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摘 要：本文介绍了干熄焦环境除尘各中排放指标要求，干熄焦环境除尘烟气来源及组成和达标处理方案，移动床活性炭工艺、固定床活性炭工艺、氧化钙脱硫工艺三种干熄焦脱SO2工艺路线优缺点分析，以及安阳钢铁股份有限公司焦化厂选择移动床活性炭工艺的原因。
关键词：干熄焦;二氧化硫;工艺路线对比;投资;运行费用;原料与产物
中图分类号：X784 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0040-03
Comparison and Analysis of Dust Removal and Desulfurization Processes in CDQ Environment
ZHANG Fang
（Anyang Iron and Steel Co.， Ltd， Anyang Henan 455000）
Abstract： This paper introduces the requirements of emission index of dust removal in CDQ （coke dry quenching） environment， the source and composition of dust removal flue gas in CDQ environment and the treatment scheme for reaching the standard， the advantages and disadvantages of moving bed activated carbon process， fixed bed activated carbon process and calcium oxide desulfurization process. It also gives the reason why coking plant chose moving bed activated carbon process.
Keywords： CDQ;SO2;process comparison; investment; running costs; raw materials and products
常规干熄焦环境除尘烟囱排放浓度在200 mg/Nm3左右。《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）要求干熄焦一般地区排放限值：颗粒物浓度≤50 mg/Nm3、SO2 浓度≤100 mg/Nm3;特别限值地区排放限值：颗粒物浓度≤30 mg/Nm3、SO2浓度≤80 mg/Nm3。根据生态环境部等单位2019年4月联合下发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中，进一步要求干熄焦环境除尘超低排放限值：颗粒物浓度≤10 mg/Nm3、SO2 浓度≤50 mg/Nm3。目前，焦化厂干熄焦环境除塵大多无脱除SO2装置，需要新建。安钢焦化厂新建了流动床活性炭法脱硫，宝钢本部建成1套固定床活性炭脱硫装置，邯宝焦化厂新建以氧化钙为脱硫剂的脱硫工艺，以下就3种方案进行对比分析。
1 干熄焦装置SO2来源与处理方案
1.1 干熄焦装置SO2来源
干熄焦地面集尘站烟囱外排的烟气主要来自干熄炉装炉产生的烟气、预存段顶部放散烟气、风机后放散烟气以及排焦过程产生的烟气等4个部位。干熄炉装焦作业为间歇性作业，随着装焦和不装焦两种状态交替进行，地面除尘风机相应地高低速频繁切换。在干熄炉不装焦的状态下，地面除尘风机处于低速运行状态，以保障预存段、循环放散以及排焦除尘的正常引风;在干熄炉装焦状态下，地面除尘风机则处于高速运行状态，高速运行时间占总运行时间的50%左右。有文献研究通过干熄焦地面集尘系统外排的SO2，其中95%是由预存段放散部位和风机后放散管外排烟气产生的[1]。
1.2 安阳钢铁股份有限公司焦化厂干熄焦装置SO2测量结果分析
