高爐煤氣噴堿脫硫循環液系統設計要點研究

RESEARCHONTHEDESIGNPOINTSOFTHECIRCULATINGLIQUID SYSTEMFORALKALIINJECTIONDESULFURIZATIONOFBLASTFURNACEGAS

Wang Dong12Hu Songshan1、2Liu Huali1、2Liang Jiayin1、2 （1.Beijing Shougang International Engineering Technology Co.，Ltd.Beijing10oo43，China; 2.Beijing Metalurgical 3D Simulation Design Engineering Technology Research Center，Beijing10oO43， China）

Abstract：In view of thecharacteristicsof large processng capacityof blast furnace gas，easytreatment of inorganic sulfur，and dificult treatmentoforganicsulfur，thisarticleintroduces thedesignpointsofalkali injectioncirculating liquid desulfurization，explores its treatment efectonblastfurnace gas，and focuses onthe process flowand equipment configurationof the system，providingreference for high-efficiencyandlow-cost treatmentof blast furnace gasin the future.

Key words： blast furnace gas;hydrogen sulfide; alkali injection;circulating liquid

0前言

鋼鐵冶金行業是國民經濟的重要基礎行業，同時也是高污染、高能耗和產業結構復雜的行業。其中，高爐煤氣是一種高溫、高壓、易燃、易爆的有毒氣體，且該氣體中硫化物含量較高，夾雜少量氯化物等，對高爐煤氣管道及設備造成嚴重腐蝕問題。隨著鋼鐵行業進人“超低排放”時代，高爐煤氣采用常規末端煙氣治理的方式，存在治理點位多、投資高、占地大等問題，采取源頭控制方式，實施高爐煤氣精脫硫，將是一種更高效、更經濟的硫減排技術。

1高爐煤氣主要成分

高爐煤氣是高爐煉鐵生產過程中產生的副產低熱值燃料，可被應用于熱風爐、加熱爐、電廠、燒結等工藝過程中。煤氣中的主要成分有二氧化碳、一氧化碳、氫氣、氮氣、硫化物等。研究發現，高爐中的硫主要是由爐料帶入的，主要包含鐵礦石、燃料，還有少量熔劑，硫賦存形態為羰基硫、二硫化碳、硫化氫。主要分為有機硫和無機硫兩類，有機硫以基硫（COS）為主，占比約 70% ，無機硫以硫化氫（ H₂S ）為主，占比約 30%^[2]

2噴堿脫硫工藝原理及流程

來自TRT（或減壓閥組）的高爐煤氣溫度約為50～60^°C ，當TRT不運行時約為 100～160^°C ，壓力為 13～15kPa ，在吸收塔入塔管道內噴入含堿循環液，對煤氣進行冷卻降溫和粗脫硫，在吸收塔內噴入堿液和含堿循環液，與自下向上的煤氣進行化學反應和熱交換，將煤氣的酸性中和，將硫化氫和Cl-脫除，同時將煤氣溫度降至 40～50^°C ，經脫水塔除去大部分煤氣攜帶的堿液后送入廠區煤氣管網。

高爐煤氣催化水解－堿洗脫硫工藝基本過程和原理：首先利用水解催化劑將高爐煤氣中的有機硫COS水解轉化為 H₂S 和 CO₂ ；通過噴淋 NaOH 溶液將水解轉換后的 H₂S 和原本存在的 H₂S 脫除。

2.1 COS水解原理

在水解反應器中，高爐煤氣中的有機硫COS與煤氣中的水蒸氣在水解劑的作用下轉化為H2Sl4]

COS+H₂O 水解劑 CO₂+H₂S 反應溫度區間： 100～150^°C

反應壓力區間： 100～250kPa 轉化效率高：溫度大于 100^°C 時，水解轉化率大于 90% 壓力、溫度損失小：壓降小于 10kPa ，無明顯溫降無需外加脫硫劑：只需煤氣中的水蒸氣參與反應

2.2 H₂S 脫除原理

脫硫劑選用氫氧化鈉，反應速度快，可同時脫除其他酸性物質，調節煤氣酸堿度，減少腐蝕

2NaOH+H₂S?Na₂S+2H₂O NaOH+HCl?NaCl+H₂O

3噴堿脫硫循環液主要設施

噴堿脫硫循環液系統包括煤氣系統、堿液制備系統、堿液循環系統、工業回用水系統，本文以山西某鋼鐵企業為例，煤氣處理量 450 000m³/h ，對循環堿液系統進行簡要介紹。

3.1煤氣系統

BPRT出口總管道 $$ 洗凈塔人口管 $$ 洗凈塔 $$ 洗凈塔出口管 $$ BPRT出口總管道

在洗凈塔煤氣進口管內噴堿液循環液，噴淋量為 50～90m³/h ，將煤氣溫度降至 55^°C 以下，并對煤氣進行粗脫硫。噴嘴采用氮氣霧化噴頭，共6個，噴頭壓力為 0.3～0.4MPa 。

洗凈塔為立式圓筒形結構，塔徑 7.0m ，高度約 34m ，塔內依次設一層配氣板、三層噴淋層和一層除霧器。塔體上設有人孔、連接管道等，塔體外四周設5層檢修平臺。霧化噴淋層由噴淋管道和高效霧化噴嘴組成，通過均勻分布噴嘴的噴淋量，使含堿吸收液與煤氣流均勻混合，并有足夠的停留時間，確保吸收液與煤氣充分接觸和反應。上層霧化噴淋層用于噴淋新鮮堿液，噴淋量為 10～ 25m³/h ，設16支氮氣霧化噴頭，噴頭壓力 0.3～ 0.4MPa 。中層和下層用于噴頭含堿循環液，每層噴淋量為 50～90m^3/h ，每層設12支機械霧化噴頭，噴頭壓力為 0.3～0.4MPa 。洗凈塔材質為Q235-B，內部采用玻璃鱗片膠泥進行防腐。高爐煤氣進口管道材質為Q235-B，內外壁進行防腐處理。

