高爐煤氣噴堿脫硫循環(huán)液系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

RESEARCHONTHEDESIGNPOINTSOFTHECIRCULATINGLIQUID SYSTEMFORALKALIINJECTIONDESULFURIZATIONOFBLASTFURNACEGAS

Wang Dong12Hu Songshan1、2Liu Huali1、2Liang Jiayin1、2 （1.Beijing Shougang International Engineering Technology Co.，Ltd.Beijing10oo43，China; 2.Beijing Metalurgical 3D Simulation Design Engineering Technology Research Center，Beijing10oO43， China）

Abstract：In view of thecharacteristicsof large processng capacityof blast furnace gas，easytreatment of inorganic sulfur，and dificult treatmentoforganicsulfur，thisarticleintroduces thedesignpointsofalkali injectioncirculating liquid desulfurization，explores its treatment efectonblastfurnace gas，and focuses onthe process flowand equipment configurationof the system，providingreference for high-efficiencyandlow-cost treatmentof blast furnace gasin the future.

Key words： blast furnace gas;hydrogen sulfide; alkali injection;circulating liquid

0前言

鋼鐵冶金行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)也是高污染、高能耗和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的行業(yè)。其中，高爐煤氣是一種高溫、高壓、易燃、易爆的有毒氣體，且該氣體中硫化物含量較高，夾雜少量氯化物等，對(duì)高爐煤氣管道及設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題。隨著鋼鐵行業(yè)進(jìn)人“超低排放”時(shí)代，高爐煤氣采用常規(guī)末端煙氣治理的方式，存在治理點(diǎn)位多、投資高、占地大等問(wèn)題，采取源頭控制方式，實(shí)施高爐煤氣精脫硫，將是一種更高效、更經(jīng)濟(jì)的硫減排技術(shù)。

1高爐煤氣主要成分

高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)低熱值燃料，可被應(yīng)用于熱風(fēng)爐、加熱爐、電廠、燒結(jié)等工藝過(guò)程中。煤氣中的主要成分有二氧化碳、一氧化碳、氫氣、氮?dú)?、硫化物等。研究發(fā)現(xiàn)，高爐中的硫主要是由爐料帶入的，主要包含鐵礦石、燃料，還有少量熔劑，硫賦存形態(tài)為羰基硫、二硫化碳、硫化氫。主要分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩類，有機(jī)硫以基硫（COS）為主，占比約 70% ，無(wú)機(jī)硫以硫化氫（ H₂S ）為主，占比約 30%^[2]

2噴堿脫硫工藝原理及流程

來(lái)自TRT（或減壓閥組）的高爐煤氣溫度約為50～60^°C ，當(dāng)TRT不運(yùn)行時(shí)約為 100～160^°C ，壓力為 13～15kPa ，在吸收塔入塔管道內(nèi)噴入含堿循環(huán)液，對(duì)煤氣進(jìn)行冷卻降溫和粗脫硫，在吸收塔內(nèi)噴入堿液和含堿循環(huán)液，與自下向上的煤氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和熱交換，將煤氣的酸性中和，將硫化氫和Cl-脫除，同時(shí)將煤氣溫度降至 40～50^°C ，經(jīng)脫水塔除去大部分煤氣攜帶的堿液后送入廠區(qū)煤氣管網(wǎng)。

高爐煤氣催化水解－堿洗脫硫工藝基本過(guò)程和原理：首先利用水解催化劑將高爐煤氣中的有機(jī)硫COS水解轉(zhuǎn)化為 H₂S 和 CO₂ ；通過(guò)噴淋 NaOH 溶液將水解轉(zhuǎn)換后的 H₂S 和原本存在的 H₂S 脫除。

2.1 COS水解原理

在水解反應(yīng)器中，高爐煤氣中的有機(jī)硫COS與煤氣中的水蒸氣在水解劑的作用下轉(zhuǎn)化為H2Sl4]

COS+H₂O 水解劑 CO₂+H₂S 反應(yīng)溫度區(qū)間： 100～150^°C

反應(yīng)壓力區(qū)間： 100～250kPa 轉(zhuǎn)化效率高：溫度大于 100^°C 時(shí)，水解轉(zhuǎn)化率大于 90% 壓力、溫度損失小：壓降小于 10kPa ，無(wú)明顯溫降無(wú)需外加脫硫劑：只需煤氣中的水蒸氣參與反應(yīng)