为获得干熄焦放散气的SO2准确数据，安阳钢铁股份有限公司焦化厂委托第三方对各装置放散气进行了现场测量。从检测结果来看，140 t/h干熄焦排焦温度高，SO2浓度高，低速时600～700 mg/m3，高速时300～400 mg/m3，如果不治理无法达到超低排放要求。如果把预存段放散气、排焦装置都采出，仅剩装入装置，实测峰值在738 mg/m3，1次装焦时间约70 s，平均浓度按400 mg/m3，6 m焦炉结焦时间设计19 h，每小时出焦5.8炉，加权计算小时平均SO2浓度44 mg/m3能够达到超低排放要求。140 t/h干熄焦预存段放散气实测量9 000标方/h，排焦装置计算量20 000～30 000标方/小时，总计量30 000～40 000标方/h，SO2浓度计算量800～1 200 mg/m3，设计量按1 000～1 500 mg/m3。
1.3 干熄焦装置烟气SO2处理方案
结合干熄焦工艺特点，为满足干熄焦地面集尘系统产生的烟气的能够达标排放，并从减少投资和运行成本角度考虑，对排放高浓度SO2而相对低烟气流量的预存段放散部位和风机后放散部位的两股气体实施单独净化，而装入部位和排焦部位的烟气则不需要净化。
2 三种干熄焦脱硫装置工艺流程简介
2.1 移动床活性炭工艺流程
移动床活性炭脱硫工艺路线：袋式除尘+移动床活性炭脱硫+加热炉再生制硫酸铵溶液。具体流程：需要处理的气体先经过冷却、袋式除尘后进入净化塔，在净化塔内经活性炭吸附过SO2后，净化后的烟气返回原烟囱排放。吸附过SO2的活性炭送至再生塔再生，再生后的活性炭返回净化塔循环使用;再生烟气经过喷氨吸收后，经过氧化浓缩送往硫铵工序制备硫铵。 2.2 固定床活性炭工艺流程
固定床活性炭脱硫工艺路线：袋式除尘+固定床活性炭脱硫+水洗再生制稀硫酸。具体流程：需要处理的气体先经袋式除尘后进入脱硫塔，活性炭基载体上负载活性催化成分，使气体中的水分、氧气、SO2在催化剂的作用下，生成一定浓度的硫酸，净化后的烟气由于含有酸性气体无法返回原烟囱排放，需要新建烟囱排放。吸附饱和的活性炭后经过分级水洗再生，生产约3%的稀硫酸。活性炭每年要打开清理一次粉化的活性炭，每3年全部掏出清理碎屑并做活化再生。
2.3 氧化钙脱硫工艺流程
氧化钙脱硫工艺路线：氧化钙脱硫+袋式除尘。工艺流程：需要处理的气体与蒸汽混合进入脱硫塔，烟气中的SO2在催化剂的作用下和钙基脱硫剂（和活性炭大小类似的成型料）发生中和反应，反应后的净烟气经过袋式除尘后，通过引风機排入烟囱。塔底排出的脱硫剂部分和塔顶料仓中的脱硫剂间断补充到脱硫塔内，部分定时外运。
3 三种干熄焦脱硫装置对比分析
3.1 占地面积与投资对比
移动床活性炭脱硫工艺不含外围配套和硫铵装置改造预估投资费用约3 500万元，每套主体部分占地面积约220 m2;固定床活性炭脱硫工艺不含外围配套和硫铵装置改造预估投资费用约2 800万元，每套主体部分占地面积约300 m2;氧化钙脱硫工艺不含外围配套和硫铵装置改造预估投资费用约2 500万元，每套主体部分占地面积约200 m2。
从投资来看移动床活性炭脱硫工艺一次性投资稍高;宝钢固定床活性炭脱硫工艺采用碳钢防腐材质，略低于移动床活性炭脱硫工艺，但稀酸的腐蚀性很强，一旦防腐层损坏，装置整体损坏速度极快，维护量极高;氧化钙脱硫工艺一次性投资较低。
3.2 主要原料与产物（副产品）对比
移动床活性炭脱硫、氧化钙脱硫进口SO2按1.5 g/Nm3计算，固定床活性炭脱硫按进口SO2按0.5 g/Nm3主要原料与产物（副产品）对比计算如下：移动床活性炭脱硫工艺使用原料为活性炭90 t/年，氨水（折纯）698 t/年;产生的固废为活性炭粉90 t/年;无废液产生;副产品为硫酸铵2 706 t/年。固定床活性炭脱硫工艺使用原料为活性炭25 t/年，软水8 000 t/年，工业水16 800 t/年;产生的固废为活性炭粉25 t/年;废液为3%稀硫酸溶液11 953 t/年（含有一定量的重金属）;无副产品。氧化钙脱硫工艺使用原料为成型氧化钙2 000 t/年;副产品氧化钙、硫酸钙、亚硫酸钙混合物3 339 t/年，无废液排放。
3.3 运行费用对比
