摘  要  我国在钢铁工业烟气治理方面，湿法脱硫中的钙法、氨法脱硫应用广泛，推行时间较久，近年随着烟气治理工艺的创新，焦炉烟气治理工艺中，以干法小苏打为吸收剂的钠基SDS脱硫工艺技术脱颖而出，已趋成熟并形成主流，本文就焦化厂炼焦工序烟气脱硫中利用SDS脱硫技术对焦炉烟气脱硫做浅谈供企业交流借鉴。

关键词  焦炉烟气  SDS脱硫  运用  

1  引言

钢铁企业中的焦化厂主要生产冶金用焦炭，炼焦过程是高污染，高耗能和高排放的工序。产业结构调整和淘汰落后产能一直是国家自十三五以来的重要任务。焦化厂烟气排放中SO₂是污染大气的主要成分，SDS脱硫技术的应用，使焦化厂烟气排放中的SO₂明星降低，使焦化业环保治理水平再上新台阶。

2  SDS脱硫与钙法脱硫技术对比

湿法石灰石-石膏法优点是脱硫效率高，技术成熟，适用范围广；缺点是生成物是液体或淤渣，较难处理，设备腐蚀性严重，洗涤后烟气需再热，能耗高，占地面积大，投资和运行费用高，系统复杂、设备庞大、耗水量大、污水处理成本较、技术要求高。

2.1脱硫效率及S0₂浓度适应性对比

烟气脱硫过程是一个化学吸收过程，SDS钠基以小苏打为吸收剂在气-固两相间进行，钙法以石灰石浆液为吸收剂在气-液-固三相间进行。SDS钠基干法的吸收速度远大于钙法。SDS钠基干法脱硫适合浓度低S0₂烟气，SO₂浓度在100～1 000 mg/Nm³,脱硫效率都能满足相关要求；钙法一般在900～4 500 mg/Nm³，适合于高硫含量的烟气。               

2.2运行成本的对比

SDS钠基的吸收剂成本虽然高于钙法，但副产物硫酸钠的价格可以抵扣部分吸收剂的成本，钙法的副产物石膏处理反而会增加成本，动力能源消耗方面，SDS钠基干法远低于钙法。

2.3环境效益比较

SDS钠基干法技术不产生任何废水、废液和废渣，不产生二次污染；钙法脱硫过程中需排放大量废水，处理难度大，需要额外增加废水处理费用，运行成本增加；SDS钠基干法技术的副产品硫酸钠可以作为化工原料使用；钙法脱硫副产石膏杂质较多，品质不高，回收利用困难，需要很大的堆放场地，极易形成石膏山。

通过以上几点对比得出，SDS钠基干法脱硫在多行业烟气治理上要优于钙法，其技术优势表现在：

（1）系统简单，SDS 干法脱硫主要设备为研磨系统和布袋除尘系统，布袋除尘在工业生产中已有稳定运行多年的运行经验，设备稳定。脱硫剂供应磨机系统及送料系统可实现一键启动一键停机，操作维护方便，脱硫剂的投加量可调范围大，装置稳定可靠，运行方便高效。

（2）与其他半干法、湿法相比投资少，如焦炉入口烟气SO₂浓度≤150 mg/m³，一般无需配置脱硫塔，项目造价低。

（3）该工艺属于干法脱硫，有效避免烟囱白烟的产生，系统运行用水量为零，脱硫系统工艺管网无需防腐处理，固废可实现内循环处理，还可回收利用作为水泥添加料等，实现资源的完全回收，符合循环经济的要求。

（4）焦炉烟气中SO₂的脱除率较高，排放低于现行GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》限值标准，对已建成投运的SDS干法脱硫装置的监测结果显示，脱硫效率都可达到95 %以上。净化后的烟气不会在烟囱周围形成酸雨引起周边设备的腐蚀。

（5）由于焦炉生产的特殊性，系统设置事故烟道快速切换阀门系，与系统主抽风机连锁装置，一旦出现故障也不影响焦炉的正常运行，安全可靠。

综上所述，SDS脱硫技术在焦化厂炼焦工序烟气脱硫中的运用无论是从技术可行性，还是经济性，都具有一定的优势。

3  SDS脱硫工艺原理及流程

3.1 SDS脱硫工艺原理

焦炉烟气分别由地下机侧和焦侧烟道引出，经原烟气管道阀门和新增入口管道阀门切换并汇合后，进入总烟气管道，在总烟道内，通过高效的SDS干法脱酸喷射及均布装置，脱酸剂在烟道内被热激活，比表面积迅速增大，与烟气充分接触，发生物理、化学反应，烟气中的SO₂等酸性物质被吸收净化。完成的主要化学反应为：

               2NaHCO₃+SO₂+1/2O₂→Na₂SO₄+2CO₂+H₂O 

2NaHCO₃+SO₃→Na₂SO₄+2CO₂+H₂O    

与其他酸性物质的反应：

NaHCO₃+HCl→NaCl+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF→NaF+CO₂+H₂O

