一种高炉煤气干法精脱硫系统及高炉煤气干法精脱硫方法与流程

1.本发明属于脱硫技术领域，具体涉及一种高炉煤气干法精脱硫系统及高炉煤气干法精脱硫方法。


背景技术：

2.高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体，其产量大，用途广泛，可作为电厂锅炉、炼铁厂热风炉、炼钢厂加热炉的燃料。高炉煤气中所含硫化物除了h2s(硫化氢)和so2(二氧化硫)这类无机硫外，还存在大量的以cos(羰基硫)、cs2(二硫化碳)为主的有机硫。经燃烧后，烟气中so2含量可达40mg/m3～250mg/m3。无法达到国家超低排放建议的50mg/m3(热风炉、加热炉及焙烧等工序)和35mg/m3(锅炉及燃气轮机)。为满足达标排放，对高炉煤气中硫化物主要有前端处理和末端处理两种，末端处理即在煤气用户燃烧后的烟气系统中增加常规烟气脱硫设施。前端处理主要是在高炉煤气进入各用户前对其提前进行精脱硫处理，目前精脱硫工艺路线主要有湿法和干法。其中干法精脱硫工艺是目前应用较多的工艺路线，但该工艺均存在一些弊端：
3.1)干法脱硫采用的脱硫剂通常在不同温度下脱硫效率不同，易造成精脱硫效果不稳定，用户使用后烟气排放超标。
4.2)干法脱硫剂虽然可被厂家回收或厂内利用，但其更换操作复杂，操作时间长，且频繁更换会影响高炉的产能及用户的效益。
5.3)干法精脱硫工艺具有不可调节，前期脱硫效果优异，后期脱硫效率下降后会影响用户烟气达标排放。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是高炉煤气干法精脱硫的脱硫效率波动大、更换频繁及因此导致的运行经济成本高。本发明提供一种高炉煤气干法精脱硫系统及高炉煤气干法精脱硫方法，本发明公开的脱硫系统及方法主要通过调节高炉煤气温度和进入干法脱硫塔的煤气量，在达到环保排放要求的前提下，通过提高干法脱硫剂的脱硫效率及延长更换周期，从而降低运行经济成本。
7.解决为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明第一方面是提供一种高炉煤气干法精脱硫系统，所述干法精脱硫系统包括高炉煤气预处理系统、减温装置、加热装置、干法脱硫塔、煤气调节装置和h2s浓度检测模块；
9.所述高炉煤气预处理系统的进料口与高炉煤气的出料口相连；
10.所述高炉煤气预处理系统的出料口与减温装置的进料口相连；
11.所述减温装置的出料口与加热装置的进料口相连；
12.所述加热装置的出料口分为两路，一路与干法脱硫塔的进料口相连，另一路与煤气调节装置的进料口相连；
13.所述干法脱硫塔的出料口和煤气调节装置的出料口连通后，与h2s浓度检测模块相连。
14.优选地，
15.所述高炉煤气预处理系统包括有机硫转换装置、余压透平发电装置和/或减压阀组；
16.所述有机硫转换装置的进料口与高炉煤气的出料口相连；
17.所述有机硫转换装置的出料口与余压透平发电装置和/或减压阀组的进料口相连；
18.即所述有机硫转换装置的出料口与余压透平发电装置的进料口相连；或，
19.所述有机硫转换装置的出料口分别与减压阀组的进料口相连；或，
20.所述有机硫转换装置的出料口与余压透平发电装置、减压阀组的进料口相连；
21.所述余压透平发电装置和/或减压阀组的出料口与减温装置的进料口相连；
22.即所述余压透平发电装置的出料口相连与减温装置的进料口相连；或，
23.所述减压阀组的出料口相连与减温装置的进料口相连；或，
24.所述余压透平发电装置、减压阀组的出料口连通后，与减温装置的进料口相连。
25.优选地，
26.所述干法精脱硫系统还包括旁路脱硫装置；所述高炉煤气预处理系统中余压透平发电装置和/或减压阀组的出料口分为两路，一路与减温装置的进料口相连，另一路与旁路脱硫装置的进料口相连。
27.优选地，
28.所述有机硫转换装置为水解催化反应器、加氢水解催化反应器、氢解反应器中的一种或多种组合形成的有机硫转换装置。
29.优选地，
30.所述减温装置用于将经过余压透平发电装置或减压阀组后温度高于80℃的高炉煤气降温至80℃以下，为高压回流雾化喷枪、双流体雾化喷枪、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合；和/或，
