“北大先锋：搞定钢厂高炉煤气精脱硫 响应超低排放”

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高炉作为长炼钢的主流炼铁设备，在钢铁领域有着重要的地位。 高炉炼铁，每吨铁水副产1600-2000立方米高炉煤气，热量为700-800卡路里/立方米，煤气中含有一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气等成分，并伴有灰尘、硫磺等污染物。 通常高炉煤气经过重力除尘和布袋除尘后，应用于热风炉、烧结、加热炉、发电等工序，最终排放到大气中，烟气中的二氧化硫排放浓度为100-200毫克/立方米。

2019年4月28日，生态环境部、发改委、工业信息化部等五部委联合发布《关于推进钢铁领域超低排放的意见》，对钢铁领域的超低排放指标提出要求。 具体而言，烧结机头、球团烧成烟粒子状物质、二氧化硫、氮氧化物排出浓度小时的平均值分别为10、35、50mg/立方米以下； 其他主要污染源颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时的平均值大致分别在10、50、200毫克/立方米以下，达到超低排放的钢铁公司每月至少95%以上时间段的平均排放浓度符合上述指标。

由此可见，目前钢铁领域高炉煤气利用后的二氧化硫排放浓度为100-200mg/立方米，远远超过超低排放指标要求的35，50m g /立方米，因此钢铁领域高炉煤气的利用需要脱硫解决。

(/s2/)一、高炉煤气脱硫点:前端和末端)/s2/) )。

高炉煤气脱硫解决可以分为尖端脱硫和末端脱硫，第一个区别是解决的硫磺形态和解决的煤气量不同。

1、前端脱硫(燃烧用燃气点之前)

高炉铁水利用焦炭、煤炭、铁矿石发生还原反应，产生的高炉煤气中的硫也主要以还原状态存在。 通过气相色谱抽样检测，高炉煤气中的有机硫:羰基硫( cos )、二硫化碳) cs2 )为总硫含量的70-80%； 无机硫:硫化氢( h2s )占总硫含量的20-30%。

因此高炉煤气尖端脱硫需要除去羰基硫、二硫化碳、硫化氢三种硫化物。

前端脱硫解决的气体量是高炉实际产生的气体量。 例如，以1080立方米的高炉为例，每小时产生的高炉煤气量为24-28万立方米。 为了在使用煤气点之前集中解决，只需要建设一套脱硫装置。

2、末端脱硫(燃烧用燃气点之后) ) ) ) )。

高炉煤气用于热风炉、烧结、加热炉等煤气站，利用的是煤气本身的700-800卡路里/立方米的卡路里。 气体中存在卡路里的成分是一氧化碳( 20-25% )、氢气)1)。 一氧化碳、氢气、空气体中的氧气发生燃烧氧化反应，另外气体中的羰基硫、二硫化碳、硫化氢也与氧气反应生成二氧化硫。 因此，高炉煤气末端脱硫需要除去的是末端生成物的二氧化硫。

末端脱硫解决的气体量除高炉实际产生的气体量外，还增加了空气体的配合量。 以1080立方米的高炉为例，每小时需要解决的煤气量为38万立方米。 (高炉煤气量为26万立方米/小时，一氧化碳和氢气含量为25%，配合空煤气量约为15.5万立方米/小时，) )。 与尖端解决相比，需要解决的气体量增加了50%，且分散在燃气站，因此末端脱硫比各燃气站更需要建设脱硫装置。

综合以上分解，如表1所示，可以简单地以两种脱硫方法为对象。

表1 1080立方米高炉前端脱硫和末端脱硫工艺的对象

脱硫型

脱硫对象

解决度量

装置盖数

前端脱硫

操作系统、cs2、h2s

26万纳米和三级方程式； /h

1

末端脱硫

so2

38万纳米和三级方程式； /h

5-10

二、三种高炉煤气脱硫技术的拆解是针对进行的

随着各省市逐步推进钢铁领域超低排放的实施，各种关于高炉煤气脱硫的指控最近备受关注。 尖端脱硫主要分为干式法和湿式法末端脱硫与其他工业烟气情况类似，因此可以利用以前流传的石灰石膏法、镁法、氨法等脱硫技术。

