中华网|超低排放来了北大先锋解锁高炉煤气精脱硫新技能高炉作为长流程炼钢的主流炼

高炉作为长流程炼钢的主流炼铁装备，在钢铁行业内具有举足轻重的地位。利用高炉进行炼铁，每吨铁水副产1600-2000立方米的高炉煤气，热值700-800大卡/立方米，煤气中含有一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气等组分，同时伴有尘、硫等污染物。一般情况下，高炉煤气通过重力除尘和布袋除尘后，被应用于热风炉、烧结、加热炉、发电等工序，最后排放到大气中，烟气中的二氧化硫排放浓度100-200毫克/立方米。
2019年4月28日，生态环境部、发改委、工信部等五部委联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，对钢铁行业超低排放指标提出了要求。具体来看，烧结机机头、球团焙烧烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值分别不高于10、35、50毫克/立方米;其他主要污染源颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值原则上分别不高于10、50、200毫克/立方米，达到超低排放的钢铁企业每月至少95%以上时段小时均值排放浓度满足上述指标。
由此可见，现有钢铁行业的高炉煤气利用后的二氧化硫排放浓度100-200毫克/立方米，远高于超低排放指标要求的35、50毫克/立方米，因此，钢铁行业高炉煤气的利用需要进行脱硫处理。
一、高炉煤气脱硫点：前端和末端
高炉煤气的脱硫处理可以分为前端脱硫和末端脱硫，主要区别在于处理的硫形态和处理的气量不同。
1、前端脱硫(燃烧用气点之前)
高炉冶炼铁水，是利用焦炭、煤和铁矿石发生还原反应，产生的高炉煤气中的硫也主要是以还原态形式存在。经过色谱取样检测，高炉煤气中的有机硫：羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)占总硫含量的70-80%;无机硫：硫化氢(H2S)占总硫含量的20-30% 。
因此高炉煤气前端脱硫需要脱除的是上述三类硫化物，即羰基硫、二硫化碳和硫化氢。
前端脱硫所处理的气量为高炉实际产生的气量，以1080立方米高炉为例，每小时产生的高炉煤气量为24-28万立方米，因为在用气点之前集中处理，所以只需要建设一套脱硫装置。
2、末端脱硫(燃烧用气点之后)
高炉煤气利用在热风炉、烧结、加热炉等用气点，是利用煤气自身700-800大卡/立方米的热值，煤气中存在热值的组分主要是一氧化碳(20-25%) ，氢气(1%) 。一氧化碳、氢气和空气中的氧气发生燃烧氧化反应的同时，煤气中的羰基硫、二硫化碳和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脱除的是末端生成物二氧化硫。
末端脱硫所处理的气量除高炉实际产生的煤气量外，增加了配入空气的量，以1080立方米高炉为例，每小时需要处理的气量为38万立方米(高炉煤气量按26万立方米/小时，一氧化碳和氢气含量按25% ，配入空气量约为15.5万立方米/小时，空气中氧含量按21%计算) 。相比前端处理，需要处理气量增加了50% ，同时由于用气点分散，末端脱硫需要针对每个用气点都建设脱硫装置。
综合以上分析，可将两种脱硫方法做简单对比，如表1所示：
表1 1080立方米高炉前端脱硫和末端脱硫工艺对比
脱硫类型脱硫对象处理气量装置套数
前端脱硫COS、CS2、H2S26万Nm³/h1
末端脱硫SO238万Nm³/h5-10
二、3种高炉煤气脱硫技术分析对比
【中华网|超低排放来了北大先锋解锁高炉煤气精脱硫新技能】随着各省市逐步推动实施钢铁行业超低排放，与高炉煤气脱硫有关的各类需求近期才受到关注。前端脱硫主要分为干法和湿法;末端脱硫因和其他工业烟气工况类似，可利用传统的石灰石膏法、镁法、氨法等脱硫工艺。
1、前端干法脱硫
前端干法脱硫技术借鉴化工行业的脱硫工艺，先将有机硫通过水解(利用高炉煤气自身水分，不补水)变换为无机硫，再利用干法脱硫剂将无机硫进行脱除，工艺流程如图1所示：
图1 前端干法脱硫流程图

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具体工艺路线：高炉煤气从炉顶出来，先经过重力除尘和布袋除尘装置，将其中的尘含量降到10毫克/立方米以下，接着进入透平发电装置(TRT) ，利用煤气压力和温度发电，再通过水解转化装置，将羰基硫和二硫化碳转换为硫化氢，然后进入脱硫装置，利用干法脱硫剂将煤气中的硫化氢脱除，最后进入各个用气点进行利用，经过脱硫后，各个用气点排放的烟气中的二氧化硫浓度达到超低排放要求。

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