王瑞良 李東虎

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司  河北 邯鄲 056015））

摘  要：本文分析了影響干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)煙氣排口顆粒物及SO₂濃度達(dá)標(biāo)排放的因素，通過改造設(shè)備結(jié)構(gòu)及優(yōu)化工藝控制，使干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)到超低排放要求，進(jìn)一步降低了能源物料消耗，提升了干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)運(yùn)行能效水平。

關(guān)鍵詞：干熄焦；脫硫；節(jié)能；超低

1概況

某焦化廠主體工程4×42JNX70—Ⅱ型焦?fàn)t，配套設(shè)計(jì)2×140t/h干熄焦裝置，2024年10月建成投產(chǎn)第三套140t/h干熄焦裝置，完成了“全干熄焦”生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)。每套干熄焦裝置配套設(shè)計(jì)一臺(tái)干熄焦地面脫硫除塵系統(tǒng)，脫硫工藝采用高比表氫氧化鈣干法脫硫工藝+脈沖布袋除塵器，使干熄焦脫硫除塵煙氣達(dá)到DB13/GB2863-2018《煉焦化學(xué)工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》排放限值要求。通過除塵器結(jié)構(gòu)改造、干熄焦脫硫除塵工藝優(yōu)化，降低了除塵系統(tǒng)能源物料消耗，提升了能效水平。

2現(xiàn)狀

某焦化廠140t/h干熄焦裝置，配套設(shè)計(jì)干熄焦地面脫硫除塵站，采用高比表氫氧化鈣干法脫硫工藝，脫除除塵煙氣中SO₂氣體，以及采用脈沖布袋除塵器脫除煙氣中固體顆粒物。主要承擔(dān)著對(duì)干熄焦生產(chǎn)過程產(chǎn)生的裝焦煙氣、預(yù)存室放散煙氣、排焦煙氣等顆粒物及SO₂等有害物質(zhì)凈化處理，由煙囪排口排出，達(dá)到煉焦化學(xué)超低排放限值要求。具體工藝流程為：

干熄爐頂裝焦煙氣、預(yù)存室放散煙氣在除塵煙氣主管匯合，一起進(jìn)入列管式冷卻器式上部，經(jīng)過列管式冷卻器進(jìn)行冷卻并分離火星；干熄爐底部焦炭排出溜槽、電磁振動(dòng)給料器、旋轉(zhuǎn)密封閥入口及皮帶運(yùn)輸機(jī)落料點(diǎn)等處產(chǎn)生的低溫?zé)煔馀c冷卻后的高溫?zé)煔庠诹泄苁嚼鋮s器下部匯合，匯合后的煙氣溫度小于125℃，兩部分除塵煙氣一起進(jìn)入除塵器入口煙氣管道，與在除塵器入口管道噴入高效氫氧化鈣高比表氫氧化鈣相遇混合，高比表氫氧化鈣與煙氣中的SO₂反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物及未反應(yīng)的高比表氫氧化鈣與煙氣一起進(jìn)入除塵器，未反應(yīng)的高比表氫氧化鈣附著在布袋上與煙氣中未被吸收的SO₂進(jìn)行二次反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物與煙氣其他顆粒物一起附著在布袋表面，定期被除塵器內(nèi)脈沖布袋逆洗清除凈化，進(jìn)化后的除塵煙氣通過除塵風(fēng)機(jī)抽吸經(jīng)風(fēng)機(jī)出口煙道由煙囪排出，布袋脫除下來的除塵灰落入除塵箱體下部灰斗，由格式排灰閥、刮板機(jī)、斗式提升機(jī)將除塵灰運(yùn)輸至貯灰倉儲(chǔ)存，由負(fù)壓吸排車定期外排。

在干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中主要存在電耗、高比表氫氧化鈣能源物料消耗高等問題，能效水平相對(duì)較低；排口煙氣顆粒物、SO2數(shù)據(jù)排放數(shù)據(jù)波動(dòng)，存在超標(biāo)隱患，主要問題有：

（1）除塵風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速，設(shè)備故障高，能效低，且易引發(fā)上道工序干熄焦無組織放散等環(huán)保事故。

（2）除塵煙氣SO₂高比表氫氧化鈣消耗高，噸焦消耗3.0元/噸焦以上，且排口SO₂排放數(shù)據(jù)異常波動(dòng)，存在超標(biāo)排放隱患。

（3）除塵器出口煙道與除塵箱體串漏，除塵箱內(nèi)除塵灰及除塵箱內(nèi)、煙氣道鐵銹等雜物進(jìn)入除塵器出口煙道，造成除塵器排口顆粒物排放數(shù)據(jù)異常波動(dòng)，存在超標(biāo)隱患。

