國強，張 勃，劉 楊

［唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司，河北唐山 063000］

唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司現有2座65孔7m頂裝多段加熱焦爐，配套處理能力190t/h的干熄焦裝置1座，干熄焦煙氣（主要為預存室放散氣及少量裝入裝置裝焦煙氣）經脫硫除塵器除塵后，煙氣輸送至焦爐煙氣脫硫裝置進行脫硫處理。因脫硫效果不佳，排放煙氣中的SO2含量波動較大，已不能滿足國家及當地環保部門的排放要求，擬對脫硫工藝進行改進。

通過對周邊焦化企業的走訪，最終選定采用北京予知環保科技有限公司生產的高活性氫氧化鈣脫硫劑（ACAJ-01）對干熄焦煙氣進行脫硫處理。該產品是一類新型高效煙氣脫硫劑，主要用于焦化煙氣、除塵尾氣、窯爐煙氣等廢氣中SO2的脫除，其工藝成熟，工藝文件完整齊備，可批量生產。在項目實施前，進行了三次脫硫噴堿實驗，收集了大量實驗數據，進行了分析和研究，為項目的實際應用奠定了理論基礎。

1 干熄焦煙氣特點及現場情況概述

干熄焦是相對濕熄焦而言，是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻，并能有效利用紅焦顯熱的一種熄焦方法。唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司現有處理能力190t/h的干熄焦裝置1座，干熄焦煙氣主體成分為：N2、CO、H2、CO2、SO2等，主要來自紅焦攜帶、紅焦在預存室的再煉焦熱解反應以及干熄焦工藝調整的影響，而其中的含硫量（各種形態的硫：硫化物、含硫復合物和單質硫等）主要來自高溫焦炭。煙氣的主要來源是預存室放散氣及少量裝入裝置裝焦時的煙氣。為了分析SO2主要來源，檢測了上述兩處煙氣中SO2含量，檢測結果如表1所示。

表1 干熄焦煙氣SO2含量測定

煙氣經過除塵之后，顆粒物含量在10mg/m3（標）以下，滿足排放標準，但是除塵系統無法處理煙氣中的硫化物。原脫硫設計方案為：先將預存室放散氣（130℃左右）進入除塵器凈化，凈化后的煙氣經引風機送至焦爐煙氣脫硫裝置；經過脫硫后外排（煙氣中SO2含量＜40mg/m3）。因焦爐煙氣脫硫裝置負荷過重，脫硫效果不佳，外排煙氣中SO2含量較高，且波動較大，遂決定對原脫硫設計進行改進。經過考察走訪，決定采用北京予知環保科技有限公司生產的高活性氫氧化鈣脫硫劑（ACAJ-01）對干熄焦煙氣進行脫硫處理。產品物理性能及參考使用條件如表2-表3所示。

表2 產品物理性能

表3 參考使用條件

2 脫硫噴堿實驗及結果分析

如表4所示，在選定脫硫劑后，于5月17日、5月26日、6月17日，分別進行了三次脫硫噴堿試驗，結合日常生產工況，在保證排放達標的前提下，確定脫硫劑的最佳用量。因前兩次的實驗為人工加堿，無法計算脫硫劑的精確用量，第三次實驗為自動變頻加料，故僅以第三次實驗數據舉例分析，結果如圖1所示。

表4 6月17日SO2濃度檢測結果匯總

圖1 6月17日SO2濃度檢測結果和小時均值繪圖

實驗結果分析：

1）添加脫硫劑前，干熄焦煙氣中的SO2濃度在559～ 654mg/m3，平均濃度為609mg/m3（生產負荷約90%），較之前濃度下降約200mg/m3（生產負荷97%）。

2）14：33-17：39，自動加料變頻器的頻率在15～20Hz，脫硫劑平均添加量305kg/h，SO2濃度在7～582mg/m3，扣除前期SO2濃度急劇下降階段（約13min），SO2濃度先下降到20～70mg/m3，之后緩慢下降，最終穩定后的平均值為8.6～13mg/m3，最低達到4.8mg/m3。

