用于降低轧钢加热炉二氧化硫排放的装置及其使用方法与流程

本发明涉及净化废气的多步骤方法领域，具体为一种用于降低轧钢加热炉二氧化硫排放的装置及其使用方法。

背景技术：

1、目前钢厂轧钢工序普遍使用炼焦、炼铁、炼钢等钢铁主工艺生产所副产的焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的混合气作为热处理炉燃料，可充分利用煤气的热能，减少煤气放散，减少对环境的污染，是节能减排的有效手段，但由此煤气中所含硫化氢（h2s）和羰基硫（cos）、cs2、噻吩（c4h4s）等硫组分燃烧后成为烟气中的so2排放到大气中形成污染。未经净化处理的烟气不能满足《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中对轧钢热处理炉烟气（干烟气基准含氧量为8%）排放so2浓度限值≤50mg/m3的要求。

2、对此，传统的环保改造技术路线是燃烧后脱硫，在炉窑烟气的排放烟道中加装脱硫装置，采用钙法（以石灰石/石膏为脱硫剂）、镁法（以氧化镁为脱硫剂）、氨法（以合成氨为脱硫剂）、钠法（以氢氧化钠为脱硫剂）等工艺进行脱硫。然而，燃烧后烟气量倍增，并且大型钢铁企业的轧钢热处理炉往往有几十座，位置分散。若每座加热炉的烟道都加装脱硫装置，存在需净化的烟气量大、烟气脱硫装置数量多、投资高、管理困难、老厂总图位置紧张、场地受限制难实施等问题。

3、近年来在钢铁企业探索应用的燃烧前焦炉煤气或高炉煤气源头脱硫技术路线，在焦炉煤气的发生源头—焦化单元煤气精制系统出口（进入全厂焦炉煤气管网之前）加装精脱硫装置（多为仅脱焦炉煤气中硫化氢，不脱或少量脱有机硫）；在高炉煤气发生源头—高炉trt前后加装有机硫水解装置和硫化氢脱除装置，使得送出焦化单元和高炉单元进入全厂煤气管网的焦炉煤气和高炉煤气中硫含量就已降低，这样后端使用这些净化煤气的工序可实现超低排放达标。以某年产钢1500万吨/a的大型钢铁联合企业为例，其高炉煤气日历小时平均发生量约245万标m3/h，其焦炉煤气日历小时平均发生量约28～32万标m3/h。如果对这些煤气进行源头脱硫，处理气量273～277万标m3/h，同样存在需净化气量大、投资及运行成本高，在高炉源头脱硫影响trt发电出力等问题。

4、近年来，随着我国对大气污染物排放限制愈发严格，众多钢铁企业通过环保改造已陆续建设了高炉热风炉烟气脱硫、焦炉烟气脱硫、烧结烟气脱硫、锅炉烟气脱硫等末端烟气脱硫设施，在钢厂煤气的主要用户-炼铁高炉热风炉、烧结、炼焦焦炉烟囱、自备电厂锅炉等工序已实现了超低排达标；冷轧的加热炉、退火炉因目前超低排标准规定的干烟气基准含氧量为15%，也大都能达标；仅轧钢（热轧）热处理炉排放不达标问题因难解决较为突出，这部分用户所用的高炉煤气和焦炉煤气量仅占总发生量的约7%。如果在煤气源头实施高炉煤气及焦炉煤气精脱硫，由此造成脱硫设施重复设置、过度处理，实现环保目标的代价高不经济等问题，如图1所示。

5、经数据分析，钢厂热轧系列炉窑所用混合煤气中硫源自焦炉煤气和高炉煤气，转炉煤气基本不含硫，而其中焦炉煤气贡献的硫分约占总硫70%以上，由高炉煤气带来的硫组分只占总硫不到30%，仅对高炉煤气实施精脱硫，无法实现超低排达标，需辅以大量掺混转炉煤气、天然气等不含硫的煤气，降低混合煤气中焦炉煤气的占比，才能达标。此种方式存在转炉煤气本身供应不稳定、热值波动大、控制困难，而掺混天然气成本高等弊病。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，提供一种脱硫效率高、保护环境的轧制辅助设备，本发明公开了一种用于降低轧钢加热炉二氧化硫排放的装置及其使用方法。

