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热风炉废气硫含量控制措施探讨
来源：2019年第七届炼铁对标、节能降本及新技术研讨会论文集|浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]
热风炉废气硫含量控制措施探讨邵久刚霍红艳李好泽张杰高远（河钢集团邯钢公司炼铁部）摘 要：分析了热风炉废气硫含量的影响因素，根据邯钢实际生产情况提出了热风炉废气硫含量的控制措施。作…
热风炉废气硫含量控制措施探讨
邵久刚 霍红艳 李好泽 张杰 高远
（河钢集团邯钢公司炼铁部）
邵久刚 霍红艳 李好泽 张杰 高远
（河钢集团邯钢公司炼铁部）
摘 要：分析了热风炉废气硫含量的影响因素，根据邯钢实际生产情况提出了热风炉废气硫含量的控制措施。作为主要的烧炉气体，着重分析了湿焦水分对高炉煤气硫含量的影响，在水分达到10%左右时，水分带入的硫与焦炭干基硫对煤气硫含量的贡献相当。不同烧炉煤气硫含量和热值不同，通过调整烧炉气体组成可以降低废气硫含量。对于装备了脱盐塔的企业，应该重视其对高炉煤气硫的脱除效果。
关键词：热风炉 环保 源头治理 废气硫含量
1 前言
关键词：热风炉 环保 源头治理 废气硫含量
1 前言
钢铁行业超低排放政策已经在部分地区开始施行，焦化、烧结、球团等污染物排放量大的工艺环节基本全部配套了烟气净化工艺，多家钢铁企业也已经实现了超低排放。根据环保政策，热风炉废气颗粒物、SO2、NOx也必须达到超低排放限值要求，具体标准分别为10mg/m3、50mg/m3、200mg/m3。由于热风炉工艺特点，其废气颗粒物、NOx等浓度较低，基本能够达到排放要求，焦点主要在SO2浓度的控制上。与焦化、烧结、球团等环节采取末端治理措施不同，虽然脱硫技术手段较为成熟，但是考虑到经济和效率等因素，当前热风炉废气单独增加净化工艺的报道并不多见，热风炉废气硫的控制主要还是以烧炉气的硫含量控制为主。本文以邯钢炼铁部不同高炉热风炉为例，提出热风炉废气硫含量控制的几项关键措施，为热风炉废气硫含量超标排放的治理提供一些参考。
2 热风炉废气硫含量影响因素分析
高炉煤气是主要的烧炉气体，其硫含量直接影响热风炉废气的硫含量排放水平，因而降低高炉煤气硫含量是控制热风炉废气硫含量的最关键环节。高炉煤气硫含量降低可从两方面入手，一是降低入炉的硫负荷尤其是焦炭带入的硫，二是高炉煤气系统增加脱硫设施。烧炉气体除高炉煤气外，为达到风温要求一般还要掺烧转炉煤气或焦炉煤气，三种气体热值和硫含量均不同，通过调整三种气体比例同样可以实现烧炉废气硫含量的控制。
3 具体措施
3.1 降低硫负荷
高炉煤气中的硫来源于原燃料带入的硫，以某月的平均数据为例，分析各种原燃料对硫负荷的影响。该段时间内吨铁平均入炉硫负荷为3.59kg，具体分配情况如表1所示。
表1 入炉硫负荷分配表
| 焦炭 | 煤粉 | 烧结矿 | 球团 | 生矿 | |
| 硫含量，% | 0.75 | 0.39 | 0.018 | 0.002 | 0.002 |
| 吨铁单耗，kg | 380 | 130 | 1222.5 | 163 | 244.5 |
| 带入量，kg | 2.85 | 0.507 | 0.22005 | 0.00326 | 0.00489 |
| 占比，% | 79.5 | 14.1 | 6.1 | 0.1 | 0.2 |
入炉硫负荷主要来源于燃料，其中焦炭带入的硫占比79.5%，煤粉带入的硫占比14.1%，两者之和达到93.6%，矿石带入的硫占比较低。因此降低焦炭硫含量是降低硫负荷的有效措施，同时喷吹煤一般为低硫煤，提高煤比降低焦比也能降低硫负荷。
3.2 降低湿焦水分
不同高炉焦炭结构不同，分析热风炉废气硫含量时发现，配吃湿焦的高炉热风炉废气硫含量较高，同一座高炉在湿焦比例较高时热风炉废气硫含量也较高。日常焦炭分析中的硫含量均为烘干后干基检测结果，但是湿焦中的水分同样含有一定的硫，在烘干过程中会逸出，考虑高炉煤气硫含量时这部分硫往往被忽视。为了明晰水分对硫含量的影响，对三种湿焦烘干和未烘干时的硫含量做了对比，结果如表2所示。通过检测结果对比可知，水分对湿焦硫含量有明显影响，并且水分越高影响越大。在水分为6.46%时，常规干基硫含量为0.74%，将水分中的硫计算在内，则折合干基硫含量升高至0.77%；在水分为16.47%时，常规干基硫含量为0.72%，将水分中的硫计算在内，则折合干基硫含量升高至0.81%。
