王慶 蘭娜
2023年4月20日,正值河北唐銀鋼鐵有限公司高爐煤氣精脫硫設(shè)備一次開車成功后,穩(wěn)定運行滿100天的重要時間節(jié)點。北京北大先鋒科技股份有限公司駐扎在唐銀精脫硫項目現(xiàn)場數(shù)月的工程技術(shù)團隊,在完成現(xiàn)場清掃和收尾工作后陸續(xù)退場。這個被業(yè)內(nèi)一度視作“國內(nèi)最嚴標準”的高爐煤氣精脫硫示范項目,終于在向海而建的曹妃甸企業(yè)園區(qū)內(nèi)圓滿交付。
唐銀鋼鐵公司退城搬遷項目于2021年4月份正式開工,2022年12月13 日,2#高爐的第一爐鐵水從鐵口涌出,開啟了唐銀鋼鐵打造具有較強市場競爭力的資源節(jié)約型現(xiàn)代化聯(lián)合鋼鐵企業(yè)的新征程。唐銀鋼鐵自2018 年8 月份著手進行退城搬遷工作,彼時,距生態(tài)環(huán)境部2018年5月份發(fā)布的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案(征求意見稿)》(以下簡稱《征求意見稿》)不過3個月,該《征求意見稿》要求新建(含搬遷)鋼鐵項目要全部達到超低排放水平。這成為唐銀鋼鐵退城搬遷項目明確環(huán)保標準的第一步,新廠建設(shè)的高爐煤氣凈化工藝方案將緊扣超低排放標準,建設(shè)源頭治理的精脫硫設(shè)備是大勢所趨。
高爐煤氣前端精脫硫相當(dāng)于高正壓工況的煙氣脫硫,壓力為幾十至幾百kPa 正壓。高正壓工況的煙氣脫硫工藝技術(shù)難度極大,世界范圍內(nèi)幾乎沒有成功先例,從這一意義來說,高爐煤氣精脫硫在世界范圍內(nèi)屬于中國首創(chuàng)。唐銀鋼鐵在比選和考察國內(nèi)高爐煤氣精脫硫技術(shù)時,正處于我國精脫硫技術(shù)的“拓荒期”。哪種工藝設(shè)備運行更加穩(wěn)定、脫硫效果更有保障成為困擾企業(yè)的難題,在鋼鐵行業(yè)沒有實際的工業(yè)應(yīng)用案例,這意味著沒有經(jīng)驗可循。
項目招標前期,唐銀鋼鐵從行業(yè)渠道了解到北京北大先鋒科技有限公司在衡陽華菱鋼管有限公司(衡鋼)建設(shè)的高爐煤氣提純一氧化碳項目中,在預(yù)處理環(huán)節(jié)對高爐煤氣進行了精脫硫,將煤氣中的總硫脫除至0.1ppm 以下,這套設(shè)備已在衡鋼穩(wěn)定運行超過十年,是全世界唯一投入工業(yè)化使用的高爐煤氣精脫硫設(shè)備。這一細節(jié)引起了唐銀鋼鐵的重視,通過對精脫硫工藝的深入研究考察,企業(yè)對高爐煤氣前端脫硫?qū)崿F(xiàn)超低排放建立了信心。
該項目由北大先鋒與西安航天源動力工程有限公司合作共同建造,北大先鋒負責(zé)核心技術(shù)、設(shè)備、試劑、工藝包,西安航天公司負責(zé)總包工程。唐銀鋼鐵高爐煤氣經(jīng)除塵、TRT 發(fā)電后,輸送至精脫硫系統(tǒng),達到超低排放標準的高爐煤氣再送至燃氣鍋爐、熱風(fēng)爐、石灰窯、加熱爐等末端用氣點使用(見圖1)。
由圖1 可知,企業(yè)末端用氣點越多,越適合選擇前端精脫硫工藝,因其節(jié)省末端二次脫硫投資,效益更加顯著。采取源頭處理的最大優(yōu)點是煤氣集中處理,管理方便,下游用戶使用時不需要再進行處理,尤其是軋線加熱爐與熱處理爐數(shù)量較多的企業(yè),環(huán)保政策鼓勵實施精脫硫,同時可保留部分工藝可行的末端治理設(shè)施作為備用。