2、本发明通过如下技术方案达到发明目的：

3、一种用于降低轧钢加热炉二氧化硫排放的装置，包括预处理塔，其特征是：还包括变温吸附净化塔、第一加压机、第一预热器、一段水解塔、第二预热器、二段水解塔、冷却器、精脱硫塔、第一煤气混合装置、第二加压机、第二煤气混合装置和冷凝水回收装置，

4、预处理塔的入口与送往轧钢热处理炉的焦炉煤气总管相连，预处理塔的出口与变温吸附净化塔连接，预处理塔内装填脱硫剂；

5、变温吸附净化塔的进气口与预处理塔的出口连接，变温吸附净化塔的出气口与第一加压机的进口连接；

6、第一加压机的进气口与变温吸附净化塔的出口连接，第一加压机的出气口与第一预热器连接，

7、第一加压机的出气口还与再生气加热器的进气口连接，再生气加热器的出气口连接变温吸附净化塔的进气口，再生气加热器的蒸汽进口连接蒸汽源，再生气加热器的出水口连接冷凝水回收装置，再生气加热器的进气口和出气口之间还通过再生气旁通管路连接；

8、第一预热器的冷煤气进口与第一加压机的出口连接，第一预热器的冷煤气出口与一段水解塔连接，第一预热器的热煤气进口与二段水解塔的出口连接，第一预热器的热煤气出口与冷却器相连；

9、一段水解塔的进气口与第一预热器的冷煤气出口连接，一段水解塔的出气口与第二预热器的煤气进口连接，在一段水解塔内装填催化剂；

10、第二预热器的煤气进口与一段水解塔的出口连接，第二预热器的煤气出口与二段水解塔的进气口连接；

11、二段水解塔的进气口与第二预热器的煤气出口连接，二段水解塔的出气口与第一预热器热的煤气进口连接，在二段水解塔内装填催化剂；

12、冷却器的进气口与第一预热器的热煤气出口连接，冷却器的出气口与精脱硫塔连接，

13、精脱硫塔的进气口与冷却器的出口连接，精脱硫塔的出气口与第一煤气混合装置联通，精脱硫塔内填充碳基脱硫剂或氧化铁系脱硫剂，

14、预处理塔的进口与精脱硫塔出口之间设置旁通管路，旁通管路上设有切断阀，正常生产时切断阀关闭，当其他部件出现故障时，切断阀快速打开，煤气通过旁通管路进入第一煤气混合装置；

15、第一煤气混合装置的进口与精脱硫塔的出口连接，第一煤气混合装置的出口与第二加压机连接，

16、第二加压机的进气口与第一煤气混合装置的出口连接，第二加压机的出气口与第二煤气混合装置连接，

17、第二煤气混合装置的进气口与第二加压机的出口连接，第二煤气混合装置的出气口与送轧钢加热炉混合煤气总管连接，

18、冷凝水回收装置与第二预热器以及再生气加热器连接。

19、所述的用于降低轧钢加热炉二氧化硫排放的装置，其特征是：预处理塔至少有两台，预处理塔内装填氧化铁系脱硫剂；

20、一段水解塔内和二段水解塔内都装填包括铝、钛和硅中至少一种金属元素的金属基催化剂。

21、所述的用于降低轧钢加热炉二氧化硫排放的装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：

22、预处理：焦炉煤气中的h2s在预处理塔内与脱硫剂和氧发生反应，生成单质硫储存于脱硫剂中，脱硫剂吸附饱和后进行更换，经预处理塔的预处理后，焦炉煤气中h2s含量降至不高于50mg/m3，进入变温吸附预处理塔；

23、变温吸附：煤气从变温吸附净化塔的塔底进入变温吸附净化塔的塔内，变温吸附净化塔的塔内填充的吸附剂在常温下选择吸附煤气中的h2s、焦油、萘和苯等杂质，当变温吸附净化塔塔内吸附剂吸附的杂质达到饱和后即转入再生过程；

