DSC 干式超凈+工藝在三鋼高濕、高SO3熱回收焦爐項目的應用

張樂佳

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

1 項目概況

因熱回收焦爐煙氣存在高濕度（可達14%）、高SO3濃度（可達200 mg/Nm3）等獨特性，現有年產100萬噸/年熱回收焦爐配套的三套濕法脫硫投運后，煙囪“藍煙”尾翼嚴重，雖然多次投入巨資對濕法進行升級改造，但均無法消除藍煙問題。

2021 年初，為了徹底消除三鋼焦化煙囪的有色煙羽問題，基于龍凈在三鋼的所有干法脫硫除塵煙囪出口無有色煙羽，排放透明，特別是國家環境測試分析中心的權威測試，出口SO3濃度均穩定低于3 mg/Nm3，是目前國內唯一具有入口SO3濃度高達200 mg/Nm3以上實現超低排放的干式超凈技術業績廠家。

為此，三鋼集團經過多番的技術考察論證與招標，決定對二煉焦100 萬噸/年熱回收焦爐直接采用福建龍凈循環流化床干法脫硫除塵一體化技術進行升級改造，采用負壓運行方式，一機對兩根煙氣主管的系統，實現全自動控制。

該裝置經過半年多的建設，于2022 年1 月20 日一次性成功投運，并取得了優異的環保指標，為我國熱回收焦爐煙氣綜合治理作出了榜樣，并提供了很好的技術支撐。

2 項目設計

2.1 工藝流程

三鋼二煉熱回收焦爐煙氣治理裝置的工藝流程見圖1。

如圖1 所示，三鋼二煉熱回收焦爐煙氣治理系統中，煙氣從余熱鍋爐的匯總煙道中間引出，進入干法脫硫除塵島進行脫硫除塵后由引風機導入煙囪排入大氣。工藝流程為：焦爐→余熱鍋爐→干法脫硫反應塔→干法專用低壓布袋除塵器→引風機→煙囪排放。

圖1 三鋼二煉熱回收焦爐煙氣治理裝置工藝流程圖

從焦爐排出的煙氣經鍋爐余熱回收后，通過煙道導入脫硫除塵系統，在（半）干式脫硫反應塔內，依靠反應塔中湍動劇烈的高濃度、高效傳質傳熱的物料床層，通過噴高霧化水降溫至90~100 ℃，高效協同脫除SO3、SO2、HCl、HF 等酸性氣體和焦油、有機物等污染物，脫硫后的煙氣再通過后面無縫銜接的專用低壓噴吹布袋除塵器對粉塵進行超凈脫除，粉塵排放濃度≤10 mg/Nm3，經兩臺離心風機通過新建混凝土煙囪排放，焦爐、鍋爐、脫硫除塵系統采用一級風機串聯的布置方式，節省用電。

2.2 設計參數，見表1

表1 三鋼二煉熱回收焦爐煙氣治理脫硫除塵超凈工藝設計參數

2.3 總體布置設計

本項目為改造項目，場地緊張狹小，需綜合考慮新建脫硫除塵裝置充分利用現有場地，并與廠區整體布局的合理性及美觀。福建龍凈擁有一支優秀的總平團隊，擁有強大的平面和三維布置能力，能夠在各系統裝置的平面和空間組合上，既做到功能性作業的明確分區，又做到對現有場地的充分利用，與現場舊有裝置避免干涉，布局緊湊合理、外觀整體并且協調。

新建脫硫除塵裝置，布置于西區脫硫綜合樓旁空地，需要拆除尿素罐區、尿素倉庫和灰倉，從鍋爐出口匯總煙道引出煙氣，沿著現有的管架，從廠區道路上方通過后（高度滿足道路通行要求）匯合接引至脫硫除塵區域內，進口煙道布置合理，煙氣分布均勻，不與廠區設備及構筑物發生干涉，同時紅線區內的道路保留，凈高為5 m。經過干法脫硫除塵處理潔凈后的煙氣從新建的無需防腐混凝土煙囪排放。脫硫除塵配電柜布置于布袋除塵器下的電控間。

DSC 干式脫硫除塵島主要由干式反應塔、脫硫專用低壓布袋除塵器、生石灰倉、消石灰倉、脫硫灰庫等組成，采用鋼支架支撐；主要工藝裝置和輔助設施圍繞干式反應塔，按工藝需求集中布置。生、消石灰倉緊貼反應塔布置，一方面便于生石灰的裝卸同時確保消石灰倉中吸收劑的輸送距離盡可能短。整個脫硫除塵島道路通暢，并預留有足夠的檢修場地（如圖2 所示）。

圖2 三鋼熱回收焦爐煙氣治理裝置現場照片（干式煙囪排放透明干凈）

2.4 進口煙道流場模擬計算

根據總圖布置，進口煙道復雜，對脫硫島進口煙道的速度場、溫度場及壓力進行分析，保證總平規劃的煙道煙氣流動均勻，溫度穩定和阻力小，新增脫硫系統取氣點詳細流場模擬計算結果如下：

