高炉煤气脱硫设备CFD流场优化|第1篇•源头/末端烟气处理主流工艺技术路线
本次内容为开篇介绍：源头/末端烟气处理主流技术路线，以工艺为主，后面的几篇聚焦设备CFD流场优化。还是那句话，不懂工艺，就不会成为一个在行业深耕的CFD专家，而只是一个CFD工具人。
预知区别：高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气
铁厂常见三种煤气：焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气。其中，高炉煤气气产量最高，焦炉煤气次之。咱这个系列介绍的是高炉煤气脱硫。
必知要点：高炉煤气的生成、成分及煤气用途
高炉煤气是热风吹入高炉，煤粉、焦炭燃烧与铁氧化物反应后排出高炉的混合气体，其生成路径见下图。(来源参考[华建明，孙国军，郭敏雷.宝钢高炉热风炉烟气超低排放治理工艺技术选择及应用示范[宝钢技术].2024])
高炉煤气的生成路径及分布图
在高炉炼铁生产中，硫主要由焦炭、煤粉，烧结矿及球团矿带入，输出硫大部分随高炉渣和铁水排出，少部分硫进入高炉煤气。
高炉煤气其主要成分及含量见下表。
硫化物 | 含量/(mg·m－3) | ||
CO | 23-24 | H2S | 20-60 |
CO2 | 22.5-23.5 | COS | 86-118 |
H2 | 3.0-4.0 | CH3SCH3 乙硫醚 | 0.3 |
N2 | 53-54 | CS2 | 0.06-0.10 |
CH4 | 0.2-0.4 | 二甲二硫 | 0.2-0.4 |
其中，炉煤气中的硫化物主要以羟基硫COS和硫化氢H2S形式存在，并且COS的含量高于H2S。羰基硫为弱酸性，同H2S、CS2相比，不易离解及液化，较难脱除。
高炉煤气主要用于热风炉、加热炉及煤气发电。
高炉煤气发热值（3200kJ/Nm3、约700-800kcal/m3）及理论燃烧温度（约1300℃）在副产煤气中最低，一般主要供给热值要求较低的用户，如高炉热风炉、轧钢加热炉及自备电厂燃气锅炉。
某钢企某次监督性监测数据显示，燃用未精脱硫高炉煤气下游用户的烟气排放特征如下。(来源参考[任海霞，王志荃，文浩锦.钢企高炉煤气前端脱硫与煤气用户末端脱硫的技术经济比较[第十四届中国钢铁年会论文集]中冶南方工程技术有限公司])
技术汇总一：高炉煤气脱硫源头控制/精脱硫
吸附法工艺技术路线
吸附法工艺是利用有较强吸附性能的材料，对高炉煤气中的硫化物进行吸附，饱和后再利用热煤气将硫化物脱附出来，将解析气送至烧结机利用。可实现有机硫和无机硫共同吸附，吸附介质主要有改性活性炭、微晶材料、分子筛、纳米材料等。目前工业化应用的仅为微晶，其余三种还处于实验室研究阶段。
吸附法由吸附塔+煤气解吸系统组成，一般布置在高炉TRT/BPRT之后。以微晶吸附法为例，工艺系统流程见下图。
技术汇总二：高炉煤气脱硫末端治理
SDS干法烟气脱硫+布袋除尘器工艺
本工艺流程为：将NaHCO3（小苏打）送入磨机研磨成超细粉，颗粒粒径控制在＜25μm（最佳粒径范围存疑），烟气从原烟道（换热器前需降温，换热器后需升温）引出后进入NaHCO3（小苏打）干法脱硫反应器（烟道也可以，但保证烟气/颗粒充分接触反应时间不低于2 s，最佳反应温度为140～250℃），脱硫后的烟气进入布袋除尘器捕集其中的烟尘，净化后烟气进入原烟囱排放。
主要反应如下：
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2
SO2+Na2CO3+1/2O2=Na2SO4+CO2
钙基固定床脱硫技术
参考文章：
