循环流化床脱硫工艺在热回收焦炉烟气治理的运用.pdf

22【摘要】热回收焦炉烟气成分复杂，含有机物多、颗粒物高、SO3高、湿度大，湿法脱硫系统出现了排放口普遍蓝烟严重，且颗粒物排放不能稳定达到超低排放要求的问题。循环流化床脱硫工艺的运用，解决了湿法脱硫系统运行过程中的问题，在治理热回收焦炉烟气上存具有一定的指导意义。【关键词】循环流化床；脱硫工艺The Application of Circulating Fluidized Bed Desulphurization Technology in Flue Gas Treatment of Heat Recovery Coke OvenZhengBo（FujianSansteelMinguangCo.,Ltd.,Sanming365000,Fujian）【Abstract】Thefluegasofheatrecoverycokeovenhascomplexcomponents,includingmanyorganicmatters,highparticulatematter,highsulfurtrioxideandhighhumidity.Theproblemofseriousbluesmokeattheoutletofwetfluegasdesulfurizationsystem,andtheemissionofparticulatemattercannotmeettherequirementsofultra-lowemission.Theapplicationofcirculatingfluidizedbeddesulphurizationprocesssolvestheproblemsintheoperationofwetdesulfurizationsystem,andhascertainguidingsignificanceinthetreatmentofcokeovenfluegaswithheatrecovery.【Key words】circulatingfluidizedbed;desulphurizationprocess引言炼焦技术从回收产品方面区分，有回收化工产品焦炉（常规焦炉）、热回收焦炉和半焦炉。从装煤方法方面区分，有顶装焦炉和捣固焦炉。三明化工的热回收焦炉采用中国当时最新的最先进的专利技术 CHS-2017 清洁型热回收捣固炼焦炉，具有炉体结构合理、炼焦煤烧损低、余热发电量大、节约能源、环保设施完善、焦炭质量高、多利用弱粘结性煤炼焦等优点，设计 168孔炭化室、焦炭生产设计规模为年产 103 万吨，排放烟气量约 650000Nm3。1 湿法脱硫工艺1.1 湿法脱硫系统简介三明化工热回收焦炉烟气脱硫除尘采用国内通行的石灰石-石膏湿法脱硫工艺+湿式电除尘工艺，共设计安装了 3 套湿法脱硫装置，工艺路线为：焦炉加热后的高温烟气锅炉锅炉换热后的低温烟气布袋除尘器引风机脱硫塔湿电除尘器烟囱排放。湿法脱硫系统主要包括吸收塔、喷淋层、除雾器、吸收循环泵和氧化风机等设备。湿法脱硫采用逆流式喷淋空塔结构的吸收塔，吸收塔为钢结构内衬防腐，吸收塔底部为循环浆液池，上部由3+1层喷淋层和 3 级屋脊循环流化床脱硫工艺 在热回收焦炉烟气治理的运用郑波（福建三钢闽光股份有限公司，福建三明365000）作者简介：郑波（1977.10），安全工程师，福建三钢焦化厂安全环保科科长，研究方向为环保管理和超低排放 建设。收稿日期：2022 年 10 月福 建 冶 金 2 0 2 3 年第 4 期 23式高效除雾器组成。烟气进入吸收塔后，与喷淋层喷出的吸收浆液接触，烟气被吸收浆液洗涤，其中的 SO2粉尘被浆液吸收，被洗净后的烟气经除雾器，除去烟气中所带的细小液滴、粉尘。被吸收到浆液中的 SO2在吸收塔底部的循环浆池内与浆液发生反应，并被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏晶体，由石膏排出泵送至脱水系统处理。1.2 湿法脱硫运行存在问题（1）热回收焦炉湿法脱硫系统存在无法稳定运行的问题。热回收焦炉湿电除尘器设计为管束式，阴极线采用 2205 刚性芒刺线，阳极板采用乙烯基树脂及玻璃纤维，共 372 根管束，配备高频恒流电源。