​低碳减排背景下高炉煤气干法精脱硫NSAD技术路线的应用

      在污染物防治方面，钢铁行业自2012年以来实现了一系列历史性变革。蓝天保卫战取得历史性成就，促进了钢铁行业的绿色高质量发展。如烧结、焦炉、自备燃煤电厂等烟气脱硫脱硝除尘设施已成为标配，污染物排放标准远超日韩欧美等发达国家；无组织排放精细化管控与治理使钢企面貌焕然一新；公转铁、新能源重卡的大力推进有效提升了钢铁行业物流环节的清洁运输水平。据不完全统计，全国钢企超低排放改造累计投资额已超过1500亿元。通过持续不断的努力，钢铁行业涌现出了一批环境绩效A级企业和一批4A、3A级旅游工厂，为地方生态文明建设奠定了坚实基础，也让地方的天蓝的更深、更透、更长。

      为进一步提升钢铁行业污染治理水平,深化钢铁行业供给侧结构性改革,通技术手段补齐钢铁行业环保短板,引领钢铁行业高质量发展,积极探索解决钢铁企业污染治理技术存在的问题,并提出合理的改进建议,本文梳理了硫化物治理技术中NSAD脱硫技术的具体原理、工艺流程、治理效益和减排潜力。

      一、基本背景

      目前，钢铁行业污染物排放面临更高要求，重点地区超低排放改造工作预计2022年底基本完成。钢铁大省河北省率先提出在已完成12家钢企创A的基础上，利用3年时间实现河北省钢企全面创A。同时，超低排放改造的整体要求也在逐步提高。《河北省钢铁行业环保绩效创A最优实用技术指南》对四类14项治理技术的原理、工艺流程、治理效益和减排潜力进行了详细分析,为钢铁企业创A工作提供技术指导。其中，在硫化物治理技术大类中，NSAD干法高炉煤气精脱硫技术，具有源头集中治理，减少设备占地和投资、运行费用低等多项优势。据不完全统计，目前国内约有50家钢铁企业采用煤气源头脱硫净化技术。其中，干法脱硫工艺具有运行费用低、脱硫效果好、运行操作简单、没有废水外排等诸多优点。NSAD干法高炉煤气脱硫技术采用可再生的吸附材料，避免了填料更换对炼铁主工艺的影响，是目前领先的源头煤气脱硫治理技术。

      二、技术原理

      NSAD干法高炉煤气精脱硫技术采用具有纳米级孔径的特殊材料，实现对高炉煤气中的含硫物质的特异性吸附，从脱除煤气中的硫化物。

      （一）技术流程

      技术流程包括预处理、硫转化、吸附、再生。工艺流程分为以下四步聚，如图1所示:

      1:从TRT出来的高炉煤气进入预处理模块，除去煤气中的气态水、氯离子以及粉尘（NH₄Cl）等杂质;

      2:煤气进入转化塔，将有机硫转化成无机硫；

      3:煤气进入吸附塔，煤气中的硫被吸附剂吸附;

      4:吸附饱和的材料通过升温，将吸附的含硫物质解吸，吸附材料实现再生。

图1 技术系统流程

      技术装备的主要参数、技术经济指标：煤气处理量：0.1~90万Nm³/h；系统压力损失：可小于5kPa；运行成本：＜8元/吨铁；吸附剂寿命：3-5年。

      （二）与同类技术相比的特点和优势

      与同类技术相比，本技术采用的更为严格的预处理措施，除可实现脱硫系统稳定运行外，还有以下优点：1.煤气冷凝水统一收集处理；2.脱湿过程中NH4Cl随冷凝水排出，降低了燃烧用户氮氧化物排放；3.对高炉煤气脱湿除氯，可以保护煤气管网、燃烧用户；4.高炉煤气含水量降低，同时经煤气复温后，热风炉燃烧温度升高，降低焦比；5.降低用户排烟损失、引风机功率。

表1 NSAD技术与同类技术对比特点和优势

      （三）本技术应用条件 

      1.煤气条件

      因系统预处理有对煤气温度、湿度调节手段，同时去除了粉尘、HCl，可适用于各种高炉煤气条件。

      2.能源介质条件

      本技术中有多组换热器、制冷机组，如有富余的低温烟气、蒸汽余热资源可降低运行成本。

      3.场地

      采用固定床吸附反应器，对场地适应性强，通常提供场地越大越有利于降低系统压降。

      三、企业应用典型案例及实施效果

     （一）J钢铁集团（A类企业）高炉煤气精脱硫项目

      J钢铁集团现有8座加热炉共计16个排放末端，采用未净化高炉煤气作为燃料，所排放烟气不满足钢铁行业超低排放要求。2021年初，企业采用NSAD干法煤气精脱硫技术，建设煤气量25万、50万Nm³/h两套脱硫系统，25万Nm³/h项目于2021年10月底投产、50万Nm³/h项目于2021年11月投产。

     （二）T集团有限公司海港项目配套2x43万Nm³/h高炉煤气精脱硫项目

      该项目建设1780m³高炉2座，按最新政策要求同步建设高炉煤气精脱硫设施。2021年中，企业选定NSAD干法煤气精脱硫技术，建设煤气量2x43万Nm³/h脱硫系统，2号高炉煤气脱硫项目与2022年2月投产，1号高炉煤气脱硫项目与2022年7月投产。

      运行后两家企业四个项目的煤气脱硫后的煤气燃烧烟气中的二氧化硫均小于35mg/m，满足超低排放要求，且因为煤气脱硫预处理得当、氮氧化物、颗粒物排放也达标。

      以该项目50万Nm³/h项目为例，在环保效益方面:投产后，每年可减少19575吨二氧化硫排放。在经济效益方面:相较于采用末端治理技术，烟气治理年运行成本减少15%-20%。此外，由于本技术具有脱湿功能，可有延长厂区煤气管网使用寿命5-10年。同时，可提高热风炉燃烧温度，减少高炉焦比6-10kg/tFe。

      四、结语

      干法脱硫工艺具有适应性强、运行费用低、脱硫效果好、运行操作简单、没有废水外排、并可协同脱除多种污染物（粉尘、铵盐、HCl）、提高高炉煤气热值、降低焦比等诸多优点。NSAD干法高炉煤气脱硫技术采用可再生的吸附材料，避免了填料更换对炼铁主工艺的影响，是目前领先的源头煤气脱硫治理技术，具有广阔的应用前景。

      脱硫技术的进步和具体应用是钢铁行业大气污染治理的关键举措之一，钢铁行业如何实现减污降碳协同发展，高质量完成低碳转型任务，对于如期实现我国“双碳”目标和钢铁行业由大到强的历史转变具有重要意义。超低排放功在当代利在千秋，但也确实会增加企业的成本。干法脱硫技术运行费用较低，能够有效平衡环保保护与企业经营效益。基于此，促进脱硫技术发展和推广应用，变危为机，变环保压力为发展动力，有利于促进环保领先企业扩大竞争优势。 

来源：冶金管理