宝钢含硫烟气超低排放工艺制定.pdf

收稿日期:作者简介:苗永 棒()硕 士 .宝钢含硫烟气超低排放工艺制定苗永棒 邓万里 王晓明(宝山钢铁股份有限公司 能源环保部)摘 要 为加快污染排放的源头治理 实现钢铁行业烟气超低排放 宝钢综合自身的煤气管网特点及场地现状 对煤气成分、燃料结构和脱硫工艺进行分析后 采用水解法脱硫工艺高效脱除焦炉煤气介质中的有机硫和无机硫 实现煤气源头脱硫治理关键词 焦炉煤气 精脱硫 水解法文献标识码:文章编号:()(.).宝钢积极响应国家环保政策 先后为电厂、烧结和焦炉等用户建设了烟气脱硫污染治理工程 在环保超低排放方面发挥了显著作用 但随着钢铁行业超低排放要求的进一步提高 热轧序列炉窑和高炉热风炉无法满足生态环境部 关于推进实施钢铁行业超低排放的意见 的最新排放限值要求 根据国家提出的煤气源头脱硫的指导性意见 宝钢对尚未达到超低排放的高炉和轧钢工序开展了脱硫治理 宝钢煤气结构和烟气治理现状宝山基地高炉、焦炉和转炉设备配置齐全副产的高炉煤气()、焦炉煤气()和转炉煤气()是厂区用户主要的能源介质常以混合煤气作为主要燃料 应用于电厂、焦炉、高炉、低压锅炉、烧结、钢管、初轧、厚板、热轧和冷轧等 其中主要用户的煤气结构和烟气治理现状见表 在众多的用户中 电厂、烧结和焦炉的 和 使用量占比最大 为了环保达标排放 宝钢采用石灰石石膏法、活性炭和循化流化床等工艺 全面完成了自备电厂、烧结、焦炉等主要 排放源的治理 相当于治理了 的 和 的 的硫排放源 冷轧序列的配套煤气站设有干式脱硫系统 其热处理炉的烟气达到了超低排放的要求在未满足烟气超低排放的用户中 高炉热风炉使 用 的 占 全 厂 、占 全 厂 但各高炉区域均没有场地条件建设煤气冶 金 能 源 表 主要用户的煤气结构和烟气治理现状主要用户高炉煤气流量/(万)占比/焦炉煤气流量/(万)占比/转炉煤气流量/(万)占比/脱硫方式是否超低排放电厂/焦炉/烧结 烟气脱硫是高炉热风炉 无否热轧序列炉窑 无否冷轧序列炉窑 烟气脱硫是其他 脱硫装置 根据管网结构和煤气流向 需要对所有高炉进行改造才能满足轧钢工序稳定使用精脱硫后的 而且超过 的 已得到硫污染治理 全部 精脱硫会重复增加能耗物耗因此 对高炉热风炉采取烟气脱硫治理 满足高炉热风炉用户的超低排放要求后 重点研究如何实现热轧序列加热炉的烟气超低排放厂区内轧钢工序共有 座炉窑 不满足超低排放的热轧序列加热炉共 座 占整个轧钢工序的 单座炉窑的烟气脱硫末端治理一般采用干法脱硫技术 各烟气脱硫系统风量在 万 万/工艺流程和布置差异较大需要净化处理的总风量超过 万/脱硫系统总投资约 亿元 虽然加热炉烟气脱硫技术成熟可靠 但若对每个系统都独立设置净化处理系统 数量众多 每套系统都要设置脱硫剂和脱硫灰的运输 设备运行管理工作量也会增加现场总图布置也非常紧张 因此 综合考虑厂情和投资成本 对热轧序列炉窑采取煤气源头脱硫治理 能源介质脱硫的决策热轧序列加热炉主要采用混合煤气作为燃料 烟气中硫元素的主要来源是 和(几乎不含硫)选择何种能源介质脱硫是决定精脱硫工艺路线的重要一步 煤气含硫量和杂质分析宝钢 和 基本成分如表 所示 除了表 中的成分外 还含有多种硫化物 作为炼铁过程中副产的一种可燃性气体 其中的硫元素主要来自炼铁过程中的煤炭和铁矿石 宝钢采用的原料煤一般是中低硫煤 含硫量相对较低 是煤炭在炼焦炉中经过高温干馏后产生的可燃性气体 荒煤气中含有大量的硫化物、焦油、苯馏份、萘等杂质 和 中的硫化物成分如表 所示由表 可知 的硫主要存在的形态为、无机硫 含量为 /、占比约为 有机硫 含量最大为 /、占比约为 其余硫化物的含量较少与无机硫相比 有机硫的化学性质稳定 不易分解和脱除 中的含硫化合物可以大致分为两类:一类是无机硫 以 为代表 另一类是有机硫 包括、和 等其中 含量最高 