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)機后放散進行脫硫處理，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，輸送到再生塔進行加熱再生，經(jīng)過再生后的活性炭再次進入凈化塔循環(huán)利用。振動篩分出的破碎活性炭和粉塵通過輸灰管道進入下方的氣力輸送系統(tǒng)倉泵輸送至灰倉外送。進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)機抽力進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入鏈斗機的溜料管豎段過長，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酸腐蝕。

3 工藝改進和優(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，就會造成活性炭進入料斗與料斗之間的縫隙。改進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入料斗縫隙，如圖2 所示。改進后，鏈斗機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

將再生氣進口管道彎頭處加高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

4 改進效果

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)機引入原干熄焦環(huán)境除塵高溫?zé)煔夤艿?，與來自干熄爐裝焦的煙氣混合，進入環(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?；钚蕴垦h(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)和硫銨模塊進行了維護，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。