唐銀鋼鐵2 座高爐爐容均為1500m3,合計處理煤氣量80 萬m3/h,是目前國內(nèi)單套處理高爐煤氣量最大的精脫硫項目。該項目設(shè)計8 條支路,將煤氣壓損降至8kPa 以下,實際運行中,設(shè)備系統(tǒng)壓差為4kPa~5kPa,只有設(shè)計限值的50%,降低煤氣進口壓差是保證后續(xù)脫硫工藝高效運行的關(guān)鍵,也是精脫硫工藝中的技術(shù)關(guān)鍵點。
高爐煤氣精脫硫裝置采用“水解轉(zhuǎn)化+催化吸附”全干法工藝對高爐煤氣中的氣態(tài)硫污染物(COS、H2S等)實施源頭集中脫除,保證下游高爐煤氣燃燒工段SO2達標排放。工藝流程如圖2所示。
高爐煤氣先進入預(yù)處理系統(tǒng),隨后經(jīng)過換熱器進入水解塔。水解塔內(nèi)裝填水解劑,將高爐煤氣中的有機硫(COS)轉(zhuǎn)化為無機疏(H2S);水解后煤氣通過換熱器降溫后進入裝有脫硫劑的徑向脫硫塔,將煤氣中的無機硫(H2S)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的硫單質(zhì),最終實現(xiàn)高爐煤氣精脫硫。
我國不同高爐所產(chǎn)煤氣含硫量(包含有機硫、無機硫)差異較大,折算平均總硫濃度在30mg/m3~220mg/m3 范圍,唐銀鋼鐵高爐原煤氣進口總硫濃度約200mg/m3,平均硫濃度接近最高值。該項目中,精脫硫裝置的每個關(guān)鍵出入口均安裝有連續(xù)在線監(jiān)測儀表,將煤氣的硫含量(包含COS、H2S)、氧含量、塵含量、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時上傳至中控室,鋼鐵廠得以全面準確地收集數(shù)據(jù),掌握高爐煤氣脫硫效率。項目投產(chǎn)后的運行數(shù)據(jù)顯示,出口硫濃度僅為0~8mg/m3,這一指標是目前中國已知的效果最好的鋼廠精脫硫設(shè)備運行數(shù)據(jù),排放煙氣中硫含量不僅遠低于國家特別排放限值,更達到了河北制定的更加嚴格的超低排放地方標準。
在國家環(huán)保政策的引領(lǐng)下,全國各省已啟動鋼鐵企業(yè)環(huán)??冃?span style="">創(chuàng)A 實施方案,用高水平環(huán)??冃Ч芾硗苿愉撹F企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展。A 級企業(yè)在重污染天氣期間可以自主采取應(yīng)急減排措施,不停、不限,帶動企業(yè)通過環(huán)保改造,實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)、降低成本、提升效益。精脫硫項目的超預(yù)期穩(wěn)定運行,將助力唐銀鋼鐵向環(huán)??冃 級企業(yè)邁進一大步。
唐銀鋼鐵精脫硫項目是鋼鐵行業(yè)減污降碳的環(huán)保標桿,具有良好的引領(lǐng)示范作用。隨著越來越多鋼鐵企業(yè)在精脫硫工藝上開展深入探索,實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,政府引導(dǎo)推動和企業(yè)自主提升同時發(fā)力,取得了顯著成果。生產(chǎn)實踐證明,高爐煤氣全干法前端精脫硫工藝流程簡單、水解轉(zhuǎn)化率及脫硫效率高、工況適應(yīng)性強、運行可靠性高、安全性好、節(jié)省占地,將推動鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造發(fā)展新空間,提升核心競爭力,促進全國鋼鐵行業(yè)深度減排、綠色轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。
《中國冶金報》(5月25日6版頭條)