圖3為福建三鋼（集團）三明化工有限責任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項目進口煙道三維模型圖。圖中展示了煙氣走向及進出口，同時在近吸收塔的急轉彎處設置導流板。其中煙氣進口為圓煙道，截面直徑為2.32 m；主煙道為圓煙道，截面直徑為4.1 m；煙氣出口為方煙道，煙道尺寸為3.65 m。

圖3 進口煙道三維模型圖

2.5 流場結果分析

2.5.1 速度場分析

圖4為福建三鋼（集團）三明化工有限責任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項目進口煙道速度場流線圖，據圖可以觀察到，進口煙度速度流線線型分明，未發現出現流線交叉及漩渦現象，特別對煙氣出口及進口進行局部放大，放大圖顯示兩位置速度流線層次分明，呈現出較好的流動狀態。

圖4 速度場流線圖

2.5.2 溫度場分析

圖5為福建三鋼（集團）三明化工有限責任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項目進口煙道壁板溫度分布云圖，根據溫度云圖的數值顯示范圍，進口煙道壁板溫度在442.998~443.001 K 范圍內，整體溫度在較小的范圍內波動，未出現局部煙道設計不合理導致的能量耗散。

圖5 煙道壁板溫度分布

2.5.3 壓力場分析

圖6為福建三鋼（集團）三明化工有限責任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項目進口煙道壁板溫度分布云圖，圖中明顯可以觀察到，進口煙道的壓力損失較大位置主要呈現在進口煙道的進口區域，由于該區域舊煙道的口徑較小，因此形成的速度值較大，在進入進口煙道后呈現出小范圍的煙氣擾動，造成一定的壓力損失；進一步提取煙氣進口及出口的壓力值，并取均值得到inlet1 為566.8 Pa，inlet2 為477.1 Pa，outlet 為195.8 Pa，由此造成的沿程損失最大僅達到371 Pa；提取煙氣出口的總壓分布，由分布云圖觀察可得出口煙氣分布具有很好的均勻性。

圖6 壓力場云圖分布及全壓均值

3 DSC 干式超凈+工藝實現硫酸霧超低排放的原理分析

（1）SO3在三鋼所用的這個DSC 干式工藝的反應溫度下，是以硫酸氣溶膠形式存在，而不是以分子的形式存在。氣溶膠顆粒的直徑約為0.1μm，而分子的直徑大約為0.000 1μm。

（2）在反應器內，Ca（OH）2顆粒的大小為2~5μm，孔隙多，比表面積高達25 m2/g 以上，比表面積越大，對SO3氣溶膠具有較強的吸附能力。

（3）DSC 干式工藝的最重要的特征：煙氣和脫硫反應劑之間具有最大的相對滑落速度，氣固間的傳熱和傳質效率得到很好的加強，這使得SO3氣溶膠與反應劑之間有了充分的接觸時間，從而滿足高效化學反應的時間條件。

（4）在反應塔內，采用了循環流化床的機制，具有平均密度達到5 000 g/m3的高湍動、碰撞激烈的高密度物料床層，在床層中最高密度區域可達到10~25 kg/Nm3， 加上前面說的反應劑Ca（OH）2顆粒高比較面積的特點，導致SO3氣溶膠很難從床層中行程短路通道穿過。

（5）由于SO3非常容易溶于水，在溫度較低的情況下就形成酸霧，呈現離子狀，只要能夠與反應塔中的濕潤的吸收劑接觸上，立馬就會發生離子型的酸堿中和反應。具體反應方程式如下：Ca（OH）2+SO3=CaSO4·1/2 H2O +1/2 H2O。

4 項目運行情況

三鋼熱回收焦爐脫硫改造項目于2022 年1 月投運，實際運行及檢測數據表明，在原煙氣SO2大于1 000 mg/Nm3、SO3大 于200 mg/Nm3的 情 況 下，經過脫硫除塵后出口凈煙氣SO2排放小于30 mg/Nm3，顆粒物排放小于10 mg/Nm3，滿足超凈排放要求。同時，由于同步實現了SO3的高效脫除，徹底解決了原濕法脫硫煙囪“藍煙”拖尾的視覺污染。

5 結束語

福建三鋼（集團）三明化工有限責任公司二煉焦煙氣治理項目的成功投運和穩定運行，充分證明龍凈DSC 干式超凈+工藝（即循環流化床干法脫硫除塵一體化技術）可以實現焦爐煙氣污染物（特別是硫酸霧）的超凈排放限值，是一種投資省、綜合凈化效益高的煙氣治理領域創新技術，是熱回收焦爐煙氣污染物實現超凈排放的良好選擇，為我國熱回收焦爐煙氣脫硫除塵裝置滿足超凈排放工藝路線的選擇提供了借鑒。