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(yíng)口115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部（以下簡(jiǎn)稱鲅魚圈）裝備有國(guó)內(nèi)首套自主設(shè)計(jì)的7 m 52孔JNX-70-2型焦?fàn)t4座，設(shè)計(jì)年產(chǎn)焦炭255萬(wàn)t，正常生產(chǎn)狀態(tài)下，焦?fàn)t以高爐煤氣加熱為主，同時(shí)摻混一定比例的焦?fàn)t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(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》正式實(shí)施，要求焦化企業(yè)焦?fàn)t煙囪排放煙氣中SO2≤50 mg/m3，對(duì)于一些特排地區(qū)指標(biāo)更為嚴(yán)格，要求SO2≤30 mg/m3。鲅魚圈7 m焦?fàn)t煙氣SO2排放指標(biāo)一般為25～40 mg/m3，偶有超標(biāo)情況。因此，分析了焦?fàn)t煙氣中SO2的主要來(lái)源，并從煤氣凈化脫硫、焦?fàn)t爐體密封、焦?fàn)t煤氣加熱系統(tǒng)調(diào)整等方面進(jìn)行了改進(jìn)，以確保焦?fàn)t煙氣中SO2排放指標(biāo)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

1 7 m焦?fàn)t煙氣中SO2主要來(lái)源

1.1 焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)生SO2

鲅魚圈7 m焦?fàn)t為復(fù)熱式焦?fàn)t，正常生產(chǎn)狀態(tài)下，以高爐煤氣加熱為主，但由于焦?fàn)t煤氣過(guò)剩，后續(xù)煤氣平衡需要，高爐煤氣中會(huì)配入一定比例的焦?fàn)t煤氣，摻混比按照3%～5%控制，但實(shí)際摻混比較高，通常大于5%，焦?fàn)t煤氣耗量為10 000～15 000 m3/h。高爐年修或生產(chǎn)情況異常時(shí)，倒換為純焦?fàn)t煤氣加熱。

1.1.1 焦?fàn)t煤氣中H2S燃燒生成SO2

焦?fàn)t煤氣中的硫主要以H2S形態(tài)存在［1-3］。焦?fàn)t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?？刂圃?00 mg/m3，按此計(jì)算，焦?fàn)t煤氣燃燒影響煙氣排放的SO2濃度將達(dá)到14～21 mg/m3。

1.1.2 焦?fàn)t煤氣中有機(jī)硫燃燒生成SO2

焦?fàn)t煤氣中有機(jī)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(jī)硫［1-3］。焦?fàn)t煤氣中有機(jī)硫的總質(zhì)量濃度為500～900 mg/m3。焦?fàn)t煤氣中有機(jī)硫的平均含硫質(zhì)量分?jǐn)?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?fàn)t爐墻竄漏的荒煤氣燃燒產(chǎn)生SO2

焦?fàn)t爐體磚體砌筑留有一定的灰縫，焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生竄漏［4-5］，常規(guī)焦?fàn)t爐體竄漏率一般在1%左右。焦?fàn)t炭化室爐墻竄漏時(shí)，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?；拿簹庵泻写罅康腍2S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?fàn)t煙囪煙氣中SO2排放指標(biāo)超標(biāo)。對(duì)于鲅魚圈7 m焦?fàn)t，按照荒煤氣中H2S質(zhì)量濃度6 000 mg/m3計(jì)算，產(chǎn)生的SO2質(zhì)量濃度為16 940 mg/m3。若焦?fàn)t泄漏率為1%，每小時(shí)泄漏荒煤氣約1 250 m3。根據(jù)計(jì)算，僅焦?fàn)t爐墻竄漏影響煙囪排放的SO2濃度將達(dá)到35 mg/m3。

2 7 m焦?fàn)t煙氣SO2控制措施

2.1 降低焦?fàn)t煤氣H2S含量

2.1.1 控制配煤硫分

為了從源頭控制焦?fàn)t煤氣H2S含量，在制定配煤方案時(shí),應(yīng)充分考慮配煤硫分,要求配合煤硫含量在0.7%以下，進(jìn)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(jìn)口峰景焦煤、薩阿吉焦煤為主），同時(shí)停止使用內(nèi)蒙古高硫肥煤，從而達(dá)到控制配合煤硫含量的要求。

2.1.2 改進(jìn)焦?fàn)t煤氣脫硫工藝

鲅魚圈現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣真空碳酸鉀煤氣脫硫裝置，設(shè)計(jì)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?fàn)t滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，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(duì)原脫硫系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)后精脫硫工藝流程見圖1。

圖1 改進(jìn)后精脫硫工藝流程

焦?fàn)t煤氣從真空碳酸鉀脫硫后接三通進(jìn)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(jìn)行液相催化氧化的化學(xué)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(huì)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(guò)自吸式噴射器射流引入空氣，并補(bǔ)充一定的動(dòng)力風(fēng)，在再生段底部進(jìn)行氧化再生反應(yīng)，再生的溶液保持一定的液位，并通過(guò)液位調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)流到脫硫段噴灑管線進(jìn)行噴灑，再生的脫硫液與煤氣逆向接觸，形成一個(gè)閉路循環(huán)。

2.2 減少焦?fàn)t爐墻竄漏

2.2.1 提高集氣管壓力

為了有助于焦?fàn)t爐墻磚縫石墨的生成，避免外界冷空氣竄漏進(jìn)入炭化室，造成焦炭和副產(chǎn)品的燒損，在整個(gè)結(jié)焦過(guò)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?fàn)t為蓄熱室分格設(shè)計(jì)，蓄熱室頂部吸力無(wú)法測(cè)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(dòng)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(guò)剩系數(shù)合理的前提下，將進(jìn)風(fēng)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(guò)大，造成荒煤氣從爐墻磚縫進(jìn)入燃燒系統(tǒng)，從而增加廢氣中SO2含量，影響焦?fàn)t煙囪指標(biāo)。