24、加压：脱除焦油、萘、苯等杂质后的焦炉煤气被第一加压机升压，使得焦炉煤气的压力得以克服后续工艺段设备及管道的阻力降；

25、再生：再生时，由第一加压机后取一股净化气与变温吸附净化塔连接，净化气作为“再生气”热吹时经再生气加热器加热后，解吸吸入吸附剂内孔里的杂质；再生完全后，再生气通过再生气旁通管路对变温吸附净化塔进行冷吹吸附剂床层，使之降到常温，为达到连续生产的目的，变温吸附净化塔通过设置程控阀门切换使多个塔交替进行吸附和再生，再生完成后的再生气去末端装有烟气脱硫设施的锅炉等用户，再生气加热器的热源来自界外管网的蒸汽，其冷凝水排入冷凝水回收装置；

26、预热：在第一预热器内，加压后的冷煤气与来自二段水解塔出口的热煤气发生热交换，所述冷煤气温度从45℃～60℃升温至80℃～120℃后进入一段水解塔，与此同时，所述热煤气温度从180℃降到约110℃后进入冷却器；

27、水解：在80℃～120℃温度下，一段水解塔内焦炉煤气中包括cos、cs2的有机硫组分在催化剂作用下，与煤气中本身所含的水蒸汽发生水解反应，生成h2s，焦炉煤气中98%以上的cos转化成h2s，之后进入第二预热器，继续升温；

28、预热：在第二预热器内，经一段水解后的煤气与260℃、3.2mpa～3.6mpa蒸汽发生热交换，温度从80℃～120℃继续升到110℃～180℃后进入二段水解塔，蒸汽冷凝水排入冷凝水回收装置；

29、水解：在110℃～180℃温度下，二段水解塔内焦炉煤气中cs2在催化剂作用下与煤气中本身所含的水蒸汽发生水解反应，焦炉煤气中约80%的cs2转化生成h2s，之后进入第一预热器；

30、冷却：水解后煤气在冷却器内冷却至常温；

31、精脱硫：在精脱硫塔内煤气中h2s与脱硫剂和氧发生反应，生成单质硫储存于脱硫剂中，脱硫剂吸附饱和后进行更换；

32、混合：经过精脱硫的焦炉煤气和来自界外全厂管网的未经脱硫的高炉煤气在第一煤气混合装置内按一定比例混合，混合由流量计、流量调节阀及热值仪进行控制；

33、加压：高、焦混合煤气被第二加压机升压，使得混合煤气的压力得以满足后端轧钢加热炉所需；

34、混合：净化后的高焦混合煤气与转炉煤气在第二煤气混合装置内按一定比例再进行混合，以充分利用转炉煤气，混合由流量计、流量调节阀及热值仪进行控制，最终形成热值在1800kcal/标m3～2400kcal/标m3的混合煤气，并通过管道送往界外轧钢热处理炉用户；

35、冷凝：冷凝水回收装置收集第二预热器和再生气加热器排出的蒸汽冷凝水，回收后用泵送往锅炉等处再利用。

36、目前，煤气净化专利重点均为气体净化工艺本身，而本发明重点在于提供一种降低钢厂轧钢加热炉二氧化硫排放，使其满足超低排达标的技术路线：即通过对轧钢加热炉所用燃料煤气的构成以及不同种煤气带来的硫含量数据进行分析计算后，确定混合煤气的硫组成及含量，从而选定硫来源贡献占比最高的一种单一煤气进行深度净化，之后再与现有的不做净化处理的高炉煤气、转炉煤气分别进行混合、加压、再混合，最终形成满足热轧加热炉所需热值并能有效降低其二氧化硫排放的完整的解决方法，工艺流程如图2所示。

37、本发明采用燃烧前仅焦炉煤气深度脱硫后再与不脱硫的高炉煤气/转炉煤气混合后供给轧钢加热炉，与传统的燃烧后烟气脱硫和近年来逐渐有应用的燃烧前焦炉煤气（多为仅脱焦炉煤气中硫化氢，不脱或少量脱有机硫）及高炉煤气分别源头脱硫的解决方案相比，具有净化装置规模小、脱硫效率高、投资及运行成本低，方便实施等优点，非常适合主要工序-高炉热风炉、烧结、炼焦、自备电厂等已满足超低排要求，仅轧钢热处理炉排放不达标的钢厂以较小的经济成本实现所有工序超低排达标。

38、本发明具有如下有益效果：脱硫效率高，保护环境，降低投资，运行成本低。