DSC 干式超凈+工藝在三鋼高濕、高SO3熱回收焦?fàn)t項(xiàng)目的應(yīng)用

張樂佳

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

1 項(xiàng)目概況

因熱回收焦?fàn)t煙氣存在高濕度（可達(dá)14%）、高SO3濃度（可達(dá)200 mg/Nm3）等獨(dú)特性，現(xiàn)有年產(chǎn)100萬噸/年熱回收焦?fàn)t配套的三套濕法脫硫投運(yùn)后，煙囪“藍(lán)煙”尾翼嚴(yán)重，雖然多次投入巨資對(duì)濕法進(jìn)行升級(jí)改造，但均無法消除藍(lán)煙問題。

2021 年初，為了徹底消除三鋼焦化煙囪的有色煙羽問題，基于龍凈在三鋼的所有干法脫硫除塵煙囪出口無有色煙羽，排放透明，特別是國家環(huán)境測(cè)試分析中心的權(quán)威測(cè)試，出口SO3濃度均穩(wěn)定低于3 mg/Nm3，是目前國內(nèi)唯一具有入口SO3濃度高達(dá)200 mg/Nm3以上實(shí)現(xiàn)超低排放的干式超凈技術(shù)業(yè)績廠家。

為此，三鋼集團(tuán)經(jīng)過多番的技術(shù)考察論證與招標(biāo)，決定對(duì)二煉焦100 萬噸/年熱回收焦?fàn)t直接采用福建龍凈循環(huán)流化床干法脫硫除塵一體化技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，采用負(fù)壓運(yùn)行方式，一機(jī)對(duì)兩根煙氣主管的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

該裝置經(jīng)過半年多的建設(shè)，于2022 年1 月20 日一次性成功投運(yùn)，并取得了優(yōu)異的環(huán)保指標(biāo)，為我國熱回收焦?fàn)t煙氣綜合治理作出了榜樣，并提供了很好的技術(shù)支撐。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

三鋼二煉熱回收焦?fàn)t煙氣治理裝置的工藝流程見圖1。

如圖1 所示，三鋼二煉熱回收焦?fàn)t煙氣治理系統(tǒng)中，煙氣從余熱鍋爐的匯總煙道中間引出，進(jìn)入干法脫硫除塵島進(jìn)行脫硫除塵后由引風(fēng)機(jī)導(dǎo)入煙囪排入大氣。工藝流程為：焦?fàn)t→余熱鍋爐→干法脫硫反應(yīng)塔→干法專用低壓布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪排放。

圖1 三鋼二煉熱回收焦?fàn)t煙氣治理裝置工藝流程圖

從焦?fàn)t排出的煙氣經(jīng)鍋爐余熱回收后，通過煙道導(dǎo)入脫硫除塵系統(tǒng)，在（半）干式脫硫反應(yīng)塔內(nèi)，依靠反應(yīng)塔中湍動(dòng)劇烈的高濃度、高效傳質(zhì)傳熱的物料床層，通過噴高霧化水降溫至90~100 ℃，高效協(xié)同脫除SO3、SO2、HCl、HF 等酸性氣體和焦油、有機(jī)物等污染物，脫硫后的煙氣再通過后面無縫銜接的專用低壓噴吹布袋除塵器對(duì)粉塵進(jìn)行超凈脫除，粉塵排放濃度≤10 mg/Nm3，經(jīng)兩臺(tái)離心風(fēng)機(jī)通過新建混凝土煙囪排放，焦?fàn)t、鍋爐、脫硫除塵系統(tǒng)采用一級(jí)風(fēng)機(jī)串聯(lián)的布置方式，節(jié)省用電。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1

表1 三鋼二煉熱回收焦?fàn)t煙氣治理脫硫除塵超凈工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 總體布置設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，場(chǎng)地緊張狹小，需綜合考慮新建脫硫除塵裝置充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地，并與廠區(qū)整體布局的合理性及美觀。福建龍凈擁有一支優(yōu)秀的總平團(tuán)隊(duì)，擁有強(qiáng)大的平面和三維布置能力，能夠在各系統(tǒng)裝置的平面和空間組合上，既做到功能性作業(yè)的明確分區(qū)，又做到對(duì)現(xiàn)有場(chǎng)地的充分利用，與現(xiàn)場(chǎng)舊有裝置避免干涉，布局緊湊合理、外觀整體并且協(xié)調(diào)。

