王瑞良 李東虎
（邯鄲鋼鐵集團有限責任公司 河北 邯鄲 056015））
摘 要：本文分析了影響干熄焦脫硫除塵系統煙氣排口顆粒物及SO2濃度達標排放的因素，通過改造設備結構及優化工藝控制，使干熄焦脫硫除塵系統穩定達到超低排放要求，進一步降低了能源物料消耗，提升了干熄焦脫硫除塵系統運行能效水平。
關鍵詞：干熄焦；脫硫；節能；超低
1概況
某焦化廠主體工程4×42JNX70—Ⅱ型焦爐，配套設計2×140t/h干熄焦裝置，2024年10月建成投產第三套140t/h干熄焦裝置，完成了“全干熄焦”生產技術轉型升級。每套干熄焦裝置配套設計一臺干熄焦地面脫硫除塵系統，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到DB13/GB2863-2018《煉焦化學工業大氣污染物超低排放標準》排放限值要求。通過除塵器結構改造、干熄焦脫硫除塵工藝優化，降低了除塵系統能源物料消耗，提升了能效水平。
2現狀
某焦化廠140t/h干熄焦裝置，配套設計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。主要承擔著對干熄焦生產過程產生的裝焦煙氣、預存室放散煙氣、排焦煙氣等顆粒物及SO2等有害物質凈化處理，由煙囪排口排出，達到煉焦化學超低排放限值要求。具體工藝流程為：
干熄爐頂裝焦煙氣、預存室放散煙氣在除塵煙氣主管匯合，一起進入列管式冷卻器式上部，經過列管式冷卻器進行冷卻并分離火星；干熄爐底部焦炭排出溜槽、電磁振動給料器、旋轉密封閥入口及皮帶運輸機落料點等處產生的低溫煙氣與冷卻后的高溫煙氣在列管式冷卻器下部匯合，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，反應產物及未反應的高比表氫氧化鈣與煙氣一起進入除塵器，未反應的高比表氫氧化鈣附著在布袋上與煙氣中未被吸收的SO2進行二次反應；反應產物與煙氣其他顆粒物一起附著在布袋表面，定期被除塵器內脈沖布袋逆洗清除凈化，進化后的除塵煙氣通過除塵風機抽吸經風機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、斗式提升機將除塵灰運輸至貯灰倉儲存，由負壓吸排車定期外排。
在干熄焦脫硫除塵系統生產運行中主要存在電耗、高比表氫氧化鈣能源物料消耗高等問題，能效水平相對較低；排口煙氣顆粒物、SO2數據排放數據波動，存在超標隱患，主要問題有：
（1）除塵風機采用液力耦合器調速，設備故障高，能效低，且易引發上道工序干熄焦無組織放散等環保事故。
（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排放數據異常波動，存在超標排放隱患。
（3）除塵器出口煙道與除塵箱體串漏，除塵箱內除塵灰及除塵箱內、煙氣道鐵銹等雜物進入除塵器出口煙道，造成除塵器排口顆粒物排放數據異常波動，存在超標隱患。
3干熄焦脫硫除塵系統節能降耗技術措施
針對干熄焦脫硫除塵系統運行中存在的問題，實施了干熄焦脫硫除塵系統工藝技術升級改造，主要技術方案如下：
3.1除塵風機節能改造，增設備用除塵變頻風機，優化倒機流程
