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焦化干熄焦烟气CFB干法脱硫技术分析及应用

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1、干熄焦烟气特点概述

山西星原钢铁集团有限公司焦化厂(以下称星原焦化厂)拥有一套年产60万吨焦炭的焦炉,配套90t/h干熄焦装置,干熄焦装置排放的烟气包括装焦气、出焦气、放散三股尾气,在2019年之前,三股干熄焦的尾气混合后通过地面除尘站去除焦粉后通过钢烟囱排放。北京晨晰环保工程有限公司(以下称晨晰环保)经过多次现场监测和调研,对干熄焦烟气的排放特性进行了研究,掌握了干熄焦烟气SO2来源和特点。干熄焦烟气中SO2、烟尘等污染物的主要来源有三处:

(1)干熄炉炉顶部的装入装置装焦作业时产生的SO2、烟尘(简称装焦气)。该部分烟气温度高,且烟气量大,约占干熄焦炉总风量的50%左右,烟气量及污染物浓度均随装焦周期性变化,是周期阵发性污染源,在装焦瞬间,装焦气的温度会达到200℃以上,SO2浓度峰值约为200-500mg/Nm3,持续时间约1min,装焦周期根据生产情况,约10-15min进行一次装焦操作。

(2)干熄炉预存段的放散烟气、干熄炉炉顶放散烟气、惰性气体循环风机放散烟气(简称放散气)。这两部分的烟气受整个干熄焦系统压力、温度、可燃气体成分等因素有关,根据需要进行进行调整,放散烟气。该部分烟气温度高,烟气量经常变化,不稳定,含SO2浓度较高,含尘浓度较低,连续放散。干熄焦放散气在干熄炉内H2含量异常时,还会发生紧急放散,防止发生爆炸事故。

(3)干熄炉下部的连续排焦点污染源(振动给料器、旋转密封阀入口及排焦皮带机落料点等,简称出焦气)。此处烟气中SO2浓度很低,粉尘浓度高(最高可达 50gm3),温度常温,连续运行。


2、工程简介

2.1 主要烟气参数和排放指标

根据现场实测的相关数据,干熄焦烟气参数按照下表设计。

序号

项目

单位

放散气

1

烟气量(标况)

Nm3/h

20000

2

烟温

150-180

3

入口SO2浓度

mg/m3

2000

4

出口SO2浓度

mg/m3

≤10

5

出口粉尘浓度

mg/m3

≤5


2.2 CFB干法脱硫原理

CFB干法脱硫工艺系统由脱硫剂加料系统、流化床反应塔、脱硫剂循环系统、除尘器以及电气控制系统等组成。烟气由流化床下部布风板进入流化床反应塔,与消石灰颗粒充分混合,HClHFSO2SO3和其他有害气体与消石灰反应,生成CaCl2·2H2OCaF2CaSO3·1/2H2OCaSO4·2H2O CaCO3。反应产物由烟气从反应塔上部带出,经布袋除尘器分离。分离出的固体绝大部分被送回流化床反应器,以延长脱硫剂的作用时间,提高利用效率。将水雾化后喷入流化床反应塔下部,使反应温度尽可能接近露点温度,以提高脱硫效率。

循环流化床半干法工艺的原理是Ca(OH)2和烟气中的 SO2和几乎全部的 SO3HClHF 等酸性气体,在 Ca(OH)2粒子的液相表面发生反应,反应如下:

Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O

Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2→CaSO4+H2O

在循环流化床半干法工艺的循环流化床内,Ca(OH)2、烟气及喷入的水分,在流化状态下充分混合,并通过 Ca(OH)2粉末的多次再循环,使得床内参加反应的 Ca(OH)2量远远大于新投加的 Ca(OH)2量,即实际反应的吸收剂与酸性气体的摩尔比远远大于表观摩尔比,从而使 HClHFSO2SO3等酸性气体能被充分地吸收,实现高效脱硫。

CFB干法工艺所产生的副产品呈干粉状,其化学组成主要有飞灰、CaCl2CaSO3CaSO4CaF2以及未反应的脱硫剂。

2.3 工艺流程介绍

通过对干熄焦各部分气体的实际监测和分析,星原焦化厂最终确定了只处理放散气的工艺路线,烟气处理工艺的流程如下:


脱硫系统工艺由烟气系统、吸收塔系统、除尘器系统、工艺水系统、吸收剂供应系统、物料循环系统、脱硫灰输送系统、灰库系统等组成。

烟气系统从干熄炉放散气烟道上取气,通过设置阀门截断原有的排放路径,降烟气引入脱硫塔,然后进入除尘器及增压风机,脱除SO2和粉尘后进入原有的干熄焦地面除尘站烟囱排放。

脱硫吸收塔晨晰环保根据本项目脱硫效率要求高的特点进行优化改进的独特结构,可进行二级脱硫,确保吸收塔出口SO2满足10mg/Nm3的排放要求。

除尘器采用特殊设计的布袋除尘器,能够适应脱硫塔出口高达1kg/Nm3的粉尘浓度,确保出口粉尘浓度低于5mg/Nm3

工艺水系统包括水箱和水泵,用于向脱硫塔内提供工艺水,为脱硫反应提供合适的条件。采用双流体喷枪向脱硫塔内喷水,调节方便可靠。

吸收剂采用消石灰,石灰罐车直接将消石灰打入消石灰仓,通过气力输送系统把消石灰送入脱硫塔内。

物料循环系统包括斗流化风机、流化风加热器、电动流量控制阀门及输送斜槽等设备组成,通过把脱硫灰持续不断地返回脱硫塔,保持塔内形成稳定的流化床层。

把部分脱硫灰从物料循环中分离出来,通过气力输送系统运输至灰库中,定期用罐车外运。

4、工程建设和运行情况

星原化干熄焦烟气CFB干法脱硫工程20192月份开工建设,20196月份完工投料调运行,经过一个月的调试运行,目前工程运行稳定,脱硫除尘效果可靠,达到超低排放要求的设计指标

                                                                          

                                                                星原干熄焦烟气干法脱硫工程全貌

                           

干熄焦脱硫后的烟囱

                    

                                                                        

                                                                                          干熄焦脱硫入口、出口污染物浓度报表

 

  

5、结论

星原焦化干熄焦烟气CFB干法脱硫工程的建设和运行情况说CFB干法烟气脱硫工艺具有流程简单、脱硫效率高、烟气排放无白烟、副产物容易处置等优点,对干熄焦烟气脱硫具有良好的适应性。通过晨晰环保在星原焦化的工程实践,为焦化行业干熄焦烟气脱硫处理提供了一种切实可行的脱硫工艺路线,CFB干法脱硫工艺在焦化干熄焦烟气处理方面具有较高的推广价值。





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