馬銀華，趙恒波，黨平，崔曉波
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）
摘要： 針對鞍鋼鲅魚圈 7 m 焦爐煙氣 SO2 排放指標偶有超標的情況， 分析了焦爐煙氣中SO2 的主要來源，提出了降低焦爐煤氣 H2S 含量、減少焦爐爐墻竄漏和控制異常生產(chǎn)狀況下焦爐煙氣 SO2 指標等方面的措施，實施后，焦爐煙氣 SO2 排放指標能夠控制在 25 mg/ m3以下，滿足標準要求。
關(guān)鍵詞： 環(huán)保；焦爐煙氣；SO2；精脫硫工藝
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部（以下簡稱鲅魚圈） 裝備有國內(nèi)首套自主設(shè)計的7 m 52 孔 JNX-70-2 型焦爐 4 座， 設(shè)計年產(chǎn)焦炭255 萬 t，正常生產(chǎn)狀態(tài)下，焦爐以高爐煤氣加熱為主，同時摻混一定比例的焦爐煤氣，以保證爐頭溫度，摻混體積比控制在 3%～5%。 2015 年 1 月 1日《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》正式實施，要求焦化企業(yè)焦爐煙囪排放煙氣中 SO2≤50 mg/m3，對于一些特排地區(qū)指標更為嚴格， 要 求 SO2≤30 mg/m3。鲅魚圈 7 m 焦爐煙氣 SO2 排放指標一般為 25~40 mg/m3，偶有超標情況。 因此，分析了焦爐煙氣中 SO2 的主要來源，并從煤氣凈化脫硫、焦爐爐體密封、 焦爐煤氣加熱系統(tǒng)調(diào)整等方面進行了改進， 以確保焦爐煙氣中 SO2 排放指標達到合格標準。
1 7 m焦爐煙氣中 SO2 主要來源
1.1 焦爐煤氣燃燒產(chǎn)生 SO2
鲅魚圈 7 m 焦爐為復(fù)熱式焦爐，正常生產(chǎn)狀態(tài)下，以高爐煤氣加熱為主，但由于焦爐煤氣過剩，后續(xù)煤 氣 平 衡 需 要，高爐煤氣中會配入一定比例的焦爐煤氣，摻混比按照 3%~5%控制，但實際摻混比較高， 通常大于 5%， 焦爐煤氣耗量為10 000~15 000 m3/h。 高爐年修或生產(chǎn)情況異常時，倒換為純焦爐煤氣加熱。
1.1.1 焦爐煤氣中 H2S 燃燒生成 SO2
焦爐煤氣中的硫主要以 H2S 形態(tài)存在［1-3］。 焦爐煤氣凈化脫硫脫氰采用真空碳酸鉀法脫硫工藝， 出口 H2S 質(zhì)量濃度通常控制在 300 mg/m3，按此計算， 焦爐煤氣燃燒影響煙氣排放的 SO2 濃度將達到 14~21 mg/m3。
1.1.2 焦爐煤氣中有機硫燃燒生成 SO2
焦爐煤氣中有機硫主要包括二硫化碳（CS2）、噻吩（C4H4S）、甲基噻吩（C5H6S）和甲基醇（CH3HS），以及少量其他硫醇、硫醚類的有機硫［1-3］。焦爐煤氣中有機硫的總質(zhì)量濃度為 500~900 mg/m3。 焦爐煤氣中有機硫的平均含硫質(zhì)量分數(shù)約為 60%， 其總含硫質(zhì)量濃度為 300~540 mg/m3，產(chǎn)生的 SO2 質(zhì)量濃度為 600~1 080 mg/m3。
1.2 焦爐爐墻竄漏的荒煤氣燃燒產(chǎn)生 SO2