原除塵風機設計為液偶調速，投資省，但是設備故障多、能耗高，尤其是除塵風機進入設備壽命后期，故障頻發，制約干熄焦長期高效、清潔環保生產。以老區拆遷為契機，利舊老區舊變頻，對原干熄焦地面除塵風機系統進行改造，增加備用除塵變頻風機，在原除塵風機入口煙氣道引出一條規格、尺寸與原煙氣道相同的煙氣道，連接備用風機，備用風機出口煙氣道并入原液耦風機出口煙氣道上，兩除塵風機共用原煙囪一個排口，并在原液耦風機及備用變頻風機出入口煙氣道分別設置切斷閥，方便除塵風機互倒使用或故障檢修使用。備用風機系統延長了干熄焦脫硫除塵系統運行周期，適應了干熄焦長周期、高效穩定生產需要。但是，在除塵風機（液力耦合調速/變頻調速）倒機時，煙囪排口顆粒物發生異常波動現象。結合除塵工藝及設備運行狀態，調查分析了顆粒物波動的主要原因，是當備用風機停機期間，備用除塵風機進出口煙氣道，因長時間不運行，煙氣道鐵銹等腐蝕產物沉積，啟動風機后，隨著煙氣流速增加，沉積物隨除塵煙氣一起進入煙囪，導致排口顆粒物波動，甚至超標。
針對備用風機啟動期間顆粒物波動問題，立即制定技術改造方案，在兩臺風機出入口煙氣道設置擋板，并在兩個風機進口煙氣道設置清掃孔，當備用風機停機期間，關閉備用風機進出口切斷閥，檢測煙氣道內CO、O2符合作業要求，作業人員進入煙氣道將備用風機系統煙氣道中沉積鐵銹等雜物吹掃清理干凈，防止開機時沉積物帶入煙囪排口，引起排口顆粒物波動甚至超標。并規范了備用除塵風機倒機操作流程，流程如下：
除塵變頻風機與液耦風機倒機操作
1）定期切換風機或故障倒機，需要開啟變頻風機時（暫以變頻風機為備用）
（1）現場確認循環冷卻水閥門狀態及確認冷卻水正常供應。
（2）確認備用風機、電機、高壓柜、變頻器狀態、除塵風機入口和出口閥門狀態。
（3）啟動變頻風機前，關閉原液耦風機入口擋板/出口擋板板（低速狀態下操作）。
（4）開啟變頻器風機入口擋板
（5）按照流程啟動變頻器風機，觀察運行正常后，開啟出口閥門.
（6）停原液耦風機后，變頻風機運行進入自動，按要求設定風機高低速運行變頻參數，觀察除塵器運行情況，及時調節備用風機及除塵器操作，滿足生產要求。
（7）停機順序跟開機相反，先停變頻器、再停高壓柜，最后停風扇。
2）因定期切換風機運行或故障倒機需要開啟原液耦風機時
（1）關閉變頻風機入口擋板和出口閥門（低速狀態下操作）
（2）開啟原液耦風機入口擋板和出口盲板，啟動風機，設定液力耦合器高/低速給定(操作流程與原流程一致）。
自除塵備用變頻風機改造應用以來，日可節約電耗800度，且未因除塵風機等設備故障影響干熄焦生產，提升了干熄焦穩定生產能力，及清潔環保生產水平。
3.2改進除塵器結構，穩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個除塵倉室分A/B兩列布置，每列5個倉室，凈氣煙氣道位于兩排相對除塵倉室之間，通過離線閥與除塵器各倉室聯通，離線閥上下兩側分別與除塵器上部凈氣室及凈煙氣道連接，形成內置凈氣煙氣道，凈煙氣道與除塵倉室由隔板隔離，相互獨立運行。除塵煙氣經除塵器入口煙道引入除塵器，分別從除塵倉室下部進入除塵器，經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。凈化后煙氣進入除塵器上部凈氣室，通過離線閥進入凈氣煙氣道，經過風機由煙囪排口排出。干熄焦煙氣中含有H2O、SO2等煙氣，具有腐蝕性等特點，由于設備老化，煙氣煙氣道腐蝕泄漏，當煙道隔板發生腐蝕串漏，除塵倉室中未凈化的除塵煙氣不經布袋過濾凈化，直接被抽吸至凈煙氣道，由煙囪排出，造成排口顆粒物波動甚至超標。且由于凈煙氣道內置于除塵器中，設備點巡檢不易發現，難以維修，只能停機檢查處理，費時費力。為解決這一問題，對除塵器結構進行了改造，凈煙氣道設計為外置煙氣道，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。不僅凈煙氣道實現定期檢查，在線維修，還能使除塵器凈煙氣道與除塵倉隔離，獨立運行，杜絕了因除塵凈煙氣道泄漏體引起煙囪排口顆粒物波動或超標，且利用日常檢查、維修，能大幅縮短了凈煙氣道點檢、檢修時間。