表2 湿焦烘干和含水状态全硫对比
| 外焦品种 | 水分% | 干基硫含量% | 湿基硫含量，% | |
| 测试结果 | 折合干基 | |||
| 裕泰 | 6.46 | 0.74 | 0.72 | 0.77 |
| 落地裕泰 | 16.47 | 0.72 | 0.67 | 0.81 |
| 四矿 | 13.28 | 0.75 | 0.72 | 0.83 |
为了更加直观反映湿焦水分对高炉煤气硫含量的影响，以四矿湿焦为例进行分析。干基硫进入炉缸参与渣铁反映，约有10%左右进入高炉煤气，而其水分含有的硫不经过脱硫反应，在高炉中上部加热后就会直接挥发进入高炉煤气。具体分析见图1，对于使用该湿焦的高炉，焦炭水分带入其煤气中的硫与干基硫进入煤气中的量几乎相当，水分对煤气硫含量的影响十分显著。由此可见，降低湿焦水分是控制高炉煤气硫含量的一项有效措施。
三座高炉焦炭结构和煤气SO2含量如表3所示。5#高炉和7#高炉均为2000m3级高炉，8#高炉为3200m3高炉。煤气取样分析期间三座高炉燃料比分别为513kg、514kg和504kg，煤比分别为114kg、118kg和144kg。5#、7#高炉燃料比和煤比相当，但是其湿焦比例最高，因而其煤气硫含量明显偏高；8#高炉湿焦比例最低，同时燃料比最低、煤比最高，因而其煤气硫含量最低。
表3 不同高炉焦炭结构和煤气硫含量对比
| 焦炭结构 | SO2含量，mg/m3 | |
| 5#高炉煤气 | 50%干焦+50%湿焦 | 152 |
| 7#高炉煤气 | 30%干焦+70%湿焦 | 195 |
| 8#高炉煤气 | 90%干焦+10%湿焦 | 84 |
3.3 改变烧炉气组成
三座高炉热风炉烧炉气体组成及废气SO2含量表4所示。热风炉烧炉均以高炉煤气为主，根据温度要求掺烧一定比例的转炉煤气或焦炉煤气。转炉煤气和焦炉煤气SO2含量分别为190 mg/m3和902 mg/m3。
表4 不同煤气硫含量对比
表4 不同煤气硫含量对比
| 烧炉气组成 | 废气SO2含量，mg/m3 | |
| 5#高炉热风炉 | 高炉煤气+转炉煤气 | 70-120 |
| 7#高炉热风炉 | 高炉煤气+焦炉煤气 | 80-150 |
| 8#高炉热风炉 | 高炉煤气+转炉煤气 | 30-60 |
转炉煤气热值是高炉煤气的两倍左右，即1m3转炉气可以代替2m3高炉气，根据转炉煤气与三座高炉的煤气SO2含量对比，5#、7#高炉掺烧转炉煤气能够降低烧炉废气的SO2含量，8#高炉由于其煤气SO2含量较低，因而使用全高炉煤气烧炉更有利降低烧炉废气的SO2含量。焦炉煤气热值是高炉煤气的四倍左右，但是其SO2含量却是高炉煤气的四倍以上，因而使用焦炉煤气烧炉会导致废气SO2含量升高。
3.4 高炉煤气脱硫
为了防止管道腐蚀，一些企业在高炉煤气系统中增加了脱盐塔，通过喷入NaOH溶液，将系统中产生的冷凝水由酸性调整为中性，设计之初考虑的主要对象是冷凝水中的氯离子。高炉煤气中的硫主要以H2S、SO2和羰基硫（COS）的形式存在。NaOH为强碱，理论上能够与H2S和SO2较为容易的发生反应；COS作为一种有机硫，常温下性质较为稳定，虽然能够与NaOH溶液反应，但是其反应速度较慢。
邯钢煤气系统中设置了脱盐塔，但是通过对脱盐塔前后对比检测分析发现，虽然冷凝水PH值由2左右提升至6-7，但是烟气中硫含量变化很小。与之对比，国内某钢铁企业与邯钢脱盐塔结构设计完全一致，但是其脱硫效率能够达到40%左右。分析认为：一方面是由于两厂各自装备情况不同，某厂的脱盐塔可以经常进行维护，因为能够保证其喷淋过程维持雾化状态，但是邯钢检修周期较长，在检修周期末期碱性溶液往往以柱状水流进入系统，虽然不影响对冷凝水的中和，但是由于接触条件较差导致对烟气脱硫效果较差；另一方面，通过两厂煤气分析对比发现，邯钢高炉煤气系统中COS较多，硫赋存状态的不同也是邯钢脱盐塔脱硫效率较差的一个原因。
4 总结
经济高效的热风炉废气脱硫设施目前实际应用的较少，为了降低热风炉废气硫含量可以采用源头治理的方式。焦炭水分对高炉煤气硫含量影响巨大，应该引起格外重视，减少湿焦水分能够有效降低煤气硫含量。于此同时，调整烧炉气体组成、发挥脱盐塔的脱硫作用，也是降低热风炉废气硫含量有效措施。