1、前端干式脱硫

尖端脱硫技术借鉴化工领域的脱硫技术，首先通过水解有机硫(利用高炉煤气自身的水分，不补水)转化为无机硫，然后利用干式脱硫剂去除无机硫。 工艺流程如图1所示。

图1前端干式脱硫流程图

具体工艺:高炉煤气从炉顶出来，经过重力除尘和布袋除尘装置，将其中的尘埃含量降低到10毫克/立方米以下，然后进入涡轮发电装置( trt )，用煤气压力和温度发电，通过水解转换装置硫化羰基硫和二硫化碳

尖端脱硫的优点:

①不影响TRT发电，水解、脱硫工艺均置于TRT之后；

②不产生废液，干燥过程不产生废液；

③脱硫精度高，总硫含量低于500mg/nm³； 适合干燥的方法

④不怕硫的变动，气体中硫含量变动时，不需要额外的操作；

⑤无人值守，固定床位技术，只需巡逻；

⑥运行时间长，采用水解剂、脱硫剂寿命超过1年；

⑦环保型闭环、置换的水解剂、脱硫剂可在工厂内二次利用；

⑧产业化应用效果显著，尖端干式脱硫技术目前已有连续7年稳定运行的成功案例，其他同类技术尚未取得1年以上的实际成果。

尖端干式脱硫不足:与尖端湿式脱硫相比占地面积大，但与末端脱硫相比占地面积小。

2、前端湿式脱硫

由于高炉煤气中的有机硫很难直接去除，前端湿法脱硫也需要首先将有机硫转化为无机硫，然后通过喷淋塔去除无机硫。 工艺流程如图2所示。

图2前端湿式脱硫流程图

工艺流程:高炉煤气从炉顶出来，经过重力除尘和布袋除尘装置，将其中的灰尘含量降低到10毫克/立方米以下，然后进入水解转化装置，将有机硫转化为无机硫，通过涡轮发电装置( trt )，进入脱硫装置，然后进行喷雾脱硫

尖端湿法脱硫优点:占地面积小。

尖端脱硫不足:

①水在trt前释放，压力和温度的损失影响trt发电；

②产生大量废液

③脱硫精度低，总硫含量为1000mg/nm³； 适合干燥的方法

④气体中硫含量有变动时，需要手动调整碱液的用量；

⑤没有长时间稳定运行的例子。

另外，尖端湿法脱硫还存在三个有待处理的问题。

①高炉煤气中的二氧化碳含量为15-20%，硫含量为100-200毫克/立方米，二氧化碳和硫化氢在遇到氢氧化钠溶液时发生反应，生成碳酸钠和硫化钠。 由于二氧化碳浓度为硫化氢的数千倍，因此为了使硫化氢与喷雾碱液充分反应，需要过量计算喷雾碱液的量；

②高炉气体中的硫通过水解变成硫化氢，通过与碱液的反应生成硫化钠废液。 硫化钠溶液与空气体中的氧反应生成硫代硫酸钠溶液，通常用作高炉炉渣清洗水。 高炉渣温度超过1400℃，硫代硫酸钠溶液在高温条件下分解成二氧化硫，可能会在炉渣洗涤水现场无序排放，需要采取较为有效的措施。

③高炉煤气湿法脱硫后的产物为碳酸钠和硫化钠。 虽然大多溶解在废液中，但高炉煤气中存在的部分很少，后段用燃气点随着气压和温度的降低，碳酸钠、硫化钠会结晶，容易堵塞阀门，因此需要采取预防结晶的措施。