3干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)措施

針對(duì)干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，實(shí)施了干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)工藝技術(shù)升級(jí)改造，主要技術(shù)方案如下：

3.1除塵風(fēng)機(jī)節(jié)能改造，增設(shè)備用除塵變頻風(fēng)機(jī)，優(yōu)化倒機(jī)流程

原除塵風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為液偶調(diào)速，投資省，但是設(shè)備故障多、能耗高，尤其是除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)入設(shè)備壽命后期，故障頻發(fā)，制約干熄焦長(zhǎng)期高效、清潔環(huán)保生產(chǎn)。以老區(qū)拆遷為契機(jī)，利舊老區(qū)舊變頻，對(duì)原干熄焦地面除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加備用除塵變頻風(fēng)機(jī)，在原除塵風(fēng)機(jī)入口煙氣道引出一條規(guī)格、尺寸與原煙氣道相同的煙氣道，連接備用風(fēng)機(jī)，備用風(fēng)機(jī)出口煙氣道并入原液耦風(fēng)機(jī)出口煙氣道上，兩除塵風(fēng)機(jī)共用原煙囪一個(gè)排口，并在原液耦風(fēng)機(jī)及備用變頻風(fēng)機(jī)出入口煙氣道分別設(shè)置切斷閥，方便除塵風(fēng)機(jī)互倒使用或故障檢修使用。備用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)延長(zhǎng)了干熄焦脫硫除塵系統(tǒng)運(yùn)行周期，適應(yīng)了干熄焦長(zhǎng)周期、高效穩(wěn)定生產(chǎn)需要。但是，在除塵風(fēng)機(jī)（液力耦合調(diào)速/變頻調(diào)速）倒機(jī)時(shí)，煙囪排口顆粒物發(fā)生異常波動(dòng)現(xiàn)象。結(jié)合除塵工藝及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)查分析了顆粒物波動(dòng)的主要原因，是當(dāng)備用風(fēng)機(jī)停機(jī)期間，備用除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙氣道，因長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行，煙氣道鐵銹等腐蝕產(chǎn)物沉積，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后，隨著煙氣流速增加，沉積物隨除塵煙氣一起進(jìn)入煙囪，導(dǎo)致排口顆粒物波動(dòng)，甚至超標(biāo)。

針對(duì)備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)期間顆粒物波動(dòng)問題，立即制定技術(shù)改造方案，在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出入口煙氣道設(shè)置擋板，并在兩個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙氣道設(shè)置清掃孔，當(dāng)備用風(fēng)機(jī)停機(jī)期間，關(guān)閉備用風(fēng)機(jī)進(jìn)出口切斷閥，檢測(cè)煙氣道內(nèi)CO、O₂符合作業(yè)要求，作業(yè)人員進(jìn)入煙氣道將備用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)煙氣道中沉積鐵銹等雜物吹掃清理干凈，防止開機(jī)時(shí)沉積物帶入煙囪排口，引起排口顆粒物波動(dòng)甚至超標(biāo)。并規(guī)范了備用除塵風(fēng)機(jī)倒機(jī)操作流程，流程如下：

除塵變頻風(fēng)機(jī)與液耦風(fēng)機(jī)倒機(jī)操作

1）定期切換風(fēng)機(jī)或故障倒機(jī)，需要開啟變頻風(fēng)機(jī)時(shí)（暫以變頻風(fēng)機(jī)為備用）

（1）現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)循環(huán)冷卻水閥門狀態(tài)及確認(rèn)冷卻水正常供應(yīng)。

（2）確認(rèn)備用風(fēng)機(jī)、電機(jī)、高壓柜、變頻器狀態(tài)、除塵風(fēng)機(jī)入口和出口閥門狀態(tài)。

（3）啟動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)前，關(guān)閉原液耦風(fēng)機(jī)入口擋板/出口擋板板（低速狀態(tài)下操作）。

（4）開啟變頻器風(fēng)機(jī)入口擋板

（5）按照流程啟動(dòng)變頻器風(fēng)機(jī)，觀察運(yùn)行正常后，開啟出口閥門.

