CN113877357B - 一种高炉煤气吸附脱硫再生系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉煤气吸附脱硫再生系统及吸附剂再生方法，该方法具体为：打开第三解吸气管路及各解吸气支路B上的阀门，第二解吸气管路上的再生解吸气经再生风机加压、经换热器加热后，先经第三解吸气管路、解吸气支路B进入吸附塔内，自吸附塔塔顶向塔底吹扫升温；当吸附塔内中部温度达到180℃时，关闭第三解吸气管路上的阀门，打开第五管路及各解吸气管路A上的阀门，第二解吸气管路上的再生解吸气经再生风机加压、经换热器加热后，经换热器出口、第五解吸气管路、解吸气支路A进入吸附塔，自吸附塔的塔底向塔顶方向吹扫。本发明的有益效果为：本发明可实现解吸过程中吸附塔床层的稳定快速升温，提高了吸附剂再生效率，降低了解吸过程时间。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种高炉煤气吸附脱硫再生系统及方法。
背景技术
高炉煤气是钢铁生产过程中的重要燃料，其燃烧产生的污染物（NOx、SO2等）是钢铁生产排放的大气污染物的主要来源之一。近年来，国家的环保政策日益严格，2019年4月，相关部门发布的政策中对高炉热风炉中主要大气污染物的超低排放限值要求为：颗粒物10mg/m3、二氧化硫50mg/m3、氮氧化物200mg/m3。钢铁企业中类似于高炉热风炉的其他采用高炉煤气燃烧的用户（如轧钢加热炉、自备电厂和燃气锅炉等）数量众多，若不配套相应的脱硫设施处理，其烟气均不可能达到超低排放。
从高炉煤气中硫的赋存形态可知，高炉煤气精脱硫工艺的重点仍应是针对其中羰基硫（有机硫）、硫化氢（无机硫）的控制与削减。尽管目前业内鲜见相关成熟应用的工程业绩，但结合钢铁生产流程各工序对高炉煤气使用要求及其硫含量的组成特点，从满足超低排放限值要求出发，高炉煤气储配及其用户精脱硫治理的技术路线多从以下三个方向进行实施：（1）、基于入炉原料控制的前端治理；（2）、针对用户排放末端的烟气精脱硫治理；（3）、基于高炉煤气输配源头的在线治理。上述三种脱硫路线都是将高炉煤气中的有机硫转化为无机硫，然后脱除无机硫（湿法脱硫工艺）；或者通过物理吸附同时吸附有机硫和无机硫（干法脱硫工艺），进而达到脱硫的目的。
干法脱硫工艺是通过分子筛或微晶材料具有的较高表面和孔体积特征，通过负载改性或人工水热合成等手段获得高效的吸附分离效果，实现高炉煤气的脱硫、脱氯、除湿、除油和精除尘，具体步骤如下：
（1）、从TRT或者减压阀组出来的高炉煤气进入并联运行的吸附塔（内装脱硫吸附剂，采用一塔再生，其他塔吸附方式运行），通过吸附煤气中的有机硫，无机硫、氯离子和油等杂质，使其达到净化的目的，以保障末端用户燃烧后的烟气硫含量排放指标满足环保要求。
（2）、吸附塔达到一定饱和程度后，从吸附塔出口端净煤气管网抽取一定量的净煤气作为解吸气，经过蒸汽煤气换热器将解吸气加热到250℃左右，逆着进气方向对吸附饱和的吸附塔床层进行吹扫，使大量的硫化物等杂质在高温下得以完全脱附。脱附完毕后，停止加热再生气，继续用正常再生气逆着进气方向吹扫吸附塔床层，使之冷却至吸附温度。
（3）、每个塔轮流切换再生，解吸气将吸附塔内的无机硫及有机硫等杂质带走，通过管网送往钢铁厂烧结作为燃料气，燃烧后经烧结机的脱硫设施脱硫，烧结烟气实现脱硫达标后排放。