2.2.3 增加看火孔壓力

在各周轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，看火孔壓力通常應(yīng)保持在（0±5）Pa范圍內(nèi)?？椿鹂讐毫ζ?，容易出現(xiàn)煤氣短路，燃燒不完全，燃燒效率過(guò)低，同時(shí)爐頂區(qū)域的煤粉、焦粉等被吸入立火道（或蓄熱室），對(duì)爐體造成不可逆轉(zhuǎn)的損害；看火孔壓力過(guò)高，則爐頂散熱增加，惡化爐頂操作環(huán)境，同時(shí)造成拉條的燒損變形。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為改善邊火道溫度，同時(shí)減少因吸力過(guò)大造成的煤氣短路問(wèn)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?fàn)t爐體密封

鲅魚圈7 m焦?fàn)t炭化室平均寬度450 mm，屬于窄炭化室設(shè)計(jì)，焦?fàn)t廢氣盤排列緊密，間距僅200 mm左右，廢氣盤與焦?fàn)t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(duì)廢氣盤與焦?fàn)t小煙道連接處進(jìn)行重新密封抹補(bǔ)，增加嚴(yán)密程度，降低燃燒系統(tǒng)SO2。具體措施如下：

（1） 以水玻璃：A 級(jí)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(fēng)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?fàn)t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(jìn)行填塞，填塞過(guò)程要求繩頭相互搭接嚴(yán)密，不允許有漏填，用錘子將石棉繩砸實(shí)。

（4）將A級(jí)粘土火泥和骨料以1：1的比例用水調(diào)配成適當(dāng)軟硬的抹補(bǔ)泥料，將廢氣盤與焦?fàn)t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(yán)。

2.3 控制異常生產(chǎn)狀況下焦?fàn)t煙氣SO2指標(biāo)

2.3.1 制酸工序異常停機(jī)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(yùn)行過(guò)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?fàn)t煤氣系統(tǒng)，煙囪煙氣SO2指標(biāo)將大幅提升。生產(chǎn)過(guò)程中，為控制煙氣SO2指標(biāo)，具體采取以下措施：

（1）制酸系統(tǒng)停產(chǎn)后，焦?fàn)t立即停止摻混焦?fàn)t煤氣，并同時(shí)停止焦?fàn)t爐頭輔助加熱。

（2）制酸工序恢復(fù)生產(chǎn)后，焦?fàn)t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?fàn)t煤氣，并根據(jù)指標(biāo)情況陸續(xù)恢復(fù)爐頭輔助加熱及摻混。

（3）進(jìn)行工藝改進(jìn)，將H2S酸氣管線接入精脫硫工序煤氣入口，在制酸工序短時(shí)間（6 h以內(nèi)）停產(chǎn)時(shí)，使H2S酸氣直接進(jìn)入精脫硫工序處理。

2.3.2 焦?fàn)t停止加熱過(guò)程中煙氣SO2控制措施

焦?fàn)t停止加熱后，加熱煤氣來(lái)源切斷。由于焦?fàn)t在設(shè)計(jì)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?fàn)t停止加熱后，雖然無(wú)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(dòng)，從而形成廢氣，造成焦?fàn)t熱量不斷流失。由于溫度的變化，焦?fàn)t爐體出現(xiàn)收縮，爐墻的磚縫等竄漏加劇，在恢復(fù)焦?fàn)t生產(chǎn)時(shí)，焦?fàn)t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(biāo)排放。針對(duì)此問(wèn)題，在焦?fàn)t停止加熱后，需要合理控制煙道吸力和進(jìn)入的空氣量。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)，主要從以下兩方面進(jìn)行控制：一方面，盡量減小煙道吸力，通過(guò)對(duì)煙道翻板的手動(dòng)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(fēng)門遮蓋，預(yù)留10～20 mm左右的縫隙。通過(guò)兩方面的調(diào)整和配合，以確保看火孔頂部無(wú)煤氣積聚。

3 7 m焦?fàn)t煙氣SO2排放指標(biāo)控制效果

鲅魚圈7 m焦?fàn)t采取以上SO2控制措施后，焦?fàn)t煙氣SO2排放指標(biāo)明顯改善。7 m焦?fàn)t采取措施前后加熱煤氣及排放煙氣相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 7 m焦?fàn)t采取措施前后加熱煤氣及排放煙氣相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比

由表1可以看出，通過(guò)配煤源頭控制，荒煤氣中H2S含量降低；精脫硫工序穩(wěn)定運(yùn)行后，出口H2S含量控制在20 mg/m3以下，焦?fàn)t煤氣摻混比適當(dāng)提高，對(duì)煙氣SO2指標(biāo)影響不大，焦?fàn)t煙氣SO2排放指標(biāo)能夠控制在25 mg/m3以下，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼鲅魚圈煉焦部7 m焦?fàn)t煙氣SO2排放指標(biāo)偶有超標(biāo)，通過(guò)采取控制配煤硫分，改進(jìn)焦?fàn)t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?fàn)t爐體密封等措施，同時(shí)從制酸工序異常停機(jī)處理和焦?fàn)t停止加熱過(guò)程中煙氣SO2控制兩方面控制異常生產(chǎn)狀況下焦?fàn)t煙氣SO2指標(biāo)，使焦?fàn)t煤氣SO2排放指標(biāo)降至25 mg/m3以下，達(dá)到了焦化企業(yè)煙囪煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。