新建脫硫除塵裝置，布置于西區(qū)脫硫綜合樓旁空地，需要拆除尿素罐區(qū)、尿素倉庫和灰倉，從鍋爐出口匯總煙道引出煙氣，沿著現(xiàn)有的管架，從廠區(qū)道路上方通過后（高度滿足道路通行要求）匯合接引至脫硫除塵區(qū)域內(nèi)，進(jìn)口煙道布置合理，煙氣分布均勻，不與廠區(qū)設(shè)備及構(gòu)筑物發(fā)生干涉，同時(shí)紅線區(qū)內(nèi)的道路保留，凈高為5 m。經(jīng)過干法脫硫除塵處理潔凈后的煙氣從新建的無需防腐混凝土煙囪排放。脫硫除塵配電柜布置于布袋除塵器下的電控間。

DSC 干式脫硫除塵島主要由干式反應(yīng)塔、脫硫?qū)Ｓ玫蛪翰即龎m器、生石灰倉、消石灰倉、脫硫灰?guī)斓冉M成，采用鋼支架支撐；主要工藝裝置和輔助設(shè)施圍繞干式反應(yīng)塔，按工藝需求集中布置。生、消石灰倉緊貼反應(yīng)塔布置，一方面便于生石灰的裝卸同時(shí)確保消石灰倉中吸收劑的輸送距離盡可能短。整個(gè)脫硫除塵島道路通暢，并預(yù)留有足夠的檢修場(chǎng)地（如圖2 所示）。

圖2 三鋼熱回收焦?fàn)t煙氣治理裝置現(xiàn)場(chǎng)照片（干式煙囪排放透明干凈）

2.4 進(jìn)口煙道流場(chǎng)模擬計(jì)算

根據(jù)總圖布置，進(jìn)口煙道復(fù)雜，對(duì)脫硫島進(jìn)口煙道的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力進(jìn)行分析，保證總平規(guī)劃的煙道煙氣流動(dòng)均勻，溫度穩(wěn)定和阻力小，新增脫硫系統(tǒng)取氣點(diǎn)詳細(xì)流場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果如下：

圖3為福建三鋼（集團(tuán)）三明化工有限責(zé)任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項(xiàng)目進(jìn)口煙道三維模型圖。圖中展示了煙氣走向及進(jìn)出口，同時(shí)在近吸收塔的急轉(zhuǎn)彎處設(shè)置導(dǎo)流板。其中煙氣進(jìn)口為圓煙道，截面直徑為2.32 m；主煙道為圓煙道，截面直徑為4.1 m；煙氣出口為方煙道，煙道尺寸為3.65 m。

圖3 進(jìn)口煙道三維模型圖

2.5 流場(chǎng)結(jié)果分析

2.5.1 速度場(chǎng)分析

圖4為福建三鋼（集團(tuán)）三明化工有限責(zé)任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項(xiàng)目進(jìn)口煙道速度場(chǎng)流線圖，據(jù)圖可以觀察到，進(jìn)口煙度速度流線線型分明，未發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)流線交叉及漩渦現(xiàn)象，特別對(duì)煙氣出口及進(jìn)口進(jìn)行局部放大，放大圖顯示兩位置速度流線層次分明，呈現(xiàn)出較好的流動(dòng)狀態(tài)。

圖4 速度場(chǎng)流線圖

2.5.2 溫度場(chǎng)分析

圖5為福建三鋼（集團(tuán)）三明化工有限責(zé)任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項(xiàng)目進(jìn)口煙道壁板溫度分布云圖，根據(jù)溫度云圖的數(shù)值顯示范圍，進(jìn)口煙道壁板溫度在442.998~443.001 K 范圍內(nèi)，整體溫度在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，未出現(xiàn)局部煙道設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的能量耗散。