31.所述加热装置用于将温度低于酸露点以上5℃的高炉煤气加热至酸露点以上10℃以上，为蒸汽换热器、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合。
32.优选地，
33.所述干法脱硫塔包括进、出口阀门，脱硫剂床层，脱硫剂卸料口和加料口，脱硫剂采用铁系脱硫剂、活性炭脱硫剂；脱硫剂吸附h2s后生成含硫副产物排出系统。
34.所述干法脱硫塔的数目为一个或几个。
35.优选地，
36.所述煤气调节装置，包括调节型蝶阀、盲板阀、开关型蝶阀、煤气放散及氮气吹扫管路。
37.运行过程中，煤气调节装置与干法脱硫塔共同分配煤气，根据脱硫区域出口h2s浓度数值是否高于或低于设定值，然后通过计算实际数值与设定值的偏差率大小来相应增大或调小调节型蝶阀开度，调节煤气调节装置中的煤气量，从而也可以调节进入干法脱硫塔内硫化物中的煤气量，使脱硫区域出口h2s数据平稳准确。
38.在本发明中，高炉煤气干法精脱硫系统中还包括常规的附属检测仪表和煤气管道。
39.本发明第二方面是提供采用本发明第一方面所述的高炉煤气干法精脱硫系统的高炉煤气干法精脱硫方法，所述干法精脱硫方法包括以下步骤：
40.s1高炉煤气经高炉煤气预处理系统后，得到预处理煤气；
41.s2将所述预处理煤气依次通过减温装置和加热装置，得到调节温度后的高炉煤气；
42.s3将所述调节温度后的高炉煤气分两股分别进入干法脱硫塔和煤气调节装置，并将干法脱硫塔和煤气调节装置出口所得煤气混合，得到精脱硫煤气；
43.s4根据h2s浓度检测模块的检测结果，调节干法脱硫塔和煤气调节装置中的煤气量，保证精脱硫煤气的质量。
44.优选地，
45.步骤s1中，高炉煤气经有机硫转换装置后、通过余压透平发电装置和/或减压阀组，得到预处理煤气；优选为正常工作时，仅通过余压透平发电装置，减压阀组关闭，检修时，仅通过减压阀组，余压透平发电装置关闭；
46.步骤s2中，预处理煤气还可通过旁路脱硫装置；优选为正常工作时，仅通过减温装置和加热装置，旁路脱硫装置关闭，检修时，仅通过旁路脱硫装置，减温装置和加热装置关闭。
47.优选地，
48.所述有机硫转换装置的工作温度为90～150℃；
49.所述预处理煤气的压力小于50kpa；
50.所述减温装置将煤气温度降温至80℃以下；
51.所述加热装置将煤气温度加热至酸露点的10℃以上；
52.所述脱硫剂的工作温度为50～80℃；工作压力为50kpa以下。
53.本发明提供的上述工艺及其装置至少带来的有益效果：
54.上述发明内容中，本发明公开的工艺及其装置利用干法脱硫剂存在脱硫效率随温度和时间变化的特点，通过增加减温、加热装置来维持高炉煤气温度，使脱硫剂处于脱硫效率最佳温度区间内；通过增加煤气调节装置和干法脱硫塔入口调节阀门，根据脱硫区域出口h2s数据，调节进入干法脱硫塔内硫化物的含量，从而在满足环保排放要求的前提下延长脱硫剂更换周期。本发明使用的新工艺及其装置，有效降低了脱硫剂更换频次，从而降低运行成本、减少工作强度。
附图说明
55.图1为本发明的一种实施方式中的高炉煤气干法精脱硫调节工艺示意图。
56.附图标记说明如下：
57.1-高炉煤气；2-有机硫转换装置；3-余压透平发电装置；4-减压阀组；5-减温装置；6-加热装置；7-干法脱硫塔；8-煤气调节装置；9-cems装置(含流量、温度、压力及h2s浓度的测量模块)；10-旁路脱硫装置；11-煤气用户。
具体实施方式
58.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
59.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
60.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.实施例1
62.本发明在河北某钢铁厂某分厂的实施例工艺及其装置如图1所示。
