關(guān)于焦化廠焦爐煙囪二氧化硫排放分析_趙世芬

1、作者簡介:趙世芬,碩士,工程師,現(xiàn)主要從事環(huán)境影響評價工作引用文獻格式:趙世芬關(guān)于焦化廠焦爐煙囪二氧化硫排放分析J 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2015,40(4:135137關(guān)于焦化廠焦爐煙囪二氧化硫排放分析趙世芬(山西省生態(tài)環(huán)境研究中心,山西太原030009【摘要】論文通過介紹焦化廠的工藝流程,分析焦化廠硫的來源及去向,通過數(shù)據(jù)比對,分析焦爐煙囪SO 2滿足達標要求時,入爐煤中含硫量以及相應(yīng)的脫硫效率之間的關(guān)系,得出焦爐煙囪SO 2排放濃度達標所需的條件?！娟P(guān)鍵詞】焦化;煙囪;SO 2;脫硫;排放中圖分類號:X21文獻標識碼:A文章編號:1673288X (201504013503焦化作為高污染的行

2、業(yè),生產(chǎn)過程中排入大氣的污染物包括顆粒物、SO 2、NOx 、CO 、H 2S 、NH 3、苯并芘、酚等,所產(chǎn)生的各類污染物所帶來的危害引起社會各界的廣泛關(guān)注,僅就SO 2的危害而言,其造成的危害有:傷害人類呼吸道、產(chǎn)生炎癥,導(dǎo)致人呼吸困難,嚴重時可以導(dǎo)致死亡;有飄塵存在時,它還可以加強苯并芘的致癌作用;可以腐蝕金屬,導(dǎo)致金屬物品破損;SO 2由于抑制葉綠素的生長,長期污染可使植物無法生長;SO 2在空氣中可被氧化成SO 3,空氣中有飄塵或濕度大時,可生成硫酸酸霧1。按照焦化廠產(chǎn)生的污染物的種類及排污環(huán)節(jié),2012年環(huán)保部發(fā)布了煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準(GB161712012,以下簡稱排放標

3、準2,規(guī)定煉焦工業(yè)企業(yè)水、氣污染物排放限值,其中要求新建企業(yè)焦爐煙囪SO 2排放濃度為50mg /m 3。本文圍繞排放標準中SO 2的達標要求,分析煤質(zhì)不同的情況下,入爐煤中含硫量以及相應(yīng)的脫硫效率之間的關(guān)系,最終得出達標的可行性,以供同行人員參考借鑒。1焦化廠工藝流程介紹煉焦過程實質(zhì)上是煤在焦爐內(nèi)進行熱解的過程,即煤在隔絕空氣條件下加熱所發(fā)生的一系列物理變化及化學(xué)反應(yīng),其結(jié)果是生成氣體(荒煤氣、液體(煤焦油以及固體(焦炭等。具體工藝流程介紹如下:外購精煤經(jīng)粉碎機進行破碎后送入焦爐,在焦爐內(nèi)經(jīng)高溫熱解(1000 1200后生成焦炭及荒煤氣,其中焦炭作為產(chǎn)品經(jīng)熄焦后外售,荒煤氣經(jīng)氣液分離后去除焦

4、油,剩余氣體經(jīng)煤氣凈化(包括冷鼓電捕、脫硫及硫回收、脫氨及氨回收、洗脫苯后成為潔凈的煤氣,潔凈煤氣部分回用于焦爐、管式爐、鍋爐使用,剩余部分外供于其它用戶使用。2硫的來源、去向及的SO 2產(chǎn)生焦化廠原料為精煤,每年精煤的消耗量約為焦炭產(chǎn)量的1.3倍,煤中硫以四種形式存在,即有機硫(主要存在形式有硫醇、硫醚、雙硫醚以及成雜環(huán)狀態(tài)的硫醌、噻吩等、硫鐵礦硫(黃鐵礦、白鐵礦、磁鐵礦硫等形態(tài)存在的硫、硫酸鹽硫和元素硫。煤在煉焦爐內(nèi)經(jīng)高溫熱解后,煤中的有機硫、硫鐵礦硫和元素硫發(fā)生完全分解,一部分硫轉(zhuǎn)移到氣相中生成大量的含硫氣體;一部分硫(約1%轉(zhuǎn)移到焦油中以硫茚、硫芴形式存在;剩余的硫則殘留在焦炭中(3。