然而，现有的干法脱硫工艺存在以下问题：高炉煤气干法脱硫塔内硫化物等杂质被吸附到一定程度后，需从吸附塔出口端净煤气管网抽取一定量的净煤气作为再生气，对接近饱和的吸附剂进行解吸再生。再生过程包括升温、保温和降温，脱硫塔在实际解吸过程中，塔内温度常常不能持续稳定在180℃左右，从而会导致吸附塔解吸效果变差，甚至会增加解吸时间，导致整个吸附解吸模式不稳定。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种再生效率高的高炉煤气吸附脱硫再生系统及方法。
本发明采用的技术方案为：一种高炉煤气吸附脱硫再生系统，包括煤气供应管路、第一煤气管路、喷雾降温装置、若干吸附塔、解吸气管网和PLC控制器；所述煤气供应管路的出口连接第一煤气管路，所述喷雾降温装置安装在第一煤气管路上，且与PLC控制器相连；所述若干吸附塔并列布置，吸附塔内中部设有与PLC控制器相连的温度传感器；各吸附塔底部的进气口通过进气支路与第一煤气管路连通，各吸附塔顶部的出气口通过出气支路与第二煤气管路连通，第二煤气管路与后续各用户管网连通；所述解吸气管网包括第一解吸气管路、第二解吸气管路和换热器，所述第一解吸气管路的入口端分别通过各解吸气支路与对应的进气支路连通，第一解吸气管路的出口端与解吸气总管连通；所述第二解吸气管路的入口端与第二煤气管路连通，第二解吸气管路上安装有再生风机，第二解吸气管路的出口与换热器的冷源流道入口连通；所述换热器的冷源流道出口与第三解吸气管路的入口连通，第三解吸气管路通过若干解吸气支路B与对应的出气支路连通。
按上述方案，所述解吸气管网还增设有第五解吸气管路，第五解吸气管路上配置有切断阀，第五解吸气管路的一端与第三解吸气管路连通，第五解吸气管路的另一端与第一解吸气管路连通。
按上述方案，第三解吸气管路上连接有第四解吸气管路，第四解吸气管路与解吸气总管连通。
按上述方案，所述换热器为蒸汽煤气换热器，蒸汽煤气换热器的热源流体为蒸汽，蒸汽换热器的热源流道与蒸汽管路连通，蒸汽管路上设有与PLC控制器相连的流量调节阀。
按上述方案，所述第一煤气管路上设有与PLC控制器相连的煤气温度传感器，煤气温度传感器用于检测第一煤气管路内的高炉煤气温度并将该温度信号发送至PLC控制器，当PLC控制器监测到第一煤气管路内的高炉煤气温度高于70℃时，启动喷雾降温装置对高炉煤气进行降温，将煤气温度降至70℃以下。
按上述方案，再生风机为与PLC控制器相连的变频风机。
本发明还提供了一种基于如上所述高炉煤气吸附脱硫再生系统的吸附剂再生方法，该方法具体为：打开第三解吸气管路及各解吸气支路B上的阀门，第二解吸气管路上的再生解吸气经再生风机加压、经换热器加热后，先经第三解吸气管路、解吸气支路B进入吸附塔内，自吸附塔塔顶向塔底吹扫升温；当吸附塔内中部温度达到180℃时，关闭第三解吸气管路上的阀门，打开第五管路及各解吸气管路A上的阀门，第二解吸气管路上的再生解吸气经再生风机加压、经换热器加热后，经换热器出口、第五解吸气管路、解吸气支路A进入吸附塔，自吸附塔的塔底向塔顶方向吹扫。
按上述方案，从吸附塔塔底进行吹扫升温，经过设定时间的吹扫升温后，当吸附塔顶部的温度低于180℃时，剩余升温时间内增加解吸气的流量和加热蒸汽的流量，使吸附塔在剩余升温时间内其内部温度达到180℃以上；从吸附塔塔顶进行吹扫升温，经过设定时间的吹扫升温后，当吸附塔底部的温度低于180℃时，剩余升温时间内增加解吸气的流量和加热蒸汽的流量，使吸附塔在剩余升温时间内其内部温度达到180℃以上。
本发明的有益效果为：本发明可实现解吸过程中吸附塔床层的稳定快速升温，提高了吸附剂再生效率，降低了解吸过程时间，能够为整个吸附解吸工作模式提供更多可能性；解决湿法脱硫工艺存在的水解催化剂寿命短和易失效的问题，避免影响TRT发电，且无废水产生。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的整体结构示意图。