焦爐爐體磚體砌筑留有一定的灰縫， 焦爐生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生竄漏［4-5］，常規(guī)焦爐爐體竄漏率一般在 1%左右。 焦爐炭化室爐墻竄漏時，未經(jīng)處理的荒煤氣直接由炭化室泄漏至燃燒室， 荒煤氣中的 H2S 燃燒生成 SO2。 荒煤氣中含有大量的 H2S氣體， 質(zhì)量濃度一般為 5 000~6 000 mg/m3左右，是精制煤氣濃度的 20 倍以上。 因此，即使炭化室爐墻有局部竄漏，也極易造成焦爐煙囪煙氣中 SO2排放指標超標。 對于鲅魚圈 7 m 焦爐，按照荒煤氣中 H2S 質(zhì)量濃度 6 000 mg/m3計算，產(chǎn)生的 SO2 質(zhì)量濃度為 16 940 mg/m3。若焦爐泄漏率為 1%，每小時泄漏荒煤氣約 1 250 m3。 根據(jù)計算，僅焦爐爐墻竄漏影響煙囪排放的 SO2 濃度將達到 35 mg/m3。
2 7 m 焦爐煙氣 SO2 控制措施
2.1 降低焦爐煤氣 H2S 含量
2.1.1 控制配煤硫分
為了從源頭控制焦爐煤氣 H2S 含量， 在制定配煤方案時,應(yīng)充分考慮配煤硫分,要求配合煤硫含量在 0.7%以下， 進入脫硫工序前 H2S 含量在6 000 mg/m3以下。 鲅魚圈煉焦部在保證焦炭質(zhì)量的前提下， 積極選擇低硫主焦煤 （以進口峰景焦煤、薩阿吉焦煤為主），同時停止使用內(nèi)蒙古高硫肥煤，從而達到控制配合煤硫含量的要求。
2.1.2 改進焦爐煤氣脫硫工藝
鲅魚圈現(xiàn)有焦爐煤氣真空碳酸鉀煤氣脫硫裝置，設(shè)計煤氣處理能力為 125 000 m3/h，脫硫后煤氣 H2S 含量≤200 mg/m3。由于焦爐滿負荷生產(chǎn)時，煤氣發(fā)生量為 145 000 m3/h， 現(xiàn)有脫硫裝置能力不能滿足要求，脫硫后煤氣 H2S 含量為400~500 mg/m3。
因此，對原脫硫系統(tǒng)進行改造，在原真空碳酸鉀脫硫裝置后新建一套煤氣處理量 為 150 000 Nm3/h的一塔式堿法脫硫裝置， 將煤氣中的 H2S 含量從400~500 mg/m3降至 20 mg/m3以下。 改進后精脫硫工藝流程見圖 1。
焦爐煤氣從真空碳酸鉀脫硫后接三通進入精 脫硫塔下部， 并在塔內(nèi)自下而上與頂部噴灑的再生脫硫液于氣液分布盤和填料層逆向接觸， 進行液相催化氧化的化學反應(yīng)， 碳酸鈉與煤氣中的絕大部分 H2S 和 HCN 在脫硫液中充分反應(yīng)。 由于熔硫會消耗一部分催化劑， 為了保證一定的催化劑濃度，采用連續(xù)投加少量催化劑的措施。 反應(yīng)后的脫硫液流入塔底煤氣液封槽， 由精脫硫液循環(huán)泵打至再生段，通過自吸式噴射器射流引入空氣，并補充一定的動力風， 在再生段底部進行氧化再生反應(yīng)，再生的溶液保持一定的液位，并通過液位調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)流到脫硫段噴灑管線進行噴灑，再生的脫硫液與煤氣逆向接觸，形成一個閉路循環(huán)。
2.2 減少焦爐爐墻竄漏
2.2.1 提高集氣管壓力