当湿电除尘器二次 电 压 为 42kV 58kV，二 次 电 流 稳 定 在600mA 800mA 时可稳定运行，颗粒物排放能够稳定达到超低排放要求；但实际运行过程中湿电除尘器电压电流波动大，二次电压最高达到 68kV，二次电流最低只有 100 多 mA，除尘效果很差。特别是当烟气流量超过 270000Nm3或进入脱硫塔烟气温度超过 155后，湿电运行较困难，烟气流速过快是热回收焦炉湿式电除尘始终无法稳定运行的症结之一。（3）脱硫引风机前后烟道腐蚀严重，造成烟气窜漏。SO3是一种硫的氧化物，是硫酸（H2SO4）的酸酐，当烟气温度下降到酸露点附近时，硫酸酸雾就会凝结在烟道表面对烟道产生腐蚀性破坏5。热回收焦炉烟气含湿约 14%17%，根据测算，烟气酸露点在135 140之间。按提供的烟气成份，其中SO2含量 1200mg/Nm3,水含量为 14.4%，利用A.G.Okkes 公式计算：（1）式（1）中：烟气中水蒸气分压，Pa烟气中 SO3分压，Pa通过计算得出热回收焦炉烟气的酸露点为136.2。烟气到进脱硫塔前一段烟气温度正好在这个范围内。从实际运行情况看，这一段也是整个脱硫系统腐蚀最严重的地方，基本上每一到两个月就会因腐蚀出现烟气大量窜漏，导致系统无法稳定运行。（2）排热回收焦炉三个排放口经常发生蓝色烟羽排放，拖尾长、感观差，颗粒物排放无法达到超低排放要求。从检测结果、相关资料查询，分析为排放口硫酸雾（SO3气溶胶）含量较高造成。烟气进入湿法脱硫塔后烟温下降至 60左右，此时，烟气中的 SO3主要以亚微米粒径的硫酸雾气溶胶形式存在，粒径越小，对于短波的散射越强，从而使烟羽呈现蓝色1，见表 1。表 1 不同烟气成分的烟羽颜色烟气成分烟羽颜色气态成分：N2、CO2、CO、SO2、SO3、NO无色NO2气体棕红色硝酸雾（NO2气溶胶）黄色硫酸雾（SO3气溶胶）蓝色水雾白色颗粒物无色、黑色、灰色表 2 湿法脱硫排放口硫酸雾第三方检测结果检测点位检测项目检测数据均值第一次第二次第三次脱硫进口标干流量/（m3h-1）2.401052.361052.341052.36105硫酸雾浓度/（mgm-3）174184172177排放口（湿电正常运行）标干流量/（m3h-1）2.371052.391052.361052.37105硫酸雾浓度/（mgm-3）24.924.826.125.3排放口（停湿电）标干流量/（m3h-1）2.131052.171052.151052.15105硫酸雾浓度/（mgm-3）96.51059297.8循环流化床脱硫工艺在热回收焦炉烟气治理的运用24在湿法烟气脱硫系统中，脱硫浆液对 S03的吸收速率远小于 S03冷却速率，同时形成的硫酸气溶胶粒径细小。难以通过脱硫浆液洗涤有效脱除，其脱除效率一般为 30%50%2。根据资料显示硫酸雾（SO3气溶胶）含量超过36mg/m3时会产生蓝色烟羽3。如表 2 所示，当湿电除尘器运行出现异常，硫酸雾（SO3气溶胶）含量就会超过 36mg/m3造成二炼焦烟气发生蓝色烟羽，感观差。硫酸雾气溶胶本身就属于细颗粒物（可凝结颗粒物），烟气中硫酸气溶胶含量高不仅蓝色烟羽严重、拖尾长，而且会增加颗粒物在线监测数值4。2 循环流化床脱硫工艺的运用2.1 循环流化床脱硫工艺简介烟气循环流化床干式超净工艺路线为：焦炉烟气脱硫吸收塔布袋除尘器引风机烟囱排放。系统采用生石灰粉作为吸收剂原料，经过干式石灰消化器消化后，生成消石灰干粉，根据脱硫需要计量调节吸收剂加入到吸收塔中进行脱硫反应。烟气从吸收塔的底部与加入的吸收剂和脱硫灰混合后，通过文丘里管加速而悬浮起来，形成激烈的湍动状态，同时通过向吸收塔内喷雾化水，湿润颗粒表面，烟气冷却到最佳化学反应温度，此时烟气中的 SO2和几乎全部的 SO3、HCl、HF 等酸性成分被吸收而除 去，生 成 CaSO31/2H2O、CaSO41/2H2O等副产物。脱硫后的烟气经过布袋除尘器（除尘器内流速设计为 0.5m/s）排放，热回收焦炉循环流化床脱硫工艺流程见图 1。2.2 循环流化床脱硫工艺运行效果从循环流化床脱硫工艺的三明化工热回收焦炉投用近 11 个月的运行情况、指标情况、排口情况来看，解决了因烟气特性造成的湿法脱硫系统运行过程存在的问题。