DSC 干式超净+工艺在三钢高湿、高SO3热回收焦炉项目的应用

张乐佳

（福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建 龙岩 364000）

1 项目概况

因热回收焦炉烟气存在高湿度（可达14%）、高SO3浓度（可达200 mg/Nm3）等独特性，现有年产100万吨/年热回收焦炉配套的三套湿法脱硫投运后，烟囱“蓝烟”尾翼严重，虽然多次投入巨资对湿法进行升级改造，但均无法消除蓝烟问题。

2021 年初，为了彻底消除三钢焦化烟囱的有色烟羽问题，基于龙净在三钢的所有干法脱硫除尘烟囱出口无有色烟羽，排放透明，特别是国家环境测试分析中心的权威测试，出口SO3浓度均稳定低于3 mg/Nm3，是目前国内唯一具有入口SO3浓度高达200 mg/Nm3以上实现超低排放的干式超净技术业绩厂家。

为此，三钢集团经过多番的技术考察论证与招标，决定对二炼焦100 万吨/年热回收焦炉直接采用福建龙净循环流化床干法脱硫除尘一体化技术进行升级改造，采用负压运行方式，一机对两根烟气主管的系统，实现全自动控制。

该装置经过半年多的建设，于2022 年1 月20 日一次性成功投运，并取得了优异的环保指标，为我国热回收焦炉烟气综合治理作出了榜样，并提供了很好的技术支撑。

2 项目设计

2.1 工艺流程

三钢二炼热回收焦炉烟气治理装置的工艺流程见图1。

如图1 所示，三钢二炼热回收焦炉烟气治理系统中，烟气从余热锅炉的汇总烟道中间引出，进入干法脱硫除尘岛进行脱硫除尘后由引风机导入烟囱排入大气。工艺流程为：焦炉→余热锅炉→干法脱硫反应塔→干法专用低压布袋除尘器→引风机→烟囱排放。

图1 三钢二炼热回收焦炉烟气治理装置工艺流程图

从焦炉排出的烟气经锅炉余热回收后，通过烟道导入脱硫除尘系统，在（半）干式脱硫反应塔内，依靠反应塔中湍动剧烈的高浓度、高效传质传热的物料床层，通过喷高雾化水降温至90~100 ℃，高效协同脱除SO3、SO2、HCl、HF 等酸性气体和焦油、有机物等污染物，脱硫后的烟气再通过后面无缝衔接的专用低压喷吹布袋除尘器对粉尘进行超净脱除，粉尘排放浓度≤10 mg/Nm3，经两台离心风机通过新建混凝土烟囱排放，焦炉、锅炉、脱硫除尘系统采用一级风机串联的布置方式，节省用电。

2.2 设计参数，见表1

表1 三钢二炼热回收焦炉烟气治理脱硫除尘超净工艺设计参数

2.3 总体布置设计

本项目为改造项目，场地紧张狭小，需综合考虑新建脱硫除尘装置充分利用现有场地，并与厂区整体布局的合理性及美观。福建龙净拥有一支优秀的总平团队，拥有强大的平面和三维布置能力，能够在各系统装置的平面和空间组合上，既做到功能性作业的明确分区，又做到对现有场地的充分利用，与现场旧有装置避免干涉，布局紧凑合理、外观整体并且协调。

新建脱硫除尘装置，布置于西区脱硫综合楼旁空地，需要拆除尿素罐区、尿素仓库和灰仓，从锅炉出口汇总烟道引出烟气，沿着现有的管架，从厂区道路上方通过后（高度满足道路通行要求）汇合接引至脱硫除尘区域内，进口烟道布置合理，烟气分布均匀，不与厂区设备及构筑物发生干涉，同时红线区内的道路保留，净高为5 m。经过干法脱硫除尘处理洁净后的烟气从新建的无需防腐混凝土烟囱排放。脱硫除尘配电柜布置于布袋除尘器下的电控间。

DSC 干式脱硫除尘岛主要由干式反应塔、脱硫专用低压布袋除尘器、生石灰仓、消石灰仓、脱硫灰库等组成，采用钢支架支撑；主要工艺装置和辅助设施围绕干式反应塔，按工艺需求集中布置。生、消石灰仓紧贴反应塔布置，一方面便于生石灰的装卸同时确保消石灰仓中吸收剂的输送距离尽可能短。整个脱硫除尘岛道路通畅，并预留有足够的检修场地（如图2 所示）。

图2 三钢热回收焦炉烟气治理装置现场照片（干式烟囱排放透明干净）

2.4 进口烟道流场模拟计算

根据总图布置，进口烟道复杂，对脱硫岛进口烟道的速度场、温度场及压力进行分析，保证总平规划的烟道烟气流动均匀，温度稳定和阻力小，新增脱硫系统取气点详细流场模拟计算结果如下：