2.2 H₂S 脫除原理

脫硫劑選用氫氧化鈉，反應(yīng)速度快，可同時(shí)脫除其他酸性物質(zhì)，調(diào)節(jié)煤氣酸堿度，減少腐蝕

2NaOH+H₂S?Na₂S+2H₂O NaOH+HCl?NaCl+H₂O

3噴堿脫硫循環(huán)液主要設(shè)施

噴堿脫硫循環(huán)液系統(tǒng)包括煤氣系統(tǒng)、堿液制備系統(tǒng)、堿液循環(huán)系統(tǒng)、工業(yè)回用水系統(tǒng)，本文以山西某鋼鐵企業(yè)為例，煤氣處理量 450 000m³/h ，對(duì)循環(huán)堿液系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3.1煤氣系統(tǒng)

BPRT出口總管道 $$ 洗凈塔人口管 $$ 洗凈塔 $$ 洗凈塔出口管 $$ BPRT出口總管道

在洗凈塔煤氣進(jìn)口管內(nèi)噴堿液循環(huán)液，噴淋量為 50～90m³/h ，將煤氣溫度降至 55^°C 以下，并對(duì)煤氣進(jìn)行粗脫硫。噴嘴采用氮?dú)忪F化噴頭，共6個(gè)，噴頭壓力為 0.3～0.4MPa 。

洗凈塔為立式圓筒形結(jié)構(gòu)，塔徑 7.0m ，高度約 34m ，塔內(nèi)依次設(shè)一層配氣板、三層噴淋層和一層除霧器。塔體上設(shè)有人孔、連接管道等，塔體外四周設(shè)5層檢修平臺(tái)。霧化噴淋層由噴淋管道和高效霧化噴嘴組成，通過(guò)均勻分布噴嘴的噴淋量，使含堿吸收液與煤氣流均勻混合，并有足夠的停留時(shí)間，確保吸收液與煤氣充分接觸和反應(yīng)。上層霧化噴淋層用于噴淋新鮮堿液，噴淋量為 10～ 25m³/h ，設(shè)16支氮?dú)忪F化噴頭，噴頭壓力 0.3～ 0.4MPa 。中層和下層用于噴頭含堿循環(huán)液，每層噴淋量為 50～90m^3/h ，每層設(shè)12支機(jī)械霧化噴頭，噴頭壓力為 0.3～0.4MPa 。洗凈塔材質(zhì)為Q235-B，內(nèi)部采用玻璃鱗片膠泥進(jìn)行防腐。高爐煤氣進(jìn)口管道材質(zhì)為Q235-B，內(nèi)外壁進(jìn)行防腐處理。

洗凈塔出口煤氣管道從塔頂接出，在下降管內(nèi)設(shè)一層噴頭，噴入工業(yè)回用水，將煤氣總遺留的雜質(zhì)成分進(jìn)一步清除，工業(yè)回用水噴頭共6個(gè)，噴頭壓力為 0.3～0.4MPa 。

3.2堿液制備系統(tǒng)

外購(gòu)固體堿 $$ 堿液罐 $$ 計(jì)量泵 $$ 霧化噴嘴 $$ 洗凈塔

水池 $$ 軟化水泵 $$ 個(gè)

本系統(tǒng)為洗凈塔上層提供新鮮堿液，堿液供應(yīng)量為 10～25m³/h 。系統(tǒng)設(shè)堿液罐2臺(tái)，堿液泵2臺(tái)及相應(yīng)的配套設(shè)施。氫氧化鈉粉末人工裝人堿液罐，與軟化水進(jìn)行混合，采用攪拌器進(jìn)行攪拌，混合后堿液濃度為 20%～30% 。堿液經(jīng)計(jì)量泵加壓后，與加壓后的軟水進(jìn)行混合，然后由管道輸配到洗凈塔內(nèi)。堿液制備系統(tǒng)軟化水耗量為 10～25m³/h O氫氧化鈉粉用量為 100～300kg/h 0

堿液供給管道直徑為DN80，設(shè)閘閥、止回閥、流量計(jì)和壓力表等。堿液管道采用無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號(hào)。

3.3含堿溶液循環(huán)系統(tǒng)