为 /占比约为 和 的含量分别为 和 /和 这两种有机硫占比高达表 煤气成分含量煤气种类 表 和 硫化物成分/煤气种类总硫含量(以 计)冶 金 能 源 中的含硫物质总量约为 的含硫总量的 倍左右 燃料结构对硫排放影响热轧序列加热炉主要使用混合煤气作为燃料 其中 座使用 的混合煤气、座使用 的混合煤气 由 座煤气站进行混气加压 混合煤气中 和 的体积占比比较接近对用户的混合煤气种类以及各煤气组分硫贡献率进行了计算 如表 所示 在混合煤气中硫贡献率最大 若对 脱硫而不对 脱硫 则不能实现超低排放达标 若只对 脱硫 且 的硫脱除率达到某一数值时 即使 不脱硫 也可满足热轧序列烟气超低排放要求表 热轧序列燃料硫来源用户混气种类各煤气组分硫贡献率 硫脱除率(烟气排放达标)初轧 :初轧 :钢管 :钢管 :热轧 :厚板、热处理 :热轧 :热轧 :热轧保温炉:仅高焦混合用户 :注:代表 代表 代表 代表天然气 在全厂煤气平衡中 热轧序列使用的 占比高达、占比低于 中的总含硫量约为 的 倍左右 在大部分混合煤气中硫贡献率高达 以上 综上考虑选择对 进行精脱硫治理 在宝钢已有脱硫治理的基础上 通过高炉热风炉的烟气脱硫与 的精脱硫 最终实现覆盖宝钢 的 硫污染治理与 的 硫污染治理 焦炉煤气精脱硫工艺 焦炉煤气精脱硫技术的应用 的精脱硫技术一直被学者广泛研究按脱硫的物理形态不同 脱硫技术大致分为湿法脱硫和干法脱硫湿法脱硫主要是利用液体脱硫剂对 中的硫化物进行清除 湿法脱硫目前采用的比较多 如宝武炭材煤精采用的 法和 法南钢采用的 法等 脱硫技术用含 脱硫催化剂和亲硫耗氧性耐热耐碱菌及有关辅助材料的碱性溶液 吸收 中的无机硫、有机硫等 由于细菌的参与使得 脱硫技术具有生化反应的特点 技术本身基于 工艺南钢几乎未作大的改造 主要是更换了脱硫液以及加药系统 运行效果表明 焦化厂出口烟气的 严重超标情况得到大幅改善 有机硫脱除率近 但尚无法使全厂用户侧直接做到烟气达标排放干法脱硫是使用固体脱硫剂对 中的硫化物进行物理吸附或化学反应 代表性的技术有:微晶吸附技术、加氢转化技术以及水解法技术 微晶吸附技术是采用微晶吸附材料 吸附煤气中的无机硫、有机硫 以及焦油、萘等杂质该技术已经在铜陵新亚星焦化厂和柳钢防城港 精脱硫项目得到了应用 但实际运行中未对精脱硫前后的煤气总硫进行检测 只是通过下游用户排放烟气的 含量判断有机硫的脱除效率 对有机硫的具体脱除率还未明确掌握 有机硫的脱除效率还需进一步验证加氢转化技术是指有机硫化物在催化剂的作用下与氢发生加氢转化反应 生成容易被脱除的 该工艺在处理煤气中的有机硫方面有较好的效果 但在实际建设过程中 需要较高的反冶 金 能 源 应温度和压力 在化工行业(诸如合成氨系统)应用成熟 但相应的设备和管线需要中高压、中高温 投资大 能耗高 操作条件苛刻水解法技术是目前在冶金行业中处于探索性研究的技术 该技术在山西高义钢铁高炉煤气精脱硫项目中得到了应用 由于 比 更难转换为 而 中几乎不含 因此水解法在 精脱硫中取得了很好的效果 在 脱硫中 山钢日照率先采用了水解脱硫法建立了 脱硫系统 该系统可处理 万/的精制 在进口硫含量较高的情况下 脱除率约为 脱除率超过 脱除率约为 基本确保了 相关用户的排放达标由于 中有机硫 和 含量高 该硫化物的脱除技术主要以催化加氢和催化水解为主 因此 将水解法与加氢转化法两种工艺进行对比分析 如表 所示表 水解法与加氢转化法对比分析方法转化温度/热效应/()理论最高转化率/投资能耗水解法 低低加氢转化法 高高 与催化加氢法相比 水解法的反应条件比较低 副反应比较少 另一方面 水解法对 和 等硫化物的脱除率达到了 以上 对 脱除率大于 投资费用较低 运行能耗较低 且已在山钢日照得到了实际应用 因此 综合宝钢 硫化物的特点和现有的场地条件 最终选定采用干法水解法作为 