移动床活性炭脱硫和氧化钙法脱硫焦炭产量按320万 t/年计算，装置进口SO2按1.5 g/m3计算，未含员工工资和备件检修费用。固定床活性炭脱硫按宝钢方案，进口SO2按0.5 g/m3，总风量按8万标方/ h计算。以上3种工艺运行费用分别估算如表1、表2、表3所示。
移动床活性炭脱硫运行费用主要来自电费（预估244.7万元/年）、氨水费用（预估209.4万元/年）、焦炉煤气费用（预估98.1万元/年）、活性炭费用（预估54万元/年）以及氮气费用（预估36.8万元/年），由于副产品为硫酸铵，可冲抵一部分运行成本。
氧化钙法脱硫运行费用主要来自氧化钙费用（预估600万元/年）、电费（预估209.7万元/年）、蒸汽费用（预估31.5万元/年）以及氮气费用（预估9.2万元/年）。
固定床活性炭脱硫工艺运行费用主要来自电费（预估224.7万元/年）、活性炭费用（预估70万元/年）、软水费用（预估9万元/年）、工业水费用（预估6.3万元/年）以及氮气费用（预估9.2万元/年）。
从以上对比表可以看出，运行费用固定床活性炭脱硫费用最低，年运行费用约268.7万元，折合吨焦0.61/元;移动床活性炭脱硫费用居中，年运行费用约494.1万元，折合吨焦1.54元;氧化钙脱硫费用最高，年运行费用约850.4万元，折合吨焦2.658元。
3.4 综合对比分析
以上3种脱硫工艺综合对比如表4所示。
综合对比分析各方案优缺点有3个方面。
①移动床活性炭脱硫的优点是工艺成熟、副产物便于无害化处理、运行费用不高、操作简单、汽车倒运少、各项原料都可以市场化采购;缺点是一次性投资稍高。
②固定床活性炭脱硫的优点是一次性投资不高、工艺成熟、运行费用低、汽车倒运少;缺点一是废液稀硫酸含有一定量的重金属，量多、处理难度大;二是活性炭每年要打开清理一次粉化的活性炭，每3年全部掏出清理碎屑并做活化再生，劳动强度大;三是所用活性炭为专有技术，无法市场化采购。
③氧化钙脱硫工艺的优点是一次性投资低、操作简单、无废液产生，缺点一是没有得到工业应用，使用效果有待验证;二是运行费用高;三是固废量大;四是汽车倒运量大;五是脱硫剂为专有技术，无法市场化采购。
4 结语
从投资、运行费用、操作、固液废产生情况等方面综合考虑，结合安钢的实际工况，干熄焦环境除尘脱SO2移动床活性炭脱硫工艺更适合安钢焦化厂工况。
参考文献：
[1] 王保林，曹银平，徐昶辉.焦炉烟气中SO2含量的变化分析[J].燃料与化工，2019（1）：29-31.
关键词：干熄焦;二氧化硫;工艺路线对比;投资;运行费用;原料与产物
中图分类号：X784 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0040-03
Comparison and Analysis of Dust Removal and Desulfurization Processes in CDQ Environment
ZHANG Fang
（Anyang Iron and Steel Co.， Ltd， Anyang Henan 455000）
Abstract： This paper introduces the requirements of emission index of dust removal in CDQ （coke dry quenching） environment， the source and composition of dust removal flue gas in CDQ environment and the treatment scheme for reaching the standard， the advantages and disadvantages of moving bed activated carbon process， fixed bed activated carbon process and calcium oxide desulfurization process. It also gives the reason why coking plant chose moving bed activated carbon process.