（6）停原液耦風(fēng)機(jī)后，變頻風(fēng)機(jī)運(yùn)行進(jìn)入自動(dòng)，按要求設(shè)定風(fēng)機(jī)高低速運(yùn)行變頻參數(shù)，觀察除塵器運(yùn)行情況，及時(shí)調(diào)節(jié)備用風(fēng)機(jī)及除塵器操作，滿足生產(chǎn)要求。

（7）停機(jī)順序跟開機(jī)相反，先停變頻器、再停高壓柜，最后停風(fēng)扇。

2）因定期切換風(fēng)機(jī)運(yùn)行或故障倒機(jī)需要開啟原液耦風(fēng)機(jī)時(shí)

（1）關(guān)閉變頻風(fēng)機(jī)入口擋板和出口閥門（低速狀態(tài)下操作）

（2）開啟原液耦風(fēng)機(jī)入口擋板和出口盲板，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，設(shè)定液力耦合器高/低速給定(操作流程與原流程一致）。

自除塵備用變頻風(fēng)機(jī)改造應(yīng)用以來，日可節(jié)約電耗800度，且未因除塵風(fēng)機(jī)等設(shè)備故障影響干熄焦生產(chǎn)，提升了干熄焦穩(wěn)定生產(chǎn)能力，及清潔環(huán)保生產(chǎn)水平。

3.2改進(jìn)除塵器結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定脫硫除塵排口顆粒物超低排放

干熄焦脫硫除塵器主要組成包含：10個(gè)除塵倉室分A/B兩列布置，每列5個(gè)倉室，凈氣煙氣道位于兩排相對(duì)除塵倉室之間，通過離線閥與除塵器各倉室聯(lián)通，離線閥上下兩側(cè)分別與除塵器上部?jī)魵馐壹皟魺煔獾肋B接，形成內(nèi)置凈氣煙氣道，凈煙氣道與除塵倉室由隔板隔離，相互獨(dú)立運(yùn)行。除塵煙氣經(jīng)除塵器入口煙道引入除塵器，分別從除塵倉室下部進(jìn)入除塵器，經(jīng)除塵倉室中部脈沖布袋凈化后，除塵灰附著在布袋上，定期逆洗反吹，除塵灰落至除塵器下部灰斗。凈化后煙氣進(jìn)入除塵器上部?jī)魵馐?，通過離線閥進(jìn)入凈氣煙氣道，經(jīng)過風(fēng)機(jī)由煙囪排口排出。干熄焦煙氣中含有H₂O、SO₂等煙氣，具有腐蝕性等特點(diǎn)，由于設(shè)備老化，煙氣煙氣道腐蝕泄漏，當(dāng)煙道隔板發(fā)生腐蝕串漏，除塵倉室中未凈化的除塵煙氣不經(jīng)布袋過濾凈化，直接被抽吸至凈煙氣道，由煙囪排出，造成排口顆粒物波動(dòng)甚至超標(biāo)。且由于凈煙氣道內(nèi)置于除塵器中，設(shè)備點(diǎn)巡檢不易發(fā)現(xiàn)，難以維修，只能停機(jī)檢查處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為解決這一問題，對(duì)除塵器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，凈煙氣道設(shè)計(jì)為外置煙氣道，安裝在除塵器頂部，由凈氣支管與凈氣室鏈接，由離線閥控制。不僅凈煙氣道實(shí)現(xiàn)定期檢查，在線維修，還能使除塵器凈煙氣道與除塵倉隔離，獨(dú)立運(yùn)行，杜絕了因除塵凈煙氣道泄漏體引起煙囪排口顆粒物波動(dòng)或超標(biāo)，且利用日常檢查、維修，能大幅縮短了凈煙氣道點(diǎn)檢、檢修時(shí)間。

3.3平衡循環(huán)氣體CO與SO₂濃度控制，降低干熄焦除塵煙氣高比表氫氧化鈣消耗

干熄焦循環(huán)氣體主要包含N₂、CO、CO₂、H₂、H₂O、CH₄、H₂S、SO₂等氣體，其中CO、CH₄、H₂S、H₂等可燃?xì)怏w必須控制在安全限值以下。通常情況下，采用向環(huán)形煙道導(dǎo)入空氣燃燒可燃?xì)怏w進(jìn)行控制。因此， 循環(huán)氣體的組成主要是發(fā)生在熾熱焦炭裝入時(shí)與空氣直接接觸燃燒產(chǎn)生及干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)O₂穿過焦炭床層與部分焦炭發(fā)生燃燒過程產(chǎn)生的，以及焦炭殘余揮發(fā)分（CH₄、H₂S、H₂等）與干熄爐環(huán)形煙道導(dǎo)入的O₂發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體，其含量的多少與干熄焦工藝控制及裝入焦炭質(zhì)量有直接關(guān)系。