精脱硫的新工艺 干法水解法脱硫工艺目前水解法使用的催化剂大多以氧化铝为主要载体 并含有一定量的碱金属和过渡金属氧化物等成分 在水解过程中 反应温度在 时 反应温度越高 反应速率越快 催化剂的碱性越强 反应速率越快一般认为 中 水解反应分步完成具体过程如下:的水解反应一步完成 具体过程如下:在反应过程中催化剂的活性是影响脱硫效果的最大因素 而影响催化剂活性的因素比较多需要考虑以下 个方面:()水解过程产生的 在温度较高和有氧的环境下 可能被氧化成单质硫或者成为硫酸盐沉积在催化剂表面 产生的硝酸盐会影响碱性环境降低催化剂活性 因此要考虑增加含碱量控制合适的反应温度 增加过滤除杂()中含有一定量的重烃 该物质在催化剂表面可能会形成焦油沉积物 影响催化剂活性 因此要在水解塔前进行入口预吸附 优化通道()在水解过程中 反应温度直接影响催化剂活性 在较高的反应温度下 煤气中的有机硫脱除效率较好 因此要考虑对原煤气进行加热升温 合理地控制反应温度()经过吸附塔后 塔体会积聚大量的焦油、萘和 等杂质 影响催化剂的使用寿命和运行成本 需要搭建再生系统 对塔体进行加热再生 因此要考虑气源介质的洁净度、再生气的去向等问题经过工艺调研和现场考察 最终形成了由预处理、加压、催化水解和脱硫四个工序组成的工艺流程 具体如图 所示 首先经过吸附塔进行预处理除去一些粉尘、铁屑等机械杂质和水分 然后通过加压机对 进行加压 送入蒸汽加热器 把 加热到 后 在水解塔内进行水解反应除去煤气中大量的有机硫成分 然后在冷却器内通过循环冷却水降到一定温度 最后进入精脱硫塔 完成脱硫工艺 洁净的 送到焦炉煤气柜中储存备用 吸附塔中积聚的杂质通过再生气定期进行吹扫选取制氢返回气作为再生气既 冶 金 能 源 图 水解法脱硫工艺流程满足了再生气的压力和品质又避免了净化气的浪费 工作后的再生气可以送往建有烟气脱硫装置的电厂辅助消耗 结语通过对脱硫技术的现状调研 煤气成分、不同工艺方法以及适用条件分析 结合基地的实际生产状况以及场地条件 宝钢采用 水解法精脱硫工艺来实现煤气源头脱硫治理()宝山基地炉窑数量众多 空间上分布分散且混合煤气的用量较大 通过水解法工艺对 进行脱硫改造 满足在源头上对烟气超低排放的治理 节约场地和投资成本()水解法脱硫工艺在 和 等有机硫化物的脱除率较高 达到了 以上对无机物 脱除率大于 高效解决了热轧序列加热炉的超低排放问题()水解法脱硫的硫脱除率与催化剂的活性密切相关 而实际运用过程催化剂活性受多种因素影响 因此后续项目运行后 还需要对该脱硫工艺进行不断的观察和优化参考文献 王贵 焦炉煤气脱硫技术进展与分析.煤化工 ():杨猛 焦炉煤气精脱硫工艺方案比选和优化设计.冶金能源 ():王艾荣 焦炉煤气催化加氢转化精脱硫工艺及生产实践.煤化工 ():田相峰 焦炉煤气脱硫过程的催化水解和吸收特性研究.北京:华北电力大学 赵 艳编辑(上接第 页)含量为、含量为、含量为()采用上述精炼渣系进行冶炼 渣洗后精炼渣中 平均含量由 降低至 精炼一次脱硫率由 提高至 精炼周期缩短 工艺优化后 精炼钢液成分合格参考文献 朱富强 汪金林 范鼎东 等 钢管 精炼渣系优化的工业试验.特殊钢 ():李超 李建新 刘占礼 等 宽厚板低成本洁净钢生产工艺.钢铁 ():李杰 荣光平 王晓兰 等 基精炼渣 脱硫的试验研究.炼钢 ():李宗强 薛正良 张海峰 等 对铝酸钙预熔精炼渣系预熔特性和脱硫的响.中国冶金 ():王旭 魏军 仇圣桃 等 钢精炼渣 /值优化.钢铁钒钛 ():王乐 刘浏 王品 轴承钢 精炼深脱硫工艺的研究.炼钢 ():邓浩华 炉高碱度精炼渣脱硫效果及发泡性的研究.包头:内蒙古科技大学 赵斌 精炼渣脱硫能力的优化研究.西安建筑科技大学 林路 顾超 包燕平 等 齿轮钢 精炼渣优化 .炼钢 ():万 雪编辑冶 金 能 源