為了有助于焦爐爐墻磚縫石墨的生成， 避免外界冷空氣竄漏進入炭化室， 造成焦炭和副產(chǎn)品的燒損，在整個結(jié)焦過程中，控制炭化室壓力，使其略大于燃燒系統(tǒng)壓力， 并以結(jié)焦末期炭化室底部壓力不小于 5 Pa 為原則，控制集氣管壓力。 由于鲅魚圈 7 m 焦爐為蓄熱室分格設(shè)計， 蓄熱室頂部吸力無法測量，燃燒系統(tǒng)壓力的均勻性差，加之受海上氣候影響， 炭化室底部壓力在結(jié)焦末期波動范圍為±10 Pa，因此，為避免炭化室砌體磚縫中積炭被燒掉而造成竄漏， 控制集氣管壓力高于應(yīng)設(shè)值 5~10 Pa。
2.2.2 降低分煙道吸力
在保證空氣過剩系數(shù)合理的前提下， 將進風門開度增大 20 mm，分煙道吸力減小 30 Pa 左右，避免加熱系統(tǒng)吸力與炭化室系統(tǒng)吸力差過大，造成荒煤氣從爐墻磚縫進入燃燒系統(tǒng)， 從而增加廢氣中 SO2 含量，影響焦爐煙囪指標。
2.2.3 增加看火孔壓力
在各周轉(zhuǎn)時間內(nèi)， 看火孔壓力通常應(yīng)保持在（0±5）Pa 范圍內(nèi)。 看火孔壓力偏低，容易出現(xiàn)煤氣短路，燃燒不完全，燃燒效率過低，同時爐頂區(qū)域的煤粉、焦粉等被吸入立火道（或蓄熱室），對爐體造成不可逆轉(zhuǎn)的損害；看火孔壓力過高，則爐頂散熱增加，惡化爐頂操作環(huán)境，同時造成拉條的燒損變形。 根據(jù)現(xiàn)場實際情況，為改善邊火道溫度，同時減少因吸力過大造成的煤氣短路問題， 控制看火孔壓力略高于正常范圍，一般控制在 10~15 Pa，以利于降低蓄熱室頂部吸力， 在一定程度上減少了炭化室爐墻的竄漏，減少 SO2 的排放。
2.2.4 改善焦爐爐體密封
鲅魚圈 7 m 焦爐炭化室平均寬度 450 mm，屬于窄炭化室設(shè)計， 焦爐廢氣盤排列緊密， 間距僅200 mm 左右，廢氣盤與焦爐小煙道連接處密封處理難度大，外部冷空氣從此處漏入小煙道，與煤氣在小煙道提前燃燒，小煙道、蓄熱室溫度升高，不僅影響煤氣消耗，而且造成壓力系統(tǒng)分布不均，爐體竄漏增加。 因此，對廢氣盤與焦爐小煙道連接處進行重新密封抹補，增加嚴密程度，降低燃燒系統(tǒng)SO2。 具體措施如下：
（1） 以水玻璃:A 級粘土火泥:水=1:3:5 的比例調(diào)成稀漿， 將直徑 50 mm、25 mm、10 mm 的石棉繩提前 24 h 浸泡，使繩內(nèi)充滿粘土泥漿。
（2） 用扁鏟將廢氣盤與小煙道連接處原密封材料清理干凈，并用風管吹掃干凈，以利于重新填塞石棉繩。
（3） 用稀粘土泥漿把廢氣盤與焦爐小煙道連接處浸濕，根據(jù)連接處縫隙大小，選擇略粗的石棉繩進行填塞，填塞過程要求繩頭相互搭接嚴密，不允許有漏填，用錘子將石棉繩砸實。
（4） 將 A 級粘土火泥和骨料以 1:1 的比例用水調(diào)配成適當軟硬的抹補泥料， 將廢氣盤與焦爐小煙道連接處的縫隙填滿填平。
（5） 待石棉繩和泥料基本干燥后， 用稀粘土泥漿涂抹光滑平整，不允許有裂縫或者不嚴。
2.3 控制異常生產(chǎn)狀況下焦爐煙氣 SO2 指標
2.3.1 制酸工序異常停機處理措施