图2为本实施例中脱硫塔的整体结构示意图。
图3为预处理层吸附剂的示意图。
图4为吸附层吸附剂的示意图。
其中：其中：1、煤气供应管路；2、第一煤气管路；3、喷雾降温装置；4、吸附塔；4.1、塔体；4.2、预处理层；4.3、吸附层；4.4、预留层；4.5、检修孔；4.6、支撑结构；4.7、球形颗粒状吸附材料；4.8、块状吸附材料；5、第二煤气管路；6、进气支路；7、出气支路；8、煤气旁通管路；9、换热器；10、第一解吸气管路；11、第二解吸气管路；12、第三解吸气管路；13、第四解吸气管路；14、第五解吸气管路；15、再生风机；16、解吸气支路A；17、解吸气支路B；18、蒸汽发生器；19、蒸汽管路；20、解吸气总管；21、切断阀。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种高炉煤气吸附脱硫再生系统，一种高炉煤气吸附脱硫再生系统，其特征在于，包括煤气供应管路1、第一煤气管路2、喷雾降温装置3、若干吸附塔4、解吸气管网和PLC控制器；所述煤气供应管路1的出口连接第一煤气管路2，所述喷雾降温装置3安装在第一煤气管路2上，且与PLC控制器相连；所述若干吸附塔4并列布置，吸附塔4内中部设有与PLC控制器相连的温度传感器；各吸附塔4底部的进气口通过进气支路6与第一煤气管路2连通，各吸附塔4顶部的出气口通过出气支路7与第二煤气管路5连通，第二煤气管路5与后续各用户管网连通；所述解吸气管网包括第一解吸气管路10、第二解吸气管路11和换热器9，所述第一解吸气管路10的入口端分别通过各解吸气支路与对应的进气支路6连通，第一解吸气管路10的出口端与解吸气总管20连通；所述第二解吸气管路11的入口端与第二煤气管路5连通，第二解吸气管路11上安装有再生风机15，第二解吸气管路11的出口与换热器9的冷源流道入口连通；所述换热器9的冷源流道出口与第三解吸气管路12的入口连通，第三解吸气管路12通过若干解吸气支路B17与对应的出气支路7连通。
优选地，所述解吸气管网还增设有第五解吸气管路14，第五解吸气管路14上配置有切断阀，第五解吸气管路14的一端与第三解吸气管路12连通，第五解吸气管路14的另一端与第一解吸气管路10连通。
优选地，第三解吸气管路12上连接有第四解吸气管路13，第四解吸气管路13与解吸气总管20连通。
优选地，所述第一煤气管路2上设有与PLC控制器相连的煤气温度传感器，煤气温度传感器用于检测第一煤气管路2内的高炉煤气温度并将该温度信号发送至PLC控制器，当PLC控制器监测到第一煤气管路2内的高炉煤气温度高于70℃时，启动喷雾降温装置3对高炉煤气进行降温，将煤气温度降至70℃以下，以保证吸附剂在适宜的温度下进行工作。
本发明中，煤气供应管路1内的煤气为依次经过重力除尘器、布袋除尘系统、TRT发电或调压阀组后的低压煤气；所述换热器9为蒸汽煤气换热器9，蒸汽煤气换热器9的热源流体为蒸汽，蒸汽换热器9的热源流道与蒸汽管路连通19，蒸汽管路连通19与蒸汽发生器18连通；蒸汽管路19上设有与PLC控制器相连的流量调节阀；所述喷雾降温装置3为现有设备，这里不再赘述；再生风机15为与PLC控制器相连的变频风机。
优选地，所述高炉煤气吸附脱硫系统还设有煤气旁通管路8，煤气旁通管路8的一端与煤气供应管路1连通，煤气旁通管路8的另一端与后续各用户管网连通。
