李偉明，張祖彬

（山東三木環(huán)保工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

焦?fàn)t推焦時高達(dá)950～1 100 ℃的焦炭經(jīng)攔焦機(jī)推出過程中，排放的污染物主要含有焦塵和二氧化硫，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染[1]。目前國內(nèi)焦?fàn)t推焦除塵系統(tǒng)主要采用地面除塵站方式，但該工藝不能脫除煙氣中的二氧化硫?！稛捊勾髿馕廴疚锱欧艠?biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）提出了推焦過程中二氧化硫排放限值為50 mg·m-3，其中，環(huán)境敏感地區(qū)的特別排放限值為30 mg·m-3。為使焦?fàn)t推焦煙氣二氧化硫達(dá)標(biāo)排放，必須對推焦煙氣進(jìn)行脫硫處理。

1 焦?fàn)t推焦二氧化硫排放特征

推焦即把焦炭推出炭化室的操作。攔焦機(jī)到達(dá)計(jì)劃爐號后，摘下炭化室焦側(cè)爐門；推焦機(jī)得到攔焦機(jī)和熄焦車做好準(zhǔn)備接焦的信號后，開始推焦[2]。焦?fàn)t推焦期間污染物的排放是由爐門打開時焦炭在攔焦機(jī)導(dǎo)焦柵內(nèi)移動、破碎落入與撞擊熄焦車車廂造成的。推焦煙氣由炭化室爐門打開后散發(fā)的殘余煤氣燃燒產(chǎn)生的廢氣、由于空氣進(jìn)入使部分焦炭和可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的廢氣以及為收集爐門處、導(dǎo)焦柵處等部位焦塵產(chǎn)生的廢氣等部分組成[1]。推焦時，推焦除塵系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)由低轉(zhuǎn)速調(diào)整為高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，推焦煙氣由攔焦機(jī)集氣罩采集，經(jīng)過皮帶通風(fēng)槽和集氣干管進(jìn)入布袋除塵器收集焦塵后，由煙囪排放。推焦完成后，引風(fēng)機(jī)由高轉(zhuǎn)速調(diào)整為低轉(zhuǎn)速運(yùn)行；下一個炭化室推焦時，引風(fēng)機(jī)再次由低轉(zhuǎn)速調(diào)整為高轉(zhuǎn)速，依次循環(huán)。

由于焦?fàn)t生產(chǎn)工藝的特殊性，推焦煙氣具有陣發(fā)性、周期性、瞬時強(qiáng)度高等特點(diǎn)[2]。推焦順序中相鄰炭化室之間推焦時間間隔與周轉(zhuǎn)時間、炭化室孔數(shù)、檢修時間等因素有關(guān)，一般為固定值。在推焦過程中，煙氣溫度曲線和二氧化硫質(zhì)量濃度曲線均呈現(xiàn)爬升速度快、瞬時（峰值）強(qiáng)度高的特點(diǎn)，且二者峰值出現(xiàn)的時間點(diǎn)基本一致。煙氣溫度曲線和二氧化硫質(zhì)量濃度曲線僅出現(xiàn)在推焦過程中，隨著推焦動作同樣具有陣發(fā)性和周期性的特點(diǎn)。爐型不同、原料不同等均會影響推焦煙氣二氧化硫濃度。一般來說，推焦煙氣中二氧化硫質(zhì)量濃度峰值一般為100～200 mg·m-3左右，高時可達(dá)500 mg·m-3，當(dāng)焦炭成熟度不夠時，二氧化硫質(zhì)量濃度甚至可達(dá)到700 mg·m-3，呈現(xiàn)瞬時強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

以山西省某焦化企業(yè)2×50孔4.3 m搗鼓焦?fàn)t為例，#1爐和#2爐共用一套推焦除塵系統(tǒng)，采用地面除塵器站方式。推焦除塵系統(tǒng)工藝流程見圖1。推焦煙氣由集氣罩采集，依次經(jīng)過皮帶通風(fēng)槽、集氣干管，進(jìn)入布袋除塵器收集焦塵后，由引風(fēng)機(jī)送至煙囪排入大氣。其中，#2焦?fàn)t推焦順序中相鄰炭化室之間推焦時間間隔為20～22 min；從推焦桿進(jìn)入爐膛，到推焦完畢且焦桿后退時的時間間隔為35～40 s。推焦煙氣二氧化硫質(zhì)量濃度曲線呈現(xiàn)正弦波形（上半部分），波形寬度（即時間跨度）約為90 s，峰值質(zhì)量濃度一般在80～250 mg·m-3之間，高時可達(dá)500 mg·m-3，正弦波形之外二氧化硫質(zhì)量濃度小于10 mg·m-3。對#2焦?fàn)t推焦時集氣罩、皮帶通風(fēng)槽、集氣干管、引風(fēng)機(jī)出口管道等處測量煙氣溫度，發(fā)現(xiàn)煙氣溫度曲線呈現(xiàn)正弦波形（上半部分），且煙氣溫度曲線波峰與二氧化硫質(zhì)量濃度曲線波峰出現(xiàn)時間基本一致。該焦化企業(yè)#2焦?fàn)t推焦煙氣二氧化硫質(zhì)量濃度曲線見圖2，推焦煙氣溫度實(shí)測值見表1。