2.2.1 解决 SO3在系统中产生的一系列问题循环流化床干式超净工艺中由于 SO3直接与碱性吸收剂反应，SO3的脱除效率很高，一般达到 90%以上，脱硫后的烟气酸露点大大降低，一般在 60以下，未脱除的 SO3不会生成硫酸气溶胶，在烟囱排烟处也不可能出现蓝烟现象，在线监测结果见表 3，第三方检测机构对硫酸 图1 热回收焦炉循环流化床脱硫工艺 2.2 循环流化床脱硫工艺运行效果 从循环流化床脱硫工艺的三明化工热回收焦炉投用近 11 个月的运行情况、指标情况、排口情况来看，解决了因烟气特性造成的湿法脱硫系统运行过程存在的问题。2.2.1 解决 SO3在系统中产生的一系列问题 循环流化床干式超净工艺中由于 SO3直接与碱性吸收剂反应，SO3的脱除效率很高，一般达到 90%以上，脱硫后的烟气酸露点大大降低，一般在 60以下，未脱除的 SO3不会生成硫酸气溶胶，在烟囱排烟处也不可能出现蓝烟现象，在线监测结果见表 3，第三方检测机构对硫酸雾的检测指标为1mg/m3。从图 2 的对比可以明显看出差别，循环流化床干式超净工艺对解决 SO3造成问题效果明显，循环流化床工艺适合热回收焦炉烟气脱硫和城市钢厂环保感观要求。表 3 热回收焦炉循环流化床脱硫系统排放口在线指标 月份/月 颗粒物/（mgm-3）SO2/（mgm-3）月流量/104m3 温度/1 2 10 8371 64 5#余热锅炉11焦炉9焦炉7焦炉5焦炉烟囱水物料循环灰仓脱硫吸收塔布袋除尘器副产物引风机2脱硫剂3#余热锅炉进口风挡2循环风挡1焦炉3焦炉1#余热锅炉6#余热锅炉12焦炉10焦炉8焦炉6焦炉4#余热锅炉2焦炉4焦炉2#余热锅炉进口风挡1引风机1雾的检测指标为 0.5mm 厚的粉饼层，吸附了脱硫后残余的油性物质，再结合仓体蒸汽保温，保证烟气温度高于露点，能够解决因高湿高油烟气糊袋造成了系统被迫停机的问题。从循环流化床工艺投用 10 个月以来，除尘布袋压保持在 1.25kPa 左右，没有糊袋现象。2.3 循环流化床脱硫工艺与湿法脱硫工艺对比通过同一套热回收焦炉系统中两种脱硫工艺从运行稳定性、抗腐蚀性、排放口拖尾情况、颗粒物排放情况等方面的运行情况对比，见表4，循环流化床脱硫工艺都优于湿法脱硫工艺，说明循环流化床脱硫工艺更适合有机物多、颗粒物高、SO3高、湿度大的热回收焦炉烟气，但从脱硫副产物处置方面看循环流化床脱硫工艺的脱硫渣（硫酸钙、亚硫酸钙）比湿法脱硫副产物石膏更难处置。3 结束语通过循环流化床脱硫工艺和湿法脱硫工艺在三明化工热回收焦炉烟气治理中的实践经验可以得出如下结论：（1）热回收焦炉烟气中的 SO3是造成湿法脱硫系统腐蚀、颗粒物无法稳定达到超低排放要求及排放口蓝烟拖尾的关键因素；（2）循环流化床工艺对高有机物、高SO3、高湿度烟气的治理方面比湿法脱硫工艺有较大优势，其系统稳定、排放口无拖尾、达到超低排放要求，可以在热回收焦炉烟气治理中推广运用。参考文献：1 魏宏鸽,程雪山,马彦斌,朱跃.燃煤烟气中 SO3的产生与转化及其抑制对策探讨 J.发电与空调,2012,33(02):1-4.2廖永进,余岳溪,张瑞,杨林军,张亚平.湿法脱硫系统中应用水汽相变促进 SO3酸雾脱除研究 J.高校化学工程学报,2017,31(04):970-976.3 张德君,刘含笑,赵琳,袁伟锋,方小伟,许东旭,骆建友.燃煤电厂可凝结颗粒物(SO3)采 样 方 法 研 究 J.中 国 电 力,2018,51(06):33-36+149.4 朱法华,孙尊强,申智勇.超低排放燃煤电厂有色烟羽成因及治理技术的经济与环境效益研究 J.中国电力,2019,52(08):1-7+25.5 兰新生,苏长华,周易谦.石灰石/石膏湿法脱硫系统净烟气中 SO3(硫酸雾)来源的讨论 J.电力环境保护,2006(06):34-36.图 2 循环流化床脱硫系统排放口表 4 循环流化床脱硫工艺与湿法脱硫工艺运行对比对比项目湿法脱硫工艺循环流化床脱硫工艺排放口烟气温度/57 6098 108排放口颗粒物在线指标/（mgm-3）7 121 4排放口 SO2在线指标/（mgm-3）0 250 25排放口硫酸雾指标/（mgm-3）251排放口拖尾情况蓝烟拖尾无拖尾进脱硫前端腐蚀情况频繁腐蚀暂未见腐蚀脱硫副产物石膏硫酸钙、亚硫酸钙循环流化床脱硫工艺在热回收焦炉烟气治理的运用