Keywords： CDQ;SO2;process comparison; investment; running costs; raw materials and products
常规干熄焦环境除尘烟囱排放浓度在200 mg/Nm3左右。《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）要求干熄焦一般地区排放限值：颗粒物浓度≤50 mg/Nm3、SO2 浓度≤100 mg/Nm3;特别限值地区排放限值：颗粒物浓度≤30 mg/Nm3、SO2浓度≤80 mg/Nm3。根据生态环境部等单位2019年4月联合下发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中，进一步要求干熄焦环境除尘超低排放限值：颗粒物浓度≤10 mg/Nm3、SO2 浓度≤50 mg/Nm3。目前，焦化厂干熄焦环境除塵大多无脱除SO2装置，需要新建。安钢焦化厂新建了流动床活性炭法脱硫，宝钢本部建成1套固定床活性炭脱硫装置，邯宝焦化厂新建以氧化钙为脱硫剂的脱硫工艺，以下就3种方案进行对比分析。
1 干熄焦装置SO2来源与处理方案
1.1 干熄焦装置SO2来源
干熄焦地面集尘站烟囱外排的烟气主要来自干熄炉装炉产生的烟气、预存段顶部放散烟气、风机后放散烟气以及排焦过程产生的烟气等4个部位。干熄炉装焦作业为间歇性作业，随着装焦和不装焦两种状态交替进行，地面除尘风机相应地高低速频繁切换。在干熄炉不装焦的状态下，地面除尘风机处于低速运行状态，以保障预存段、循环放散以及排焦除尘的正常引风;在干熄炉装焦状态下，地面除尘风机则处于高速运行状态，高速运行时间占总运行时间的50%左右。有文献研究通过干熄焦地面集尘系统外排的SO2，其中95%是由预存段放散部位和风机后放散管外排烟气产生的[1]。
1.2 安阳钢铁股份有限公司焦化厂干熄焦装置SO2测量结果分析
为获得干熄焦放散气的SO2准确数据，安阳钢铁股份有限公司焦化厂委托第三方对各装置放散气进行了现场测量。从检测结果来看，140 t/h干熄焦排焦温度高，SO2浓度高，低速时600～700 mg/m3，高速时300～400 mg/m3，如果不治理无法达到超低排放要求。如果把预存段放散气、排焦装置都采出，仅剩装入装置，实测峰值在738 mg/m3，1次装焦时间约70 s，平均浓度按400 mg/m3，6 m焦炉结焦时间设计19 h，每小时出焦5.8炉，加权计算小时平均SO2浓度44 mg/m3能够达到超低排放要求。140 t/h干熄焦预存段放散气实测量9 000标方/h，排焦装置计算量20 000～30 000标方/小时，总计量30 000～40 000标方/h，SO2浓度计算量800～1 200 mg/m3，设计量按1 000～1 500 mg/m3。
1.3 干熄焦装置烟气SO2处理方案
结合干熄焦工艺特点，为满足干熄焦地面集尘系统产生的烟气的能够达标排放，并从减少投资和运行成本角度考虑，对排放高浓度SO2而相对低烟气流量的预存段放散部位和风机后放散部位的两股气体实施单独净化，而装入部位和排焦部位的烟气则不需要净化。
2 三种干熄焦脱硫装置工艺流程简介
2.1 移动床活性炭工艺流程
移动床活性炭脱硫工艺路线：袋式除尘+移动床活性炭脱硫+加热炉再生制硫酸铵溶液。具体流程：需要处理的气体先经过冷却、袋式除尘后进入净化塔，在净化塔内经活性炭吸附过SO2后，净化后的烟气返回原烟囱排放。吸附过SO2的活性炭送至再生塔再生，再生后的活性炭返回净化塔循环使用;再生烟气经过喷氨吸收后，经过氧化浓缩送往硫铵工序制备硫铵。 2.2 固定床活性炭工艺流程
固定床活性炭脱硫工艺路线：袋式除尘+固定床活性炭脱硫+水洗再生制稀硫酸。具体流程：需要处理的气体先经袋式除尘后进入脱硫塔，活性炭基载体上负载活性催化成分，使气体中的水分、氧气、SO2在催化剂的作用下，生成一定浓度的硫酸，净化后的烟气由于含有酸性气体无法返回原烟囱排放，需要新建烟囱排放。吸附饱和的活性炭后经过分级水洗再生，生产约3%的稀硫酸。活性炭每年要打开清理一次粉化的活性炭，每3年全部掏出清理碎屑并做活化再生。
2.3 氧化钙脱硫工艺流程