圖1 某焦化企業(yè)焦?fàn)t推焦除塵工藝流程圖

圖2 某焦化企業(yè)#2焦?fàn)t推焦煙氣SO2質(zhì)量濃度曲線圖

表1 某焦化企業(yè)#2焦?fàn)t推焦時煙氣溫度實(shí)測值

推焦時，引風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，煙氣流量約為180 000 m3·h-1；推焦完成后，引風(fēng)機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，煙氣流量約為50 000 m3·h-1。推焦煙氣流量隨推焦過程呈現(xiàn)陣發(fā)性的特點(diǎn)。

焦?fàn)t推焦煙氣溫度和二氧化硫質(zhì)量濃度具有周期性、陣發(fā)性、瞬時質(zhì)量濃度高的特點(diǎn)。在對推焦煙氣進(jìn)行脫硫處理的過程中，需要根據(jù)推焦煙氣特點(diǎn)選擇相應(yīng)的脫硫工藝，既要考慮脫除效率，還要考慮運(yùn)行成本，保證脫硫工藝符合節(jié)能、環(huán)保的要求。

2 煙氣脫硫工藝介紹

文章介紹主流的煙氣脫硫工藝，為推焦煙氣脫硫處理工藝提供借鑒。按照吸收劑的形態(tài)區(qū)分，脫硫工藝一般可分為濕法、半干法和干法[3]。

2.1 濕法脫硫工藝

目前主流的濕法脫硫工藝為石膏法和氨法脫硫。

石膏法采用石灰石作為脫硫劑。煙氣從吸收塔下側(cè)進(jìn)入與脫硫漿液逆流接觸，在塔內(nèi)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸鈣；向吸收塔內(nèi)鼓入空氣采取強(qiáng)制氧化措施，將硫酸鈣進(jìn)行氧化，得到脫硫副產(chǎn)品石膏。石膏法工藝成熟、脫硫效率高，但存在投資費(fèi)用高、占地面積大、設(shè)備腐蝕、廢水難以處理等問題。同時，脫硫后的飽和濕煙氣排放至大氣中產(chǎn)生的白煙帶來一種視覺污染。

氨法脫硫采用氨水作為脫硫劑。脫硫漿液在吸收塔內(nèi)與煙氣逆流接觸進(jìn)行洗滌脫硫，經(jīng)過強(qiáng)制氧化后，最終產(chǎn)物為硫酸銨。氨法工藝具有脫硫效率高、原料易得（針對焦化企業(yè)）、產(chǎn)物資源化等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在副產(chǎn)品純度波動幅度大、設(shè)備腐蝕、產(chǎn)生白煙等問題。此外，長周期運(yùn)行會有廢漿液產(chǎn)生，廢漿液為高鹽廢水，難以進(jìn)行有效處理。氨法脫硫因其脫硫效率高、原料易得、產(chǎn)物資源化等特點(diǎn)，在焦化企業(yè)煙氣脫硫工藝中應(yīng)用較為廣泛。

2.2 半干法法脫硫工藝

目前主流的半干法脫硫工藝為循環(huán)流化床法和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法，脫硫劑一般采用生石灰、熟石灰或碳酸鈉。半干法脫硫工藝是指脫硫劑以濕態(tài)加入，利用煙氣顯熱蒸發(fā)漿液中的水分，在干燥過程中，脫硫劑與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，生成干粉狀的產(chǎn)物。由于脫硫劑、粉塵和反應(yīng)產(chǎn)物多次在吸收塔和除塵器之間循環(huán)，增加了反應(yīng)時間，脫硫劑的作用得以充分發(fā)揮，利用率較高。寶鋼湛江焦化焦?fàn)t煙道氣脫硫工藝采用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法，二氧化硫達(dá)標(biāo)排放，效果良好[4]。

半干法脫硫工藝的脫硫效率低于濕法脫硫，達(dá)到90%以上。半干法脫硫工藝中吸收塔需與除塵器配套使用，占地面積大，投資費(fèi)用高。同時，半干法脫硫產(chǎn)物作為固體廢物，其處理處置成為一個不容忽視的問題。

2.3 干法脫硫工藝

干法脫硫工藝因其不使用水且不產(chǎn)生廢水、不產(chǎn)生白煙、工藝流程簡單、系統(tǒng)靈活性高等特點(diǎn)，在鋼鐵焦化煙氣脫硫領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，主流的干法脫硫工藝有爐內(nèi)噴鈣法、小蘇打法以及移動床法。爐內(nèi)噴鈣法一般適用于燃煤鍋爐。