63.如图1所示，为本发明的一种高炉煤气干法精脱硫系统，所述干法精脱硫系统包括高炉煤气预处理系统、减温装置5、加热装置6、干法脱硫塔7、煤气调节装置8和cems装置(含流量、温度、压力及h2s浓度的测量模块)9；在本发明中h2s浓度检测模块采用cems装置(含流量、温度、压力及h2s浓度的测量模块)9；
64.所述高炉煤气预处理系统的进料口与高炉煤气1的出料口相连；
65.所述高炉煤气预处理系统的出料口与减温装置5的进料口相连；
66.所述减温装置5的出料口与加热装置6的进料口相连；
67.所述加热装置6的出料口分为两路，一路与干法脱硫塔7的进料口相连，另一路与煤气调节装置8的进料口相连；
68.所述干法脱硫塔的出料口7和煤气调节装置8的出料口连通后，与cems装置9相连。
69.所述高炉煤气预处理系统包括有机硫转换装置2、余压透平发电装置3和/或减压阀组4；
70.所述有机硫转换装置2的进料口与高炉煤气1的出料口相连；
71.所述有机硫转换装置2的出料口分别与余压透平发电装置3和减压阀组4的进料口相连；
72.所述余压透平发电装置3、减压阀组4的出料口连通后，分为两路，一路与减温装置5的进料口相连，另一路与旁路脱硫装置10的进料口相连。
73.本实施例的高炉煤气1为已经过除尘、脱酸等工艺处理后的高炉煤气，为2000000nm3/h，温度为120～200℃，压力为200～250kpa，硫化物含量按h2s计约为100mg/nm3；
74.所述有机硫转化装置2，在本实施例中为水解催化塔，数量可以为n台，n大于等于1，本实施例为15台，内部填充水解催化剂，工作压力范围为200～300kpa，温度范围为120～200℃。
75.所述余压透平发电装置3可以为n套，n大于等于1，本实施例为5套；所述减压阀组4可以为n台，n大于等于1，本实施例为5台，减压阀组采用洗哪有常规设备，由一个减压阀及附属油站、一个盲板阀和一个开关型蝶阀组成。
76.本实施例所述余压透平发电装置3和减压阀组4为互为备用关系，正常生产时减压阀组关闭，余压透平发电装置运行。
77.所述减温装置5本实施例采用双流体雾化喷枪，数量可以为n组，n大于等于1，本实施例为2组共16台；喷枪与主厂除盐水系统相连接，在高炉煤气高于80℃时根据高炉煤气流量和温度调节开启喷枪的数量，使高炉煤气温度降至80℃以下。在喷枪后的管道底部设置有排水装置，用于排放未完全雾化的减温水。
78.所述加热装置6本实施例为蒸汽加热器，数量可以为n台，n大于等于1，本实施例为16台；热源采用主厂提供的0.55mpa饱和蒸汽，设置有蒸汽进、出口和疏水口。在高炉煤气低于酸露点温度以上5℃时开启蒸汽阀门，通过换热管高炉煤气进行升温，使高炉煤气温度高至高于酸露点温度10℃以上。
79.所述干法脱硫塔7可以为n台，n大于等于1，本实施例为16台，因场地限制，放置在两个区域；干法脱硫塔7采用填料塔，配备进、出口阀门，内部填充氧化铁系脱硫剂，工作压力为50kpa以下，温度为50～80℃。
80.本实施例所述煤气调节装置8采用多个不同型式阀门及管道、仪表、氮气吹扫系统组成，共安装2套。其中，阀门顺序依次是调节型电动蝶阀、电动盲板阀、开关型电动蝶阀，采用该阀门组来控制煤气调节装置的通/断和进入煤气调节装置中的煤气量大小。该煤气调节装置入口与干法脱硫塔入口母管末端相连，出口与干法脱硫塔出口汇总母管首端相连。
81.本实施例所述cems装置9可以为n套，n大于等于1，本实施例为2套；干法脱硫塔因为场地限制放在了两个区域，所以设置了两套。安装位置是干法脱硫塔出口汇总母管末端，在两股煤气充分混合后进行检测。检测数据上传至脱硫系统的dcs系统。
82.所述旁路脱硫装置10可以为n套，n大于等于1，本实施例为2套；本实施例所述旁路脱硫装置采用三阀组及管道、仪表、放散、氮气吹扫系统组成，共安装2套。旁路接管进口为余压透平发电装置出口母管和减压阀组出口管汇合口下游，旁路出口为干法脱硫塔出口汇总母管上h2s浓度检测模块安装点上游。
83.所述煤气用户11可以为n处，n大于等于1，本实施例为热风炉十五处及燃气发电厂一处。
84.所述的高炉煤气干法精脱硫系统，还包括：用于煤气输送、流通等用途的管道；用于温度、压力流量等参数测量的仪表；用于单台设备进、出口连接的阀门、膨胀节；用于吹扫、放散的氮气系统和放散系统及设备；用于雾化喷枪的除盐水系统及设备；用于蒸汽加热器的饱和蒸汽系统及设备等。