1）干熄焦除塵煙氣中SO₂主要來源于干熄焦裝焦過程中熾熱焦炭的硫分與空氣接觸燃燒產(chǎn)生SO₂，具有間歇性、濃度高等特點(diǎn)；還來源于焦炭在干熄爐內(nèi)滯留冷卻期間析出H₂S等硫化物氣體與導(dǎo)入空氣（含循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段泄漏吸入的空氣）在氣體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)燃燒產(chǎn)生的SO₂以及在干熄爐內(nèi)焦粉、焦炭中的硫分與導(dǎo)入空氣（含循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段泄漏吸入空氣）在干熄爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的SO₂，主要化學(xué)反應(yīng)如下：

H₂S+ O₂ =SO₂     S+ O₂ =SO₂   

2）在干熄焦作業(yè)過程中，焦炭及焦炭析出揮發(fā)分與空氣燃燒，在生成SO₂的同時(shí)，生成CO和CO₂等氣體。主要化學(xué)反應(yīng)如下：

C+ O₂ =CO₂   2C+ O₂ =2CO   2CO+ O₂ =2CO₂    

以上化學(xué)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。干熄焦循環(huán)氣體中CO、SO₂ 等成分含量與干熄焦工藝控制過程有直接關(guān)系。

近年來干熄焦廢氣CO等氣體越來越受到關(guān)注，2024年2月29日下發(fā)了《邯鄲市2024年鋼鐵行業(yè)CO治理管控方案》，要求干熄焦放散煙氣CO排放限值為8000mg/m³，因此控制循環(huán)煙氣SO₂濃度的同時(shí)必須兼顧循環(huán)氣體CO濃度。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)高比表氫氧化鈣消耗與CO濃度存在一定關(guān)系，2025年某日干熄焦循環(huán)氣體CO濃度與高比表氫氧化鈣消耗量趨勢(shì)圖，如圖1

圖1，干熄焦循環(huán)氣體CO濃度與高比表氫氧化鈣消耗量趨勢(shì)圖

如圖所示，CO濃度與高比表氫氧化鈣消耗非線性關(guān)系，當(dāng)O₂濃度在0.3%以下，CO濃度控制到3——6%之間，高比表氫氧化鈣消耗相對(duì)較低且穩(wěn)定；當(dāng)CO濃度低于3%，高比表氫氧化鈣消耗異常升高。

3）高比表氫氧化鈣脫除SO過程解析

在除塵器入口煙氣管道噴入高比表氫氧化鈣與干熄焦除塵煙氣充分混合接觸，高比表氫氧化鈣與煙氣中的SO₂反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物及未反應(yīng)的高比表氫氧化鈣與煙氣一起進(jìn)入除塵器，未反應(yīng)的高比表氫氧化鈣附著在布袋上與煙氣中未被吸收的SO₂進(jìn)行二次反應(yīng)，含SO₂除塵煙氣穿過高比表氫氧化鈣床層，延長(zhǎng)高比表氫氧化鈣接觸反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步提高脫硫效率。

當(dāng)干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)入（或負(fù)壓系統(tǒng)漏入）空氣增多，不僅使焦炭硫分發(fā)生燃燒反應(yīng)，增加了SO₂濃度，還使循環(huán)氣體中CO轉(zhuǎn)化為CO₂，增加了焦炭燒損產(chǎn)生CO₂，增加了高比表氫氧化鈣消耗。

因此，在實(shí)際干熄焦工藝控制中，降低空氣導(dǎo)入量，并將CO濃度控制到3%——6%，降低焦炭燒損，可降低高比表氫氧化鈣消耗。

4  結(jié)論

通過上述工藝設(shè)備改造，降低了干熄焦地面除塵運(yùn)行成本，不僅降低設(shè)備運(yùn)行電耗，節(jié)約高比表氫氧化鈣消耗，提升了干熄焦地面除塵器設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，還通過除塵器出口煙氣道改造及備用除塵風(fēng)機(jī)倒機(jī)操作優(yōu)化，提升了煙囪排口污染物排放超低排放達(dá)標(biāo)率，滿足了焦化清潔環(huán)保、高效安全運(yùn)行要求。