3、末端脱硫(石灰石膏法、镁法、氨法等)。

末端硫氧化物去除技术已广泛应用于电力、有色等领域，相关技术介绍较多，本文不详细阐述，只针对尖端脱硫技术。

末端脱硫的优点:应用广泛。

末端脱硫不足:

①由于套数多，高炉煤气用煤气点多(5-10个)，因此需要配置各自的煤气点；

②投资大，必须对尖端建设越来越多的装置；

③占地大、覆盖数多，且解决空气量比前端多50%

④维护工作量大

⑤多占用人手。

另外，目前钢铁公司内部占地比较紧张，在各燃气站增设脱硫装置后，实际操作性较差。

目前国内市场最主要的三种高炉煤气脱硫技术各有优势，综合上述分解，从钢铁公司关注的占地面积、投资、能耗等方面进行研究。 详情请参照表2。

表2按脱硫技术分列的投资价目表

脱硫技术

占地面积

投资

运行价格

尖端干式脱硫

前端湿式脱硫

从末端传来了脱硫

注:表示数量。 越多价格就越高

除了关注占地面积、投资外，工艺指标、技术稳定性等也是钢铁公司要点考虑的影响因素，具体结果见表3。

表3不同脱硫技术的工艺指标表

脱硫技术

脱硫精度

稳定性

综合比较

尖端干式脱硫

★★★

★★★

★★★

前端湿式脱硫

★★

★★

★★

从末端传来了脱硫

★★

★★★

★★☆

注:★表示得分，★越多表示得分越高

三、高炉煤气脱硫项目的成功案例(尖端干式脱硫(

年，湖南华菱衡钢集团采用北大先锋科技有限企业炼铁厂煤气资源化利用技术，建设了高炉煤气热值上升装置。 高炉煤气的解决量为67000立方米/小时，热量从700卡路里/立方米上升到2100卡路里/立方米，用作轧制加热炉的燃料气体。 在提高热值的工艺中，利用变压吸附( psa )工艺将高炉煤气中的一氧化碳浓度从21%提纯到70%。 psa精制一氧化碳设备对高炉煤气中的硫含量有严格要求，总硫含量必须在0.1ppm以下。 为此，北大先锋建成了当时国内第一台高炉煤气尖端干式脱硫装置，将满足后续psa工艺对总硫含量的严格要求。

在这个项目中，高炉煤气经除尘净化后，首先经过水解塔，将煤气中的有机硫转化为无机硫，然后将煤气降温通过脱硫塔，将无机硫氧化为硫单体以达到脱硫的目的，脱硫后的高炉煤气直接进入psa精制一氧化碳工序。 数据显示，包括尖端干式脱硫在内的整个psa分离一氧化碳设备自全年运行以来，一直连续、稳定地运行。

四、总结[/s2/]

高炉煤气脱硫是近年来兴起的市场诉求，一方面加快了应对上马高炉煤气精脱硫设备超低排放的环保政策，另一方面也有利于钢铁公司的绿色生产。 从脱硫位置上分为尖端脱硫和末端脱硫来看，尖端脱硫是相对创新的脱硫技术，末端脱硫相对是以前流传下来的脱硫技术。 通过投资、占地面积、运行等方面的比较，尖端脱硫比末端脱硫更有特点。 特别是面对现有钢铁公司内部用地紧张的现实，高炉煤气用燃气点通常为5-10个，在各燃气点旁边安装末端脱硫装置是很大的困难。 因此，高炉煤气采用尖端脱硫技术更为实用。

北京大学先驱为华菱衡钢设计建设的高炉煤气尖端干式脱硫有7年的成功运行案例，技术成熟度更高。 尖端湿法脱硫存在碱液过量使用、渣水现场排硫、硫化钠结晶等问题，尚未有1年以上稳定运行的工业实例。 因此，高炉煤气脱硫采用尖端干式脱硫更具经济性、可靠性，是目前高炉煤气脱硫项目中稳定性和可行性最高的工艺路线。

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