85.采用本实施例的高炉煤气的干法精脱硫方法如下：
86.本实施例高炉煤气1通过管道进入有机硫转换装置2，在有机硫转换装置2中煤气含有的cos(羰基硫)被转化成h2s(硫化氢)。然后高炉煤气进入余压透平发电装置3，在余压透平发电装置3检修时，高炉煤气进入减压阀组4调压，经过余压透平发电装置3或减压阀组4的高炉煤气压力由200～300kpa降至50kpa以下。随后，高炉煤气依次经过减温装置5和加热装置6，在高炉煤气温度异常的情况时对其进行调温至常态温度(即减温装置5用于将经
过余压透平发电装置或减压阀组后温度高于80℃的高炉煤气降温至80℃以下；加热装置6用于将温度低于酸露点以上5℃的高炉煤气加热至高于酸露点10℃以上，如在本实施例中，由50℃提升至55℃以上，然后高炉煤气分为两股，一股进入干法脱硫塔7与脱硫剂进行反应，从而使煤气中的h2s脱除，另一股进入煤气调节装置8，通过cems装置9检测结果来对进入煤气调节装置8内的煤气量进行调节，进而影响进入干法脱硫塔7中高炉煤气流量来调整进入脱硫塔的h2s总量，使脱硫区域出口h2s数据平稳准确。
87.本实例还为减温装置5前至h2s浓度检测模块9后的区间段设置旁路脱硫装置10。最终达到排放要求的洁净高炉煤气进入煤气用户11。本实施例洁净高炉煤气h2s含量排放要求为不高于20mg/nm3。
88.下面对本发明的运行原理进行详细介绍：
89.(1)温度调节：高炉煤气通过减温装置和加热装置与其它介质进行换热，使高炉煤气温度稳定在脱硫剂最佳温度区间内，从而延长脱硫剂的物理寿命；
90.(2)流量调节：脱硫剂设计更换周期为5个月，从使用初期到末期的脱硫效率会逐步降低，最终到无法满足排放数据而进行更换。通过煤气调节装置与各个干法脱硫塔进口调节型阀门协同调整，从而延长脱硫剂更换周期至六个月，具体调整方式如下：
91.a.在脱硫剂使用初期，即第一个月，脱硫效率最好时：通过cems装置9检测结果，调节煤气调节装置调节阀开度大小，使煤气通过量为总煤气量的15～20％；通过关闭某个或调节各个干法脱硫塔的进口阀门，使进入所有干法脱硫塔的煤气量为总煤气量的80～85％；由此可以通过较大幅度的减少进入干法脱硫塔的总h2s量来保证脱硫剂的平稳消耗，来保证进入煤气用户的高炉煤气中h2s小于排放标准。
92.b.在脱硫剂使用中期，即第二个月至第四个月，脱硫效率逐步降低时：通过cems装置9检测结果，调节煤气调节装置调节阀开度大小，使煤气通过量为总煤气量的5～15％；通过关闭或调节各个干法脱硫塔的进口阀门，使进入所有干法脱硫塔的煤气量为总煤气量的85～95％；由此可以通过小幅度减少进入干法脱硫塔的总h2s量来保证脱硫剂的平稳消耗，来保证进入煤气用户的高炉煤气中h2s小于排放标准。
93.c.在脱硫剂使用末期，即第五个月至达不到脱硫效果，脱硫效率较低时：通过cems装置9检测结果，关闭煤气调节装置；通过开启各个干法脱硫塔的进口阀门，使所有高炉煤气进入干法脱硫塔；由此来保证进入煤气用户的高炉煤气中h2s小于排放标准。
94.上述实施例中，通过调节高炉煤气温度和进入干法脱硫塔的硫化物含量，在达到环保排放要求的前提下，通过对煤气的温度、流量进行调节，脱硫剂的更换周期延长至六个月，以此干法脱硫剂的脱硫效率及延长更换周期，从而降低运行经济成本。
95.对比例1
96.对比例1和实施例1的高炉煤气干法精脱硫系统基本相同，区别在于：对比例1的高炉煤气干法精脱硫系统不含有煤气调节装置8；对比例1的干法精脱硫的脱硫剂实际更换周期与设计更换周期基本相同，没有延长，且对比例1中h2s的排放浓度波动大，在初期存在h2s浓度近零、末期超过排放标准的现象。
97.对比例2
98.对比例2和实施例1的高炉煤气干法精脱硫系统基本相同，区别在于：对比例2的高炉煤气干法精脱硫系统不含有减温装置和加热装置；对比例2的干法精脱硫系统出现因煤
气温度低，产生的凝结水进入脱硫剂的现象，造成脱硫剂粉化，从而使干法脱硫塔内阻力增加，不得不在未达到五个月设计更换周期的情况下提前更换。
99.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。