优选地，如图2所示，所述吸附塔4包括塔体4.1，以及沿高度方向自下而上布置在塔体4.1内部的预处理层4.2、若干吸附层4.3和预留层4.4；预处理层4.2侧部的壳体上设检修孔4.5；若干吸附层4.3间隔布置，以便于高炉煤气气流在塔体4.1内再分配，每两层吸附层4.3配置一个检修孔4.5。如图3所示，所述预处理层4.2的吸附剂采用球形颗粒状吸附材料4.7堆积而成，预留层4.4的高度可根据处理高炉煤气量进行定量调整；如图4所示，所述吸附层4.3和预留层4.4结构相同，二者的吸附剂采用规则块状吸附材料4.8堆积中部，采用球形颗粒状吸附材料4.7堆积四周。
本发明中，预处理层4.2、各吸附层4.3和预留层4.4均分别由支撑结构4.6安装在塔体4.1内部；所述检修孔4.5方便吸附材料及时更换；吸附塔4的外部设有保温结构；除上述配置外，吸附塔4的其他设置及结构均为现有成熟技术，这里不再赘述。
本发明中，各管路上均分别配置有阀门，其中第一解吸气管路10、第三解吸气管路12、第四解吸气管路13、第五解吸气管路14上分别配置有切断阀21。
本发明的脱硫工作原理为：高炉煤气经过重力除尘器、布袋除尘系统除尘后，通过TRT发电或调压阀组后呈低压煤气，经煤气供应管路1进入所述高炉煤气吸附脱硫系统，通过吸附塔4内吸附材料同时脱除高炉煤气中的有机硫和无机硫。吸附塔4内的吸附剂达到相对饱和程度后，从吸附塔4出口端的第二煤气管路5抽取一定量的净煤气作为再生解吸气，经换热器9加热后，对饱和的吸附塔4进行吹扫，使大量的硫化物等杂质在高温下得以完全脱附；脱附过程可通过定时自动控制或者通过吸附塔进出口压差显示进行手动控制，脱附完毕后，停止加热再生解吸气，继续用正常再生解吸气对吸附塔4进行吹扫，使之冷却至吸附温度；脱附后的硫化物等杂质随解吸气通过管网送往钢铁厂烧结作为燃料气，燃烧后经烧结机的烟气脱硫设施脱硫，达标后排放。
一种基于如上所述高炉煤气吸附脱硫再生系统的吸附剂再生方法，该方法具体为：打开第三解吸气管路12及各解吸气支路B17上的阀门，第二解吸气管路11上的再生解吸气经再生风机15加压、经换热器9加热后，先经第三解吸气管路12、解吸气支路B17进入吸附塔4内，自吸附塔4塔顶向塔底吹扫升温；当吸附塔4内中部温度达到180℃时，关闭第三解吸气管路12上的阀门，打开第五管路及各解吸气管路A上的阀门，第二解吸气管路11上的再生解吸气经再生风机15加压、经换热器9加热后，经换热器9出口、第五解吸气管路14、解吸气支路A16进入吸附塔4，自吸附塔4的塔底向塔顶方向吹扫。
优选地，无论从吸附塔4塔底还是从塔顶对吸附剂床层进行吹扫升温时，可通过控制吸附塔4顶部或者底部的显示温度改变加热蒸汽和抽取解吸气的流量，以达到对吸附塔4床层进行快速稳定加热的目的。具体地，若从吸附塔4塔底进行吹扫升温，经过设定时间的吹扫升温后，当吸附塔4顶部的温度仍低于180℃时，剩余升温时间内则可增加解吸气的流量和加热蒸汽的流量，以保证在剩余升温时间范围内，吸附塔4内的温度可以迅速且均匀达到180℃以上。若从吸附塔4塔顶进行吹扫升温，经过设定时间的吹扫升温后，当吸附塔4底部的温度低于180℃时，剩余升温时间内则可增加解吸气的流量和加热蒸汽的流量,以保证在剩余升温时间范围内，使吸附塔4内的温度可以迅速且均匀达到180℃以上。
本发明中，所述高炉煤气吸附脱硫系统中的风机为变频风机，蒸汽管路上设有流量调节阀；在高炉煤气吸附脱硫系统的各吸附塔4内沿高度方向均布与PLC控制器相连的温度传感器，检测吸附塔4内各高度处的温度。