小蘇打法采用小蘇打粉作為脫硫劑，將其研磨后得到約20 μm的小蘇打超細(xì)粉，在一定的溫度條件（一般認(rèn)為140 ℃以上）下，與煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)而將其脫除。小蘇打法一般配套除塵器，反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鈉通過除塵器收集下來出售或做其他處理。小蘇打法脫硫效率達(dá)到95%以上，具有一次性投資少、全干系統(tǒng)、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。

移動床法指脫硫劑顆粒（一般為棒狀）在吸收塔內(nèi)從上往下緩慢移動，與從吸收塔底部上升的煙氣逆流接觸，將煙氣中的二氧化硫脫除的工藝。該工藝采用全干系統(tǒng)，溫度適應(yīng)范圍廣（一般要求80 ℃以上），但其脫硫效率低于小蘇打法，一般認(rèn)為仍可達(dá)到80%以上，適用于煙氣中二氧化硫初始質(zhì)量濃度較低的工況。該工藝脫硫劑顆粒消耗量較大，往往為配方保密產(chǎn)品而由環(huán)保公司單一供應(yīng)。

在焦化企業(yè)，尤其是焦?fàn)t煙道氣脫硫工藝中，小蘇打法和移動床法應(yīng)用廣泛，逐步取代氨法，成為主流的煙氣脫硫工藝。

3 推焦煙氣脫硫工藝探討

考慮到推焦煙氣特點(diǎn)和二氧化硫排放特征，著重從脫硫效率、系統(tǒng)靈活性、投資和運(yùn)行費(fèi)用以及是否帶來環(huán)境污染等方面，對推焦煙氣脫硫工藝進(jìn)行探討。

濕法脫硫工藝成熟、脫硫效率高，適合煙氣流量穩(wěn)定的工況。考慮到推焦煙氣特點(diǎn)和二氧化硫排放特征，濕法脫硫因其系統(tǒng)靈活性不足帶來脫硫劑和水、電、氣等能源介質(zhì)的大量浪費(fèi)。石膏法帶來的脫硫廢水和氨法帶來的廢漿液的處理處置問題不容忽視。濕法脫硫產(chǎn)生的白煙帶來環(huán)境污染。

半干法脫硫工藝適合處理煙氣流量大且穩(wěn)定的工況，尤其是旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法在焦化企業(yè)應(yīng)用廣泛，但因其系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和靈活性差，難以適應(yīng)推焦煙氣特點(diǎn)和二氧化硫排放特征。半干法脫硫產(chǎn)物為硫酸鈣、亞硫酸鈣或者硫酸鈉、亞硫酸鈉的干粉狀固體，帶來固廢處理處置問題。

小蘇打法脫硫效率高、系統(tǒng)靈活性高，在原有推焦除塵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改造，選擇合適的溫度窗口，在推焦過程中噴射脫硫劑，即可達(dá)到脫硫效果。采用小蘇打法處理推焦煙氣需要考慮以下兩個問題：

1）選擇合適的粉體噴射區(qū)域。粉體噴射區(qū)域需滿足脫硫反應(yīng)溫度要求，并保證脫硫劑的停留時間及其與煙氣的充分混合。

2）減少脫硫劑消耗量。針對推焦煙氣特點(diǎn)和二氧化硫排放特征，合理確定粉體噴射時間和噴射量，在保證脫硫效果的前提下，減少脫硫劑的消耗量，減少運(yùn)行費(fèi)用。

移動床法工藝系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)靈活性高，不產(chǎn)生廢水和白煙等環(huán)境污染。采用移動床法處理推焦煙氣需要考慮以下兩個問題：

1）脫硫溫度窗口的選擇。若脫硫塔布置在除塵器上游，可以滿足脫硫反應(yīng)溫度要求，但推焦煙氣存在大量焦塵，覆蓋在脫硫劑顆粒表面影響其活性，同時帶來堵塞脫硫劑顆粒的風(fēng)險；脫硫塔布置在除塵器下游可以避免焦塵的影響，但煙氣溫度偏低，不能滿足脫硫反應(yīng)的要求，需要尋找更低溫的脫硫劑顆粒，或者提高布袋除塵器下游的煙氣溫度。

2）脫硫劑顆粒往往為環(huán)保公司提供的配方保密產(chǎn)品，需要考慮后期供應(yīng)問題。此外，廢棄脫硫劑顆粒一般作為固體廢物，其處理處置問題亦不容忽視。

4 結(jié)束語

目前，國內(nèi)尚無成熟可推廣的推焦煙氣脫硫工藝?；谕平篃煔鉁囟忍攸c(diǎn)和二氧化硫排放特征，小蘇打法或者移動床法是較為理想的推焦煙氣脫硫工藝。若要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，需要廣大煙氣脫硫工作者繼續(xù)努力，不斷優(yōu)化工藝、降低成本、提升效果，為推焦煙氣二氧化硫治理提供完善的解決方案。