3.2 SDS脱硫工艺流程

本次浅谈焦炉总烟气量约在130 000Nm³/h，烟温期间180～260 ℃，焦炉排放烟气中含有的SO₂浓度≤200 mg/Nm³，颗粒物浓度≤60 mg/Nm³，湿度≤12 %。

脱硫后粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器收集脱硫副产物，净烟气由增压风机抽引，经出口烟道至原焦炉烟囱排入大气，整套工艺的流程图如图1所示。

为防止高温烟气损伤脱硫工艺配套布袋，在除尘进口前端管网设计烟气换热器或混风阀，使其控制焦炉烟气进入布袋除尘器温度最佳，保证除尘系统安全稳定运行；脱硫运行时吸收剂剂小苏打（化学名：NaHCO₃）进入研磨机粉碎，使之粒径达到设计细度18 μm（800目）左右，通过送料风机进入脱硫器进行SO₂的脱除。烟道温度通过实验及运行经验得到烟气温度控制在140～210 ℃是反应的最佳状态，温度过高存在过热烧结现象。

碳酸氢钠喷入量与SO₂摩尔比控制在2.05～2.2，脱硫剂投加量依据在线运行参数自动调节，计量信号与SO₂检测浓度程序联锁，入口、出口SO₂浓度实时调整脱硫剂的投加量。

脱硫反应产生的副产物通过布袋除尘器收集深层过滤，喷吹系统清灰，使反应物副产物Na₂SO₄脱落到灰斗，通过卸输灰系统将副产物Na₂SO₄送至脱硫副产物仓临时存放待排。

图1  SDS脱硫工艺流程图

4  SDS脱硫反应器及配套除尘器

4.1脱硫反应器

焦炉烟气首先进入SDS反应器，烟道式脱硫反应器通过均风、分风方式确保脱硫剂与烟气均匀混合反应，反应过程中不留烟气死角，通过烟气流量的控制，烟气与脱硫剂接触时间T≥2 s，如少量未脱除的S0₂气体，可通过布袋除尘器运行过程中二次脱硫。

4.2烟气烟道系统

（1）烟气系统由焦炉出口地下烟道前端引出，经SDS脱硫反应器及布袋除尘器后进入汇合烟道后侧，前后侧烟道之间用重力快开阀或高温烟气挡板门阻断，与中控DCS系统联锁，实现事故状态快速开启，确保系统运行安全。

（2）脱硫烟道流场模拟，通过流场模拟运行状态、烟气的分布及流速大小等情况，在烟道内科学、合理、牢固的加入各型导流板，使气流均匀流畅，脱硫反应更充分；地下烟道挡板门或快开阀设计要求是具有气密性的焊接结构，所有非法兰连接的接口都进行道续焊接，与挡板门的配对法兰连接处也必须实施密封焊且密封材料需耐高温设计。

4.3碳酸氢钠研磨及成品喷射系统

该系统主要包括碳酸氢钠原料上料装置、称重螺旋给料机、磨机及输送装置、输送管道、流量阀、观察视镜等组成，通过气流与颗粒，颗粒与颗粒的相互作用进行粉碎，分级轮来调整物料细度。制粉完成后，依据入口产生的浓度、出口控制SO₂浓度调整脱硫剂喷射量。

4.4布袋除尘器

布袋除尘器采用天朗环保“高效过滤高效淸灰”低压袋式除尘专利技术，上进风方式。对焦炉高温气体，须将其通过换热器或冷风阀冷却至滤料能承受的温度以下，布置尺寸要求等进行设计选型，处理风量、入口含尘浓度、气体成分、粉尘性质、设备阻力、设备耐压、清灰压力等需同步考虑设计计算。

（1）支座的设计，由于系统处于高温运行，设计过程中要考虑除尘器箱体及支架在使用期内要求不变形，箱体及灰斗设横、纵向筋板,支撑点增设单项、多项活动支座抗高温蠕动变形。

（2）除尘器箱体采用厚度≥5 mm的热轧钢板，进口烟道设计分风及风速选择较为重要，箱体设计尽量避免出现死角或灰尘积聚区，同时考虑系统高温运行防腐、保温工艺，满足生产工艺。

（3）脉冲阀、分气包、提升气缸、控制电缆等综合考虑防尘防雨防高温等措施；清灰压力是布袋除尘器设计的重要参数，脉冲阀采用3寸淹没阀，将清灰能量传递至每条滤袋以实现布袋清灰，清灰系统配有的压缩空气或氮气储气量≥0.65 MPa。

（4）灰斗的设计，斗内应设导流板，将烟气扰流均风，配套振动器、振打砧、料位器、检修人孔等。灰斗四角需做弧板导流，不留死角，灰斗的斜壁与地面的夹角要大于斗内散状体的自然休止角，灰斗设有高低料位及报警指示，提供的灰位信号，满足布袋除尘器脱硫灰外排等卸输灰系统的控制。每个灰斗设置一个密闭性好，开启灵活，密封严密的双层保温人孔门。