本发明可实现解吸过程中吸附塔4床层的稳定快速升温，提高了吸附剂再生效率，降低了解吸过程时间，能够为整个吸附解吸工作制度提供更多可能性；解决湿法脱硫工艺存在的水解催化剂寿命短和易失效的问题，避免影响TRT发电，且无废水产生。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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。
Claims (3)
1.一种基于高炉煤气吸附脱硫再生系统的吸附剂再生方法，其特征在于，所述高炉煤气吸附脱硫再生系统包括煤气供应管路、第一煤气管路、喷雾降温装置、若干吸附塔、解吸气管网和PLC控制器；所述煤气供应管路的出口连接第一煤气管路，所述喷雾降温装置安装在第一煤气管路上，且与PLC控制器相连；所述若干吸附塔并列布置，吸附塔内中部设有与PLC控制器相连的温度传感器；各吸附塔底部的进气口通过进气支路与第一煤气管路连通，各吸附塔顶部的出气口通过出气支路与第二煤气管路连通，第二煤气管路与后续各用户管网连通；所述解吸气管网包括第一解吸气管路、第二解吸气管路和换热器，所述第一解吸气管路的入口端分别通过各解吸气支路与对应的进气支路连通，第一解吸气管路的出口端与解吸气总管连通；所述第二解吸气管路的入口端与第二煤气管路连通，第二解吸气管路上安装有再生风机，第二解吸气管路的出口与换热器的冷源流道入口连通；所述换热器的冷源流道出口与第三解吸气管路的入口连通，第三解吸气管路通过若干解吸气支路B与对应的出气支路连通；所述解吸气管网还增设有第五解吸气管路，第五解吸气管路上配置有切断阀，第五解吸气管路的一端与第三解吸气管路连通，第五解吸气管路的另一端与第一解吸气管路连通；第三解吸气管路上连接有第四解吸气管路，第四解吸气管路与解吸气总管连通；所述换热器为蒸汽煤气换热器，蒸汽煤气换热器的热源流体为蒸汽，蒸汽换热器的热源流道与蒸汽管路连通，蒸汽管路上设有与PLC控制器相连的流量调节阀；所述第一煤气管路上设有与PLC控制器相连的煤气温度传感器，煤气温度传感器用于检测第一煤气管路内的高炉煤气温度并将该温度信号发送至PLC控制器，当PLC控制器监测到第一煤气管路内的高炉煤气温度高于70℃时，启动喷雾降温装置对高炉煤气进行降温，将煤气温度降至70℃以下；
吸附剂再生方法具体为：打开第三解吸气管路及各解吸气支路B上的阀门，第二解吸气管路上的再生解吸气经再生风机加压、经换热器加热后，先经第三解吸气管路、解吸气支路B进入吸附塔内，自吸附塔塔顶向塔底吹扫升温；当吸附塔内中部温度达到180℃时，关闭第三解吸气管路上的阀门，打开第五管路及各解吸气管路A上的阀门，第二解吸气管路上的再生解吸气经再生风机加压、经换热器加热后，经换热器出口、第五解吸气管路、解吸气支路A进入吸附塔，自吸附塔的塔底向塔顶方向吹扫。
2.如权利要求1所述的吸附剂再生方法，其特征在于，从吸附塔塔底进行吹扫升温，经过设定时间的吹扫升温后，当吸附塔顶部的温度低于180℃时，剩余升温时间内增加解吸气的流量和加热蒸汽的流量，使吸附塔在剩余升温时间内其内部温度达到180℃以上；从吸附塔塔顶进行吹扫升温，经过设定时间的吹扫升温后，当吸附塔底部的温度低于180℃时，剩余升温时间内增加解吸气的流量和加热蒸汽的流量，使吸附塔在剩余升温时间内其内部温度达到180℃以上。
3.如权利要求1所述的吸附剂再生方法，其特征在于，再生风机为与PLC控制器相连的变频风机。
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