5、氣相中的硫去向如下:爐門、爐頂?shù)忍幮孤?H 2S 遇O 2生成SO 2并無組織排放;裝煤、出焦過程中,氣體中的部分H 2S 遇O 2生成SO 2;冷鼓工序中部分硫被氨水吸收最終進入蒸氨廢水中;洗脫苯過程中,部分有機硫被脫除進入粗苯產(chǎn)品中;絕大多數(shù)無機硫經(jīng)脫硫工序處理后以單質(zhì)硫形式脫除;剩余的硫進入凈化后的焦爐煤氣中,其中約50%隨焦爐煤氣送生產(chǎn)回用(回用于焦爐、鍋爐、管式爐的焦爐煤氣經(jīng)燃燒后生成SO 2,另外50%隨煤氣外送于其它用戶。具體見圖1。焦爐煤氣中約45%左右回用于焦爐,最終經(jīng)焦爐煙囪排放,因此焦化廠焦爐煙囪SO 2排放量所占比重較大,鑒于此,本文將重點分析焦爐煙囪SO 2排放量以及

6、滿足達標要求時所需條件。3焦爐煙囪SO 2達標排放分析以下首先分析焦爐運行狀況良好的情況下SO 2達標排放分析。3.1荒煤氣中硫含量煤中的硫約30% 35%進入荒煤氣,荒煤氣中的硫95%是以H 2S 形式存在的,剩余5%以有機硫形式存在?；拿簹庵蠬 2S 的含量與配煤中含硫量的關(guān)系4以2015年第4期環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展ENVIONMENT AND SUSTAINABLE DEVELOPMENTNo.4,2015及荒煤氣中有機硫化物含量具體見表1 。圖1焦化廠硫的來源及去向表1焦爐荒煤氣中H 2S 含量、有機硫含量與配煤含硫量的關(guān)系配煤含硫量(%進入荒煤氣中硫的質(zhì)量分數(shù)(%荒煤氣中H 2S 質(zhì)量濃

7、度(g /m 3荒煤氣中有機硫質(zhì)量濃度(mg /m 3*0.3509 10474 526*備注:表1中荒煤氣中有機硫質(zhì)量濃度根據(jù)荒煤氣中H 2S 質(zhì)量濃度推導(dǎo)得來。3.2荒煤氣中H 2S 的脫除率目前,國內(nèi)焦化企業(yè)采用的焦爐煤氣脫硫工藝主要有FC 法、TH 法、HPF 法、ADA 法、PDS +栲膠法等,根據(jù)相關(guān)資料5,目前焦爐煤氣常采用的脫硫工藝及其指標比較見表2。由表2可知,除TH 法外,其余脫硫工藝對H 2S 的脫除效率均能達到99%以上,故在焦化廠的脫硫工藝選擇中,重點考慮對FC 、HPF 、ADA 、PDS +栲膠法的應(yīng)用。表2焦化煤氣常采用的脫硫工藝及其指標比較項目FC TH HP

8、FADAPDS +栲膠規(guī)模(萬m 3/h 3脫硫塔后H 2S 濃度20200502050脫硫效率(%99.798.399.399.799.33.3滿足SO 2達標排放要求時有機硫所需脫除效率焦爐煙囪的SO 2主要為焦爐煤氣中無機硫(H 2S 以及有機硫(CS 2、COS 、C 4H 4S 、C 5H 6S 等經(jīng)燃燒后產(chǎn)生。根據(jù)表1、表2,可知不同煤質(zhì)的荒煤氣經(jīng)不同脫硫工藝處理后H 2S 的質(zhì)量濃度,在滿足排放標準中SO 2排放濃度要求的前提下,得出由有機硫燃燒產(chǎn)生SO 2的濃度限值,見表3。表3焦爐煙囪中有機硫產(chǎn)生SO 2的濃度限值脫硫方法配煤含硫量(%荒煤氣中H 2S 質(zhì)量濃度(g /m 3

9、脫硫后煤氣中H 2S 質(zhì)量濃度(mg /m 3焦爐煙囪中因H 2S 燃燒產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度(mg /m 3排放標準(mg /m 3滿足達標排放時有機硫產(chǎn)生SO 2的濃度限值(mg /m 3FC /HPF0.65 615 185 60.87 821 247 81.09 1027 308 9ADA /(PDS +栲膠0.65 635 4211 130.87 849 5615 181.09 1063 7020 225044 4542 4341 4237 3932 3528 30由表3可知:采用不同的脫硫工藝脫硫后,配煤中含硫量為0.6% 1.0%時,煤氣中H 2S 含量為15 70mg /m 3

10、之間,H 2S 燃燒后SO 2產(chǎn)生的質(zhì)量濃度按照氣量擴大6倍計算,得出SO 2質(zhì)量濃度為5 22mg /m 3。根據(jù)排放標準要求,焦爐煙囪SO 2排放濃度應(yīng)不超過50mg /m 3,據(jù)此最終分析出焦爐煤氣中由于有機硫燃燒所產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度應(yīng)在28 45mg /m 3之間方可達標。因為荒煤氣在凈化過程中每個工序所能達到的脫除效率有待進一步探討,下表依據(jù)表2中荒煤氣中有機硫的含量以及表3中滿足排放標準要求時焦爐煤氣中有機硫燃燒所產(chǎn)生的SO 2濃度限值,推算有機硫需達到的去除效率,具體如表4。·631·環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展2015年第4期表4焦爐煙囪SO 2滿足達標排放時有機硫