4.5每一袋室加设除尘器净室与浊室滤袋运行工况快速自诊断装置，具备手工及自动在线诊断功能。

4.6过滤系统

4.6.1花板

花板作为净气室和浊气室的分隔板，加工需采用激光切割加工完成，板厚≥6 mm，加工一次成型防变形。花板孔光滑无毛刺，表面平整，平面度偏差、孔中心偏差、表面粗糙度、水平面的垂直度等的控制需符合花板专业制作规范。合理的滤袋中心孔间距≥236 mm(阀门3″)或≥240 mm(阀门3.5″)。花板的加工精度高，最终需保证喷吹引流嘴中心和滤袋中心两心合一。花板下部设有型材大梁支撑件和加强筋，跨度不宜过大且保证刚度，防止承重变形形成U型板影响布袋袋笼的垂直度。

4.6.2滤袋

要求滤袋材质选用防水、防油耐酸碱钢铁焦化净化专用滤料，超细玻纤进口P84纤维或高硅氧+PTFE，PTFE处理，单位面积质量≥750 g/m²、厚度≥2.35 mm、断裂强度经向≥900，纬向≥1 200，耐温250 ℃，瞬间耐温280 ℃，滤袋本体材料缝制时针缝涂胶处理。

3.6.3袋笼

纵筋和支撑环分布均匀，袋笼采用20^#钢，进行酸洗、涂有机硅处理，耐腐蚀等工序预处理，提高其使用寿命。袋笼钢丝直径≥4 mm，20^#钢支架组焊的笼状结构，整根尽可能的不分段，竖筋≥16根筋，横筋间距≤200 mm，垂直度≤2/1 000。袋笼顶部设有文氏管，防止喷吹气流偏离，保护滤袋。

4.7喷吹管

管径、喷吹口孔形状、喷吹管到袋口的距离设计等较为关键，喷吹管结构设计关系到滤袋的使用寿命。喷吹孔喷嘴不能倾斜，需与花板垂直，其轴心线的垂直度≤0.5 mm。工作实践过程中还得注意：（1）喷吹管的长度需滤袋数量确定；（2）必须核算模拟每根脉冲管喷吹气量分配到每个滤袋的气量相当且在±5 %以内；（3）喷嘴采用非等口径及类似文氏管流线型设计和加工手段，模具拉压翻边而成。

4.8离线停风装置

各仓室之间用箱板隔开。当除尘器某个箱体需要检修时，将该仓室的离线阀和手动进风阀单独关闭即可进行检修，除尘器不需要停机，其它仓室可正常工作。同时在清灰过程中停止工作确保清灰效果更佳。离线阀采用气动提升阀,提升阀供气压力≤0.3 MPa时，必须保持在原有状态位置，确保提升阀的可靠性。

4.9进风调节阀

在除尘器每一组灰斗及浊风道连接的进风支管上，配置手动风量调节阀，进行风量的平衡调节，保证各单元室的进风不均匀度。

4.10喷吹系统

分气包需特种设备制作，做到一包一证，每只独立的分气包排污系统串接，正常运行一键定时启动关闭功能，确保排污顺畅，确保清灰空气质量，提高滤袋及袋笼的使用寿命。

5  SDS干法脱硫技术在云煤能源安宁公司焦化厂的应用效果

    SDS干法脱硫技术在云煤能源安宁公司焦化厂的应用后效果明显。

5.1 使用SDS干法脱硫技术前排放烟气指标

云煤能源安宁公司焦化厂使用SDS干法脱硫技术前排放烟气指标见表1。

表1  云煤能源安宁公司焦化厂使用SDS干法脱硫技术前排放烟气指标

5.2 使用SDS干法脱硫技术后排放烟气指标

云煤能源安宁公司焦化厂使用SDS干法脱硫技术后排放烟气指标见表2。

表2  使用SDS干法脱硫技术后排放烟气指标

6  结论

云煤能源安宁公司焦化厂自采用SDS干法脱硫工艺以来，系统投运后设备运行正常稳定，烟气脱硫除尘效果较好，SO₂及颗粒物排放指标分别控制在25 mg/m³及9 mg/m³以内，排放指标均达到环保标准“关于推进实施钢铁行业超低排放的意见-环大气[2019]35号”文中基准含氧量8 %、SO₂≤ 30 mg/m³、颗粒物≤10 mg/m³的国家排放标准；采用该工艺净化效果远远低于现行GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》表6中大气污染物特别排放限值标准SO₂≤30 mg/m³、颗粒物≤15 mg/m³。该技术的选择得到了企业和环保部门的肯定，同时也为焦化行业烟气污染物治理提供借鉴。

参考文献

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