洗凈塔 $$ 循環(huán)水池 $$ 循環(huán)泵 $$ 噴嘴 $$ 洗凈塔及入口管

含堿溶液循環(huán)系統(tǒng)分別為洗凈塔入口管和洗凈塔內(nèi)兩層噴頭提供含堿溶液，含堿溶液濃度根據(jù)出口煤氣硫化氫含量由洗凈塔上層霧化噴頭的堿液濃度調(diào)整，排出的液體進(jìn)入循環(huán)池由水泵提升后使用。洗凈塔人口管和洗凈塔內(nèi)中、下兩層噴頭的供水管直徑為DN200，在管道上設(shè)閘閥、止回閥、流量計(jì)和壓力表等。管道全部采用無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號(hào)。

洗凈塔循環(huán)水系統(tǒng)主要供洗凈塔噴水，噴水量180m³/h ，供水壓力要求 0.7MPa ，用后水重力流至泵站循環(huán)水吸水井，通過(guò)循環(huán)水供水泵加壓循環(huán)使用。

洗凈塔入口噴槍循環(huán)水系統(tǒng)主要供洗凈塔入口管道噴水，噴水量 90m³/h ，供水壓力要求 0.6MPa 用后水重力流至泵站循環(huán)水吸水井，通過(guò)噴槍供水泵加壓循環(huán)使用。

3.4工業(yè)回用水系統(tǒng)

洗凈塔出口管 $$ 循環(huán)水池 $$ 工業(yè)水泵 $$ 噴嘴 $$ 洗凈塔出口管

將煤氣反應(yīng)后的雜質(zhì)成分進(jìn)一步清除，需設(shè)工業(yè)回用水系統(tǒng)。工業(yè)回用水噴入出塔管道，流量為30～90m³/h ，循環(huán)使用，排水進(jìn)入循環(huán)水池由水泵提升后回用，補(bǔ)水量為 5～10m³/h

工業(yè)回用水供水管直徑為DN150，在管道上設(shè)閘閥、止回閥、流量計(jì)和壓力表等。管道全部采用無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號(hào)。

洗凈塔入口噴槍循環(huán)水系統(tǒng)主要供洗凈塔出口管道噴水，噴水量 60m³/h ，供水壓力要求0.75MPa，用后水重力流至泵站工業(yè)水供水吸水井，通過(guò)工業(yè)水供水泵加壓循環(huán)使用。

3.5生產(chǎn)廢水系統(tǒng)

生產(chǎn)廢水主要是泵站水池溢流水、集水坑排水，及煤氣洗凈塔事故排水，經(jīng)潛水泵提升后就近排入廠區(qū)生產(chǎn)廢水管網(wǎng)。

3.6主要設(shè)備和設(shè)施

新建供水泵房一座，包括堿液儲(chǔ)存、堿液制備內(nèi)設(shè)五組水泵：

泵組1為循環(huán)水供水泵，兩用一備，水泵參數(shù)如下：IH100-65-250， Q=60～120m³/h H=88～74m

泵組2為噴槍供水泵，一用一備，一臺(tái)變頻，水泵參數(shù)如下：IH80-50-250， Q=30～90m³/h ，H=83.5～76m ：

泵組3為工業(yè)水供水泵，一用一備，水泵參數(shù)如下：IH80-50-250， Q=30～60m³/h H=83.5～76m

泵組4為軟化水供水泵，一用一備，水泵參數(shù)如下：65DL32-15X7， Q=22～42m³/h ， H=112～84m

泵組5為兩臺(tái)計(jì)量泵，一用一備，全部變頻，水泵參數(shù)如下：GB0350， Q=0～334L/s ， H=1.0MPa

立式堿液制備罐2套（ V=16m³"），內(nèi)設(shè)攪拌器，氫氧化鈉粉末由人孔裝入罐內(nèi)，與水混合后，配置成 30% 氫氧化鈉溶液

4技術(shù)特點(diǎn)及結(jié)論

本高爐煤氣噴堿脫硫循環(huán)液系統(tǒng)具備精脫硫設(shè)施壓降小，對(duì)高爐煤氣系統(tǒng)影響較小，精脫硫設(shè)施產(chǎn)生的廢水少，外排廢水中含有硫化鈉，氯化鈉，少量碳酸鈉等成分等特點(diǎn)，出口煤氣中 H₂S 濃度可降至 24mg/Nm³"，對(duì)高爐煤氣源頭控制硫減排技術(shù)具有較強(qiáng)的借鑒意義，在超低排放的大背景下，將對(duì)煙氣排放源頭治理中發(fā)揮積極作用。

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