图3为福建三钢（集团）三明化工有限责任公司二炼焦烟气治理EPC 总承包项目进口烟道三维模型图。图中展示了烟气走向及进出口，同时在近吸收塔的急转弯处设置导流板。其中烟气进口为圆烟道，截面直径为2.32 m；主烟道为圆烟道，截面直径为4.1 m；烟气出口为方烟道，烟道尺寸为3.65 m。

图3 进口烟道三维模型图

2.5 流场结果分析

2.5.1 速度场分析

图4为福建三钢（集团）三明化工有限责任公司二炼焦烟气治理EPC 总承包项目进口烟道速度场流线图，据图可以观察到，进口烟度速度流线线型分明，未发现出现流线交叉及漩涡现象，特别对烟气出口及进口进行局部放大，放大图显示两位置速度流线层次分明，呈现出较好的流动状态。

图4 速度场流线图

2.5.2 温度场分析

图5为福建三钢（集团）三明化工有限责任公司二炼焦烟气治理EPC 总承包项目进口烟道壁板温度分布云图，根据温度云图的数值显示范围，进口烟道壁板温度在442.998~443.001 K 范围内，整体温度在较小的范围内波动，未出现局部烟道设计不合理导致的能量耗散。

图5 烟道壁板温度分布

2.5.3 压力场分析

图6为福建三钢（集团）三明化工有限责任公司二炼焦烟气治理EPC 总承包项目进口烟道壁板温度分布云图，图中明显可以观察到，进口烟道的压力损失较大位置主要呈现在进口烟道的进口区域，由于该区域旧烟道的口径较小，因此形成的速度值较大，在进入进口烟道后呈现出小范围的烟气扰动，造成一定的压力损失；进一步提取烟气进口及出口的压力值，并取均值得到inlet1 为566.8 Pa，inlet2 为477.1 Pa，outlet 为195.8 Pa，由此造成的沿程损失最大仅达到371 Pa；提取烟气出口的总压分布，由分布云图观察可得出口烟气分布具有很好的均匀性。

图6 压力场云图分布及全压均值

3 DSC 干式超净+工艺实现硫酸雾超低排放的原理分析

（1）SO3在三钢所用的这个DSC 干式工艺的反应温度下，是以硫酸气溶胶形式存在，而不是以分子的形式存在。气溶胶颗粒的直径约为0.1μm，而分子的直径大约为0.000 1μm。

（2）在反应器内，Ca（OH）2颗粒的大小为2~5μm，孔隙多，比表面积高达25 m2/g 以上，比表面积越大，对SO3气溶胶具有较强的吸附能力。

（3）DSC 干式工艺的最重要的特征：烟气和脱硫反应剂之间具有最大的相对滑落速度，气固间的传热和传质效率得到很好的加强，这使得SO3气溶胶与反应剂之间有了充分的接触时间，从而满足高效化学反应的时间条件。

（4）在反应塔内，采用了循环流化床的机制，具有平均密度达到5 000 g/m3的高湍动、碰撞激烈的高密度物料床层，在床层中最高密度区域可达到10~25 kg/Nm3， 加上前面说的反应剂Ca（OH）2颗粒高比较面积的特点，导致SO3气溶胶很难从床层中行程短路通道穿过。

（5）由于SO3非常容易溶于水，在温度较低的情况下就形成酸雾，呈现离子状，只要能够与反应塔中的湿润的吸收剂接触上，立马就会发生离子型的酸碱中和反应。具体反应方程式如下：Ca（OH）2+SO3=CaSO4·1/2 H2O +1/2 H2O。

4 项目运行情况

三钢热回收焦炉脱硫改造项目于2022 年1 月投运，实际运行及检测数据表明，在原烟气SO2大于1 000 mg/Nm3、SO3大 于200 mg/Nm3的 情 况 下，经过脱硫除尘后出口净烟气SO2排放小于30 mg/Nm3，颗粒物排放小于10 mg/Nm3，满足超净排放要求。同时，由于同步实现了SO3的高效脱除，彻底解决了原湿法脱硫烟囱“蓝烟”拖尾的视觉污染。

5 结束语

福建三钢（集团）三明化工有限责任公司二炼焦烟气治理项目的成功投运和稳定运行，充分证明龙净DSC 干式超净+工艺（即循环流化床干法脱硫除尘一体化技术）可以实现焦炉烟气污染物（特别是硫酸雾）的超净排放限值，是一种投资省、综合净化效益高的烟气治理领域创新技术，是热回收焦炉烟气污染物实现超净排放的良好选择，为我国热回收焦炉烟气脱硫除尘装置满足超净排放工艺路线的选择提供了借鉴。