电厂烟气SO2超标原因分析及源头控制措施

电厂烟气SO2超标原因分析及源头控制措施

一、工艺概况

　　某钢铁厂电厂拥有50000KW发电机组4套，其中1-3#发电机组位于1-3#高炉区域，4#发电机组位于4-5#高炉区域，属于汽轮发电机组，主要能量来源是高炉炼铁过程中副产的高炉煤气和炼钢副产的转炉煤气，同时混烧少量焦炉煤气。

二、 电厂烟气SO2超标原因的探寻过程和来源分析

1. 2015年，电厂烟气监测发现SO2含量最高超过250 mg/m3，严重超标。考虑焦炉煤气的混入导致电厂烟气硫含量的超标，随即停止了混入的焦炉煤气，增加了转炉煤气的混入比例以达到锅炉热值要求。然而在随后的烟气检测中发现依然有接近250 mg/m3的SO2含量，导致硫超标的因素仍然存在。

2. 2015年8月份进一步从焦炉煤气混入的思路进行管网排查，认为SO2超标的原因在于精制系统再生管道引起的焦炉煤气间接混入造成的。通过改变管道的工艺，隔断了再生煤气进入发电锅炉进行燃烧。接下来的烟气监测中发现烟气中SO2含量依然处于200 mg/m3左右，仍然超标。

3.在思考电厂烟气硫的来源的同时，检修发现位于4#、5#炼铁高炉附近的高炉煤气加压站AII1200型号的离心风机转子腐蚀严重并且富集大量的白色结晶物质（NH4Cl），煤气排水器排出大量铁红色物质，该厂对高炉煤气管道每季度进行壁厚检测，结果发现高炉煤气管道腐蚀速率最快的达到1.0mm/月，高炉煤气冷凝水PH值最低达到4.0，属于强酸性。

4-5#高炉采用干法煤气除尘技术，其中如SO2、SO3、H2S、HCl等含量相对增高，当各类酸性组分留存在煤气中，遇其温度降至露点以下时，就会有水析出，酸性组分在有水的湿环境下，对管道的酸性腐蚀问题日益凸显[1]。

　　至此，该厂先后组织对高炉煤气化验监测，发现电厂烟气硫的来源主要是高炉煤气。经过对高炉煤气管网工艺的研究发现，1-3#发电机组优先使用的是1―3#高炉煤气，而4#发电机组使用的是4-5#高炉煤气，当4-5#高炉煤气富 裕送到1-3#发电机组时也会导致其烟气SO2的超标，经过控制高炉煤气管网反复几次试验，最终确认4-5#高炉副产的高炉煤气是导致电厂烟气SO2超标的主要原因。

3、SO2超标的源头控制措施

　　物质流分析是工业生态学的重要研究方法，是以质量守恒定律为基础，将开采、生产、消费和废弃物处置联系起来，通过对系统内投入和产出进行分析。钢铁联合企业中，硫主要来源于燃料、矿石和溶剂中。铁矿中硫主要以硫化物和硫酸盐的形式存在，煤中硫的存在形式包括硫酸盐、硫化物、有机硫等。硫的去向主要有高炉渣、高炉煤气和焦炉煤气、燃烧废气、钢材及中间产品等，硫的流动情况十分复杂[2]。根据某钢厂烧结-炼铁生产流程整理得到含硫物质流程图1。

　　在图1的生产流程中，硫主要来源于烧结用煤粉和高炉喷吹煤料及焦炭，其次是含铁原料。硫的去向主要是高炉渣、高炉煤气和废气等。

3.1、铁厂从2015年下半年开始为控制电厂烟气SO2排放，采取源头控制措施，重点对原燃料进行控制，停止采购品味较低、含硫量高的海矿，改用品味较高的矿石，将已有的原料与5座高炉进行统筹管理、分摊消化。

3.2、停止采购国内某地区硫含量高的外购焦炭，提高对外购焦炭品质的检验。严格要求外购焦湿法熄焦的水禁止使用未经处理的含有大量硫质的生化水进行熄焦，要求使用工业清水进行熄焦。同时某厂安排检验人员驻外购焦企业现场监督。

3.3 从高炉炉渣脱硫入手，增加炉渣脱硫。炉料中60%-80%的硫来自焦炭。铁矿石和溶剂中的硫以黄铁矿和硫酸盐形态存在，在冶炼过程中发生如下反应：

　　焦炭中的硫，一部分在下降过程中挥发，大部分在达到风口时被氧化生成SO2，继而在高温下与固态碳和氢反应生成S、CO2和H2S等气态硫和硫化物。以上反应或挥发生成的气态硫及其硫化物在上升煤气硫中大部分被上部炉料中的CaO、FeO和金属铁吸收，并随炉料下降，只有一小部分（约5%-20%）随煤气排出高炉。因此始终有一部分硫在高炉内循环，高炉内脱硫主要靠炉渣将硫带出，脱硫过程是通过铁水和熔渣之间硫的以下转移反应来实现[3]：

   4-5#高炉投产初期高炉路况不稳，炉温变化较大、熔渣流动性较差，严重影响高炉造渣脱硫的效果。高炉通过炉况的工艺调整和对炉渣流动性及碱度的调整，提高了炉渣脱硫。

3.4 针对高炉煤气含有H2S、SO2、SO3等，煤气冷凝水中PH值已达到4.5左右，大量S2-、SO2-、SO3-、Cl-离子对管道及附属设施腐蚀严重的问题，2016年初 4-5#高炉TRT后分别新建了一座喷碱塔，塔内设置喷淋洗涤水及碱液。该装置喷碱过程中将大量含硫物质和含氯物质进行了中和洗涤，装置投运后，高炉煤气冷凝水PH值从4.0上升至7.0-7.5范围内，并且保持良好，有效的解决了高炉煤气腐蚀问题也为高炉煤气降低硫含量发挥了积极作用。

3.5 针对电厂SO2超标的问题，最终解决办法即是烟气脱硫。为此某厂也在积极推进电厂烟气的脱硫工艺。

　　参考文献

[1] 官习艳，马作仿等. 高炉煤气管道腐蚀及预防措施.钢铁技术.2011年第4期.

[2] 蔡九菊，吴复忠等.高炉-转炉流程生产过程的硫素分析.钢铁.2008年7月.第43卷第7期 .

[3] 姚昭章、郑明东.炼焦学.冶金工业出版社.2010-3版.