3）17：40-21：59，自動加料變頻器的頻率在8.8～12Hz，脫硫劑平均添加量267kg/h，SO2濃度在4～140mg/m3，扣除因反吹造成的SO2濃度急劇變化階段，穩定時的平均值為7.2mg/m3。

4）開始加料1.5h后，從16：19開始在整個測試過程中SO2小時均值均低于30mg/m3。

5）在實驗過程中，除塵器分別在16：00、18:00和21：17進行了3次反吹（3個布袋同時反吹）。從圖中可以看到，16點鐘的反吹沒有引起SO2濃度的明顯變化（變頻器加料速度20Hz），18：40及21：17的反吹有比較明顯的波動，最大值分別為140mg/m3和66mg/m3，分別經過15min和10min后恢復至30mg/m3以下的濃度。

當停止添加脫硫劑添約5min后，SO2濃度以每分鐘約20mg/m3的速度開始上升，表明當脫硫劑添加量約為200kg/h時（變頻器的頻率為8.8Hz時的添加量）能夠維持SO2濃度保持在10mg/m3附近。此時，脫硫劑的消耗量約為5t/d。以整個實驗過程消耗量折算為6.8t/d。

3 工藝方案的確定

由實驗結果分析可知，高活性氫氧化鈣脫硫劑（ACAJ-01）對干熄焦煙氣中SO2的脫除效果還是比較顯著的，相比于鈉基脫硫劑，該產品在繼承了干法煙氣脫硫工藝無廢水排放、設備腐蝕小、脫硫過程溫降小、投資省和占地小等優點的同時，在反應溫度的限制上優于鈉基干法脫硫工藝所使用的碳酸氫鈉粉末，鈉基脫硫劑的最佳反應溫度為180～220℃，省去了為煙氣加熱的過程，且脫硫效率有保證。

此外，由于有煙氣凈化裝置（脫硫除塵器），在SO2脫除過程中，隨著脫硫劑在除塵布袋上累積量的增加，脫硫劑的使用量會顯著下降。第三次實驗過程中，脫硫劑前3h平均用量為306kg/h，每100kg脫硫劑脫除3.59kg SO2，在投料1.5h后SO2小時均值低于30mg/m3。后4.5h平均用量為257kg/h，每100kg脫硫劑脫除4.13kg SO2，整個過程中平均每100kg脫硫劑脫除3.90kg SO2。隨著實驗的進行可以明顯觀察到脫硫劑的平均用量顯著降低，如能針對運行條件進行調整可以進一步降低脫硫劑消耗量，為新脫硫工藝方案的可行性提供了數據和理論支撐。

經過協商，我們與山西辰宇環保設備有限公司達成協議，采用高活性鈣基粉狀劑對我廠干熄焦煙氣中的SO2進行脫除改造工程設計與制造。根據前期實驗結果，新脫硫裝置一次性建設兩套120m3粉倉儲罐，作為脫硫劑儲存使用；給料系統采用高精度旋轉給料器，通過傳感器進行頻率換算計量；動力系統采用羅茨風機進行正壓輸送；控制系統采用自動化給料控制，并設置獨立PLC控制系統，對脫硫系統的運行情況進行監控。實現工藝過程的監視報警、過程控制和生產管理，并進行相關的數據采集、連續控制、程序控制等工作。

4 結束語

根據第三次實驗結果可知，在現有加料量和布袋除塵器每2-3h反吹一次（三個除塵器同時反吹）的條件下，可以將SO2的濃度脫除到10mg/m3左右，在反吹后也能恢復到該值。因此，調整除塵器反吹工藝參數，將三個除塵器同時反吹改為輪流反吹（同時輪流反吹或按順序每1-2h反吹一個倉室）會降低反吹后SO2的峰值，配合在線檢測裝置根據SO2濃度精細調整脫硫劑添加量，會進一步降低脫硫劑消耗量，實現脫硫劑的高效利用。

隨著科學技術的發展，鈣基脫硫劑由于材料廉價易得，適應性廣泛，在保證脫硫效率的前提下，未來應用前景廣闊。