洗凈塔出口煤氣管道從塔頂接出，在下降管內設一層噴頭，噴入工業回用水，將煤氣總遺留的雜質成分進一步清除，工業回用水噴頭共6個，噴頭壓力為 0.3～0.4MPa 。

3.2堿液制備系統

外購固體堿 $$ 堿液罐 $$ 計量泵 $$ 霧化噴嘴 $$ 洗凈塔

水池 $$ 軟化水泵 $$ 個

本系統為洗凈塔上層提供新鮮堿液，堿液供應量為 10～25m³/h 。系統設堿液罐2臺，堿液泵2臺及相應的配套設施。氫氧化鈉粉末人工裝人堿液罐，與軟化水進行混合，采用攪拌器進行攪拌，混合后堿液濃度為 20%～30% 。堿液經計量泵加壓后，與加壓后的軟水進行混合，然后由管道輸配到洗凈塔內。堿液制備系統軟化水耗量為 10～25m³/h O氫氧化鈉粉用量為 100～300kg/h 0

堿液供給管道直徑為DN80，設閘閥、止回閥、流量計和壓力表等。堿液管道采用無縫鋼管，材質為20號。

3.3含堿溶液循環系統

洗凈塔 $$ 循環水池 $$ 循環泵 $$ 噴嘴 $$ 洗凈塔及入口管

含堿溶液循環系統分別為洗凈塔入口管和洗凈塔內兩層噴頭提供含堿溶液，含堿溶液濃度根據出口煤氣硫化氫含量由洗凈塔上層霧化噴頭的堿液濃度調整，排出的液體進入循環池由水泵提升后使用。洗凈塔人口管和洗凈塔內中、下兩層噴頭的供水管直徑為DN200，在管道上設閘閥、止回閥、流量計和壓力表等。管道全部采用無縫鋼管，材質為20號。

洗凈塔循環水系統主要供洗凈塔噴水，噴水量180m³/h ，供水壓力要求 0.7MPa ，用后水重力流至泵站循環水吸水井，通過循環水供水泵加壓循環使用。

洗凈塔入口噴槍循環水系統主要供洗凈塔入口管道噴水，噴水量 90m³/h ，供水壓力要求 0.6MPa 用后水重力流至泵站循環水吸水井，通過噴槍供水泵加壓循環使用。

3.4工業回用水系統

洗凈塔出口管 $$ 循環水池 $$ 工業水泵 $$ 噴嘴 $$ 洗凈塔出口管

將煤氣反應后的雜質成分進一步清除，需設工業回用水系統。工業回用水噴入出塔管道，流量為30～90m³/h ，循環使用，排水進入循環水池由水泵提升后回用，補水量為 5～10m³/h

工業回用水供水管直徑為DN150，在管道上設閘閥、止回閥、流量計和壓力表等。管道全部采用無縫鋼管，材質為20號。

洗凈塔入口噴槍循環水系統主要供洗凈塔出口管道噴水，噴水量 60m³/h ，供水壓力要求0.75MPa，用后水重力流至泵站工業水供水吸水井，通過工業水供水泵加壓循環使用。

3.5生產廢水系統

生產廢水主要是泵站水池溢流水、集水坑排水，及煤氣洗凈塔事故排水，經潛水泵提升后就近排入廠區生產廢水管網。

3.6主要設備和設施

新建供水泵房一座，包括堿液儲存、堿液制備內設五組水泵：

泵組1為循環水供水泵，兩用一備，水泵參數如下：IH100-65-250， Q=60～120m³/h H=88～74m

泵組2為噴槍供水泵，一用一備，一臺變頻，水泵參數如下：IH80-50-250， Q=30～90m³/h ，H=83.5～76m ：

泵組3為工業水供水泵，一用一備，水泵參數如下：IH80-50-250， Q=30～60m³/h H=83.5～76m

泵組4為軟化水供水泵，一用一備，水泵參數如下：65DL32-15X7， Q=22～42m³/h ， H=112～84m

泵組5為兩臺計量泵，一用一備，全部變頻，水泵參數如下：GB0350， Q=0～334L/s ， H=1.0MPa

立式堿液制備罐2套（ V=16m³"），內設攪拌器，氫氧化鈉粉末由人孔裝入罐內，與水混合后，配置成 30% 氫氧化鈉溶液

4技術特點及結論

本高爐煤氣噴堿脫硫循環液系統具備精脫硫設施壓降小，對高爐煤氣系統影響較小，精脫硫設施產生的廢水少，外排廢水中含有硫化鈉，氯化鈉，少量碳酸鈉等成分等特點，出口煤氣中 H₂S 濃度可降至 24mg/Nm³"，對高爐煤氣源頭控制硫減排技術具有較強的借鑒意義，在超低排放的大背景下，將對煙氣排放源頭治理中發揮積極作用。

參考文獻

[1]杜雄偉，孫加亮，楊偉明.高爐煤氣脫硫現狀及技術經濟淺析[J].廣東化工，2023，50（20）：88-90.

[2]戴曉天，陳乾業，齊淵洪，等.高爐煤氣精脫硫技術的半工業試驗[J].鋼鐵，2021，56（12）：153-159.

[3]付柯，趙強，馮想紅，等.高爐煤氣精脫硫工藝技術研究進展[J].工業爐，2023，45（6）：18-22.

[4]孔令斌.高爐煤氣精脫硫水解與干法工藝探討[J].冶金與材料，2024，44（3）：25-27.