鲅魚圈脫硫制酸工序分為脫硫工序和制酸工序。 運行過程中，若制酸系統(tǒng)發(fā)生泄漏、故障停產(chǎn)，為保證脫硫工序正常生產(chǎn)， 將脫硫解析出的 H2S 酸氣通入焦爐煤氣系統(tǒng)， 煙囪煙氣 SO2 指標將大幅提升。 生產(chǎn)過程中，為控制煙氣 SO2 指標，具體采取以下措施：
（1） 制酸系統(tǒng)停產(chǎn)后， 焦爐立即停止摻混焦爐煤氣，并同時停止焦爐爐頭輔助加熱。
（2） 制酸工序恢復(fù)生產(chǎn)后， 焦爐煤氣管道里仍有殘余 H2S 酸氣， 先打開 2~4 根邊爐輔助加熱管，少量消耗焦爐煤氣，并根據(jù)指標情況陸續(xù)恢復(fù)爐頭輔助加熱及摻混。
（3） 進行工藝改進， 將 H2S 酸氣管線接入精脫硫工序煤氣入口，在制酸工序短時間（6 h 以內(nèi)）停產(chǎn)時，使 H2S 酸氣直接進入精脫硫工序處理。
2.3.2 焦爐停止加熱過程中煙氣 SO2 控制措施
焦爐停止加熱后，加熱煤氣來源切斷。 由于焦爐在設(shè)計上煙道翻板不是完全密封的， 廢氣盤上空氣蓋板也不是完全封閉（開度小于正常加熱）隔絕空氣的，在焦爐停止加熱后，雖然無加熱煤氣，但仍有空氣（少于正常加熱用空氣）在燃燒系統(tǒng)內(nèi)流動，從而形成廢氣，造成焦爐熱量不斷流失。 由于溫度的變化，焦爐爐體出現(xiàn)收縮，爐墻的磚縫等竄漏加劇，在恢復(fù)焦爐生產(chǎn)時，焦爐的竄漏率大幅提高，在恢復(fù)生產(chǎn)初期造成煙囪煙氣中的 SO2 超標排放。 針對此問題，在焦爐停止加熱后，需要合理控制煙道吸力和進入的空氣量。 通過對現(xiàn)場實際情況進行試驗，主要從以下兩方面進行控制：一方面，盡量減小煙道吸力，通過對煙道翻板的手動調(diào)整，使分煙道吸力控制在 80~100 Pa 范圍；另一方面，用石棉蓋板將廢氣盤風門遮蓋，預(yù)留10~20 mm左右的縫隙。 通過兩方面的調(diào)整和配合，以確保看火孔頂部無煤氣積聚。
3 7 m 焦爐煙氣 SO2 排放指標控制效果
鲅魚圈 7 m 焦爐采取以上 SO2 控制措施后，焦爐煙氣 SO2 排放指標明顯改善。7 m 焦爐采取措施前后加熱煤氣及排放煙氣相關(guān)數(shù)據(jù)對比如表 1所示。
由表 1 可以看出，通過配煤源頭控制，荒煤氣中 H2S 含量降低； 精脫硫工序穩(wěn)定運行后， 出口H2S 含量控制在 20 mg/ m3以下，焦爐煤氣摻混比適當提高， 對煙氣 SO2 指標影響不大， 焦爐煙氣SO2 排放指標能夠控制在 25 mg/ m3以下， 達到了標準要求。
4 結(jié)語
鞍鋼鲅魚圈煉焦部 7 m 焦 爐 煙 氣 SO2 排 放指標偶有超標，通過采取控制配煤硫分，改 進 焦爐煤氣脫硫工 藝，提高集氣管壓力，降 低 分 煙 道吸力，增加看火孔壓力和改善焦爐爐體密封等措施，同時從制酸工序異常停機處理和焦爐停止加熱 過 程 中 煙 氣 SO2 控制兩方面控制異常生產(chǎn)狀況下焦爐煙氣 SO2 指標， 使焦爐煤氣 SO2 排放指標降至 25 mg/m3以下，達到了焦化企業(yè)煙囪煙氣排放標準的要求。
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