圖5 煙道壁板溫度分布

2.5.3 壓力場(chǎng)分析

圖6為福建三鋼（集團(tuán)）三明化工有限責(zé)任公司二煉焦煙氣治理EPC 總承包項(xiàng)目進(jìn)口煙道壁板溫度分布云圖，圖中明顯可以觀察到，進(jìn)口煙道的壓力損失較大位置主要呈現(xiàn)在進(jìn)口煙道的進(jìn)口區(qū)域，由于該區(qū)域舊煙道的口徑較小，因此形成的速度值較大，在進(jìn)入進(jìn)口煙道后呈現(xiàn)出小范圍的煙氣擾動(dòng)，造成一定的壓力損失；進(jìn)一步提取煙氣進(jìn)口及出口的壓力值，并取均值得到inlet1 為566.8 Pa，inlet2 為477.1 Pa，outlet 為195.8 Pa，由此造成的沿程損失最大僅達(dá)到371 Pa；提取煙氣出口的總壓分布，由分布云圖觀察可得出口煙氣分布具有很好的均勻性。

圖6 壓力場(chǎng)云圖分布及全壓均值

3 DSC 干式超凈+工藝實(shí)現(xiàn)硫酸霧超低排放的原理分析

（1）SO3在三鋼所用的這個(gè)DSC 干式工藝的反應(yīng)溫度下，是以硫酸氣溶膠形式存在，而不是以分子的形式存在。氣溶膠顆粒的直徑約為0.1μm，而分子的直徑大約為0.000 1μm。

（2）在反應(yīng)器內(nèi)，Ca（OH）2顆粒的大小為2~5μm，孔隙多，比表面積高達(dá)25 m2/g 以上，比表面積越大，對(duì)SO3氣溶膠具有較強(qiáng)的吸附能力。

（3）DSC 干式工藝的最重要的特征：煙氣和脫硫反應(yīng)劑之間具有最大的相對(duì)滑落速度，氣固間的傳熱和傳質(zhì)效率得到很好的加強(qiáng)，這使得SO3氣溶膠與反應(yīng)劑之間有了充分的接觸時(shí)間，從而滿足高效化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間條件。

（4）在反應(yīng)塔內(nèi)，采用了循環(huán)流化床的機(jī)制，具有平均密度達(dá)到5 000 g/m3的高湍動(dòng)、碰撞激烈的高密度物料床層，在床層中最高密度區(qū)域可達(dá)到10~25 kg/Nm3， 加上前面說的反應(yīng)劑Ca（OH）2顆粒高比較面積的特點(diǎn)，導(dǎo)致SO3氣溶膠很難從床層中行程短路通道穿過。

（5）由于SO3非常容易溶于水，在溫度較低的情況下就形成酸霧，呈現(xiàn)離子狀，只要能夠與反應(yīng)塔中的濕潤的吸收劑接觸上，立馬就會(huì)發(fā)生離子型的酸堿中和反應(yīng)。具體反應(yīng)方程式如下：Ca（OH）2+SO3=CaSO4·1/2 H2O +1/2 H2O。

4 項(xiàng)目運(yùn)行情況

三鋼熱回收焦?fàn)t脫硫改造項(xiàng)目于2022 年1 月投運(yùn)，實(shí)際運(yùn)行及檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，在原煙氣SO2大于1 000 mg/Nm3、SO3大 于200 mg/Nm3的 情 況 下，經(jīng)過脫硫除塵后出口凈煙氣SO2排放小于30 mg/Nm3，顆粒物排放小于10 mg/Nm3，滿足超凈排放要求。同時(shí)，由于同步實(shí)現(xiàn)了SO3的高效脫除，徹底解決了原濕法脫硫煙囪“藍(lán)煙”拖尾的視覺污染。

5 結(jié)束語

福建三鋼（集團(tuán)）三明化工有限責(zé)任公司二煉焦煙氣治理項(xiàng)目的成功投運(yùn)和穩(wěn)定運(yùn)行，充分證明龍凈DSC 干式超凈+工藝（即循環(huán)流化床干法脫硫除塵一體化技術(shù)）可以實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙氣污染物（特別是硫酸霧）的超凈排放限值，是一種投資省、綜合凈化效益高的煙氣治理領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)，是熱回收焦?fàn)t煙氣污染物實(shí)現(xiàn)超凈排放的良好選擇，為我國熱回收焦?fàn)t煙氣脫硫除塵裝置滿足超凈排放工藝路線的選擇提供了借鑒。