3.3平衡循環氣體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等可燃氣體必須控制在安全限值以下。通常情況下，采用向環形煙道導入空氣燃燒可燃氣體進行控制。因此， 循環氣體的組成主要是發生在熾熱焦炭裝入時與空氣直接接觸燃燒產生及干熄焦氣體循環系統O2穿過焦炭床層與部分焦炭發生燃燒過程產生的，以及焦炭殘余揮發分（CH4、H2S、H2等）與干熄爐環形煙道導入的O2發生反應產生的混合氣體，其含量的多少與干熄焦工藝控制及裝入焦炭質量有直接關系。
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生SO2，具有間歇性、濃度高等特點；還來源于焦炭在干熄爐內滯留冷卻期間析出H2S等硫化物氣體與導入空氣（含循環系統負壓段泄漏吸入的空氣）在氣體循環系統內燃燒產生的SO2以及在干熄爐內焦粉、焦炭中的硫分與導入空氣（含循環系統負壓段泄漏吸入空氣）在干熄爐內燃燒產生的SO2，主要化學反應如下：
H2S+ O2 =SO2 S+ O2 =SO2
2）在干熄焦作業過程中，焦炭及焦炭析出揮發分與空氣燃燒，在生成SO2的同時，生成CO和CO2等氣體。主要化學反應如下：
C+ O2 =CO2 2C+ O2 =2CO 2CO+ O2 =2CO2
以上化學反應同時進行。干熄焦循環氣體中CO、SO2 等成分含量與干熄焦工藝控制過程有直接關系。
近年來干熄焦廢氣CO等氣體越來越受到關注，2024年2月29日下發了《邯鄲市2024年鋼鐵行業CO治理管控方案》，要求干熄焦放散煙氣CO排放限值為8000mg/m3，因此控制循環煙氣SO2濃度的同時必須兼顧循環氣體CO濃度。在實際生產運行中發現高比表氫氧化鈣消耗與CO濃度存在一定關系，2025年某日干熄焦循環氣體CO濃度與高比表氫氧化鈣消耗量趨勢圖，如圖1
圖1，干熄焦循環氣體CO濃度與高比表氫氧化鈣消耗量趨勢圖
如圖所示，CO濃度與高比表氫氧化鈣消耗非線性關系，當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較低且穩定；當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，反應產物及未反應的高比表氫氧化鈣與煙氣一起進入除塵器，未反應的高比表氫氧化鈣附著在布袋上與煙氣中未被吸收的SO2進行二次反應，含SO2除塵煙氣穿過高比表氫氧化鈣床層，延長高比表氫氧化鈣接觸反應時間，進一步提高脫硫效率。
當干熄焦氣體循環系統導入（或負壓系統漏入）空氣增多，不僅使焦炭硫分發生燃燒反應，增加了SO2濃度，還使循環氣體中CO轉化為CO2，增加了焦炭燒損產生CO2，增加了高比表氫氧化鈣消耗。
因此，在實際干熄焦工藝控制中，降低空氣導入量，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 結論
通過上述工藝設備改造，降低了干熄焦地面除塵運行成本，不僅降低設備運行電耗，節約高比表氫氧化鈣消耗，提升了干熄焦地面除塵器設備運行穩定性，還通過除塵器出口煙氣道改造及備用除塵風機倒機操作優化，提升了煙囪排口污染物排放超低排放達標率，滿足了焦化清潔環保、高效安全運行要求。