11、的去除效率配煤含硫量(%荒煤氣中有機硫質(zhì)量濃度(mg /m 3回爐煤氣中有機硫質(zhì)量濃度限值(mg /m 3*474 52684 12676.0 82.3注:*由表3中焦爐煙囪中有機硫燃燒產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度限值得出。由表4可知,在配煤中含硫量大于0.6%以上時,即使采用FC /HPF 這類脫除H 2S 較高的工藝,荒煤氣凈化過程中有機硫的脫除效率仍需大于57.3%以上方可達到排放標準要求?；拿簹庠趦艋^程中,冷鼓、脫硫以及洗脫苯等各工序均有脫除有機硫的作用,如洗脫苯工序:由CS 2、C 4H 4S 、C 5H 6S 的沸點,可以大致判定容易在脫苯過程中被洗油脫除,粗苯中有機硫的質(zhì)量分數(shù)為0.

12、65% 2.00%,說明工藝條件對有機硫的脫除效率影響較大。4影響SO 2達標的其它方面原因焦爐火道、煙道竄漏,導(dǎo)致部分荒煤氣直接燃燒后經(jīng)焦爐煙囪外排,這部分荒煤氣竄漏量雖然不大,但由于其含硫量大,所產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度不容忽視。下表依據(jù)表1中荒煤氣中H 2S 濃度計及竄漏量,估算出因不同的竄漏量所產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度,具體如表5。表5焦爐爐體荒煤氣竄漏量與其產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度關(guān)系配煤含硫量(%荒煤氣中H 2S 質(zhì)量濃度(g /m 3竄漏量(%焦爐煙囪中因竄漏產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度(mg /m 30.6 1.05 10117 33233 66366 132由表5可知,配煤含硫量0.6%

13、以上時,即便竄漏量僅為1%,所產(chǎn)生的SO 2質(zhì)量濃度高達17mg /m 3以上,因此焦爐爐體的維護保養(yǎng)需要重點關(guān)注。5結(jié)論及建議(1從煉焦過程硫的來源及去向分析,配煤中硫的含量對后期SO 2的排放量影響較大,建議企業(yè)控制入爐煤的含硫量,以便減少后期脫硫的投資。(2現(xiàn)行的TH 脫硫工藝對H 2S 的脫硫效率較低,不能適應(yīng)現(xiàn)行的排放標準中對SO 2的排放要求,建議采用其它脫硫工藝。(3當配煤中含硫量大于0.6%以上時,在不考慮爐體竄漏的情況下,H 2S 脫除效率達到99.7%,有機硫的脫除效率大于57.3%以上方可達到排放標準要求。(4實際運行過程中,焦爐煙囪SO 2排放量中有一部分是由爐體荒煤氣

14、泄漏所產(chǎn)生,而這部分排放量會由于焦爐使用年限的增加以及企業(yè)管理措施不完善而增加,因此企業(yè)應(yīng)加強竄漏治理,采取暢通斜道、治理墻面竄漏、清掃蓄熱室、做好日常維修等方面的工作,降低爐體泄漏量,確保焦爐煙囪SO 2的達標排放。(5焦化廠的荒煤氣凈化過程中,幾乎所有的工序均具有脫除有機硫的作用,但是脫除效率與生產(chǎn)工藝條件、運行參數(shù)等有較大的關(guān)系,焦化企業(yè)需根據(jù)企業(yè)的實際情況調(diào)整工藝條件,方能達到環(huán)保要求。參考文獻:1趙彩婷,任一艷二氧化硫(SO 2治理方法探討J 廣州化工,2012,40(12:602中華人民共和國國家標準(GB161712012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準3段玉親煤中形態(tài)硫在熱解過程中的

15、轉(zhuǎn)化和遷移規(guī)律D太原理工大學(xué)碩士論文,20104季廣祥焦化廠焦爐煙囪SO 2排放濃度達標途徑J 煤化工,2014,4:36375張利文等新建大型焦化企業(yè)二氧化硫排放控制措施研究J 科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2014,10:81Analysis on Sulfur Dioxide Emission from the Coke ovenChimney in Coking PlantZHAO Shifen(esearch Center for Eco environment Science of Shan'xi Province ,Taiyuan ,Shan'xi ,030009Abstract :In this paper ,the technological process of the coking plant was presented briefly ,the resources and outgoing of sulfur in coking plant was analyzedBy comparing the desulphurization efficiency data ,the relation between the sulfur content and the desulphurization efficiency was e