氧化钙脱硫工艺路线：氧化钙脱硫+袋式除尘。工艺流程：需要处理的气体与蒸汽混合进入脱硫塔，烟气中的SO2在催化剂的作用下和钙基脱硫剂（和活性炭大小类似的成型料）发生中和反应，反应后的净烟气经过袋式除尘后，通过引风機排入烟囱。塔底排出的脱硫剂部分和塔顶料仓中的脱硫剂间断补充到脱硫塔内，部分定时外运。
3 三种干熄焦脱硫装置对比分析
3.1 占地面积与投资对比
移动床活性炭脱硫工艺不含外围配套和硫铵装置改造预估投资费用约3 500万元，每套主体部分占地面积约220 m2;固定床活性炭脱硫工艺不含外围配套和硫铵装置改造预估投资费用约2 800万元，每套主体部分占地面积约300 m2;氧化钙脱硫工艺不含外围配套和硫铵装置改造预估投资费用约2 500万元，每套主体部分占地面积约200 m2。
从投资来看移动床活性炭脱硫工艺一次性投资稍高;宝钢固定床活性炭脱硫工艺采用碳钢防腐材质，略低于移动床活性炭脱硫工艺，但稀酸的腐蚀性很强，一旦防腐层损坏，装置整体损坏速度极快，维护量极高;氧化钙脱硫工艺一次性投资较低。
3.2 主要原料与产物（副产品）对比
移动床活性炭脱硫、氧化钙脱硫进口SO2按1.5 g/Nm3计算，固定床活性炭脱硫按进口SO2按0.5 g/Nm3主要原料与产物（副产品）对比计算如下：移动床活性炭脱硫工艺使用原料为活性炭90 t/年，氨水（折纯）698 t/年;产生的固废为活性炭粉90 t/年;无废液产生;副产品为硫酸铵2 706 t/年。固定床活性炭脱硫工艺使用原料为活性炭25 t/年，软水8 000 t/年，工业水16 800 t/年;产生的固废为活性炭粉25 t/年;废液为3%稀硫酸溶液11 953 t/年（含有一定量的重金属）;无副产品。氧化钙脱硫工艺使用原料为成型氧化钙2 000 t/年;副产品氧化钙、硫酸钙、亚硫酸钙混合物3 339 t/年，无废液排放。
3.3 运行费用对比
移动床活性炭脱硫和氧化钙法脱硫焦炭产量按320万 t/年计算，装置进口SO2按1.5 g/m3计算，未含员工工资和备件检修费用。固定床活性炭脱硫按宝钢方案，进口SO2按0.5 g/m3，总风量按8万标方/ h计算。以上3种工艺运行费用分别估算如表1、表2、表3所示。
移动床活性炭脱硫运行费用主要来自电费（预估244.7万元/年）、氨水费用（预估209.4万元/年）、焦炉煤气费用（预估98.1万元/年）、活性炭费用（预估54万元/年）以及氮气费用（预估36.8万元/年），由于副产品为硫酸铵，可冲抵一部分运行成本。
氧化钙法脱硫运行费用主要来自氧化钙费用（预估600万元/年）、电费（预估209.7万元/年）、蒸汽费用（预估31.5万元/年）以及氮气费用（预估9.2万元/年）。
固定床活性炭脱硫工艺运行费用主要来自电费（预估224.7万元/年）、活性炭费用（预估70万元/年）、软水费用（预估9万元/年）、工业水费用（预估6.3万元/年）以及氮气费用（预估9.2万元/年）。
从以上对比表可以看出，运行费用固定床活性炭脱硫费用最低，年运行费用约268.7万元，折合吨焦0.61/元;移动床活性炭脱硫费用居中，年运行费用约494.1万元，折合吨焦1.54元;氧化钙脱硫费用最高，年运行费用约850.4万元，折合吨焦2.658元。
3.4 综合对比分析
以上3种脱硫工艺综合对比如表4所示。
综合对比分析各方案优缺点有3个方面。
①移动床活性炭脱硫的优点是工艺成熟、副产物便于无害化处理、运行费用不高、操作简单、汽车倒运少、各项原料都可以市场化采购;缺点是一次性投资稍高。
②固定床活性炭脱硫的优点是一次性投资不高、工艺成熟、运行费用低、汽车倒运少;缺点一是废液稀硫酸含有一定量的重金属，量多、处理难度大;二是活性炭每年要打开清理一次粉化的活性炭，每3年全部掏出清理碎屑并做活化再生，劳动强度大;三是所用活性炭为专有技术，无法市场化采购。
③氧化钙脱硫工艺的优点是一次性投资低、操作简单、无废液产生，缺点一是没有得到工业应用，使用效果有待验证;二是运行费用高;三是固废量大;四是汽车倒运量大;五是脱硫剂为专有技术，无法市场化采购。
4 结语
从投资、运行费用、操作、固液废产生情况等方面综合考虑，结合安钢的实际工况，干熄焦环境除尘脱SO2移动床活性炭脱硫工艺更适合安钢焦化厂工况。
参考文献：
[1] 王保林，曹银平，徐昶辉.焦炉烟气中SO2含量的变化分析[J].燃料与化工，2019（1）：29-31.