吹風(fēng)氣回收裝置煙囪內(nèi)部水除塵改進(jìn)小結(jié)

張花剛，張亞茹，李?lèi)?ài)粉，潘春博

（河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南安陽(yáng) 455133）

1 概 述

河南能源化工集團(tuán)安化公司是以煤為原料的氮肥企業(yè)，氣化系統(tǒng)以無(wú)煙塊煤為原料，采用常壓間歇式煤氣發(fā)生爐（UGI型）制取生產(chǎn)乙二醇、合成氨所需的水煤氣和半水煤氣。氣化系統(tǒng)現(xiàn)有煤氣發(fā)生爐46臺(tái)，包括6臺(tái)φ3 600 mm煤氣爐（7#～12#爐）、32臺(tái) φ2 800 mm煤氣爐（21#～52#爐）、8臺(tái) φ2 650 mm煤氣爐（13#～20#爐）。氣化系統(tǒng)的2#吹風(fēng)氣回收裝置于2007年投運(yùn)，伴隨著2012年200 kt／a煤制乙二醇裝置的投產(chǎn)，吹風(fēng)氣回收裝置實(shí)際回收氣量明顯增加，回收氣量由原來(lái)的7臺(tái)爐（3臺(tái)φ3 600 mm爐、4臺(tái) φ2 650 mm爐）增至12臺(tái)爐（4臺(tái)φ3 600 mm爐、8臺(tái)φ2 650 mm爐）。煤氣爐來(lái)的吹風(fēng)氣雖經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵，但仍有部分粉塵會(huì)被帶入吹風(fēng)氣回收裝置，經(jīng)燃燒爐、蒸汽過(guò)熱器、省煤器后從煙囪放空，由于吹風(fēng)氣煙囪排放煙氣帶出粉塵多，導(dǎo)致排出的煙氣呈灰黑色。2014年，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，公司決定在吹風(fēng)氣回收裝置煙囪內(nèi)部安裝管式噴淋除塵設(shè)施，改造后煙氣帶出物雖有所減少，但煙囪仍存在冒黑煙現(xiàn)象，煙氣帶出 “黑雨”較多。面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，公司經(jīng)多次討論和方案制定，決定進(jìn)行大膽嘗試，利用2017年4月系統(tǒng)大修時(shí)機(jī)會(huì)對(duì)2#吹風(fēng)氣回收裝置煙囪內(nèi)部創(chuàng)新性地使用 “二級(jí)折流除塵”技術(shù)并對(duì)煙囪底部排水管線(xiàn)進(jìn)行改造，以將煙氣中的粉塵除去。此項(xiàng)改造實(shí)施后，2#吹風(fēng)氣回收裝置除塵效果良好，杜絕了黑煙、 “黑雨”現(xiàn)象，環(huán)保效益顯著，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下。

2 2#吹風(fēng)氣回收裝置概況

2.1 生產(chǎn)原理

吹風(fēng)氣回收裝置主要是回收煤氣爐吹風(fēng)階段產(chǎn)生的空氣煤氣 ［（CO+H2）含量為8% ～12%］，其與加熱后的空氣混合后在燃燒爐上部與氨合成系統(tǒng)來(lái)的弛放氣（CH4含量50%）混合燃燒，產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱層中，燃燒后的高溫?zé)煔馀c軟水進(jìn)行熱量交換，產(chǎn)生的蒸汽供生產(chǎn)系統(tǒng)使用，以減少尾氣排放并回收熱量。

2.2 工藝流程

氣化系統(tǒng)7#～12#煤氣爐（φ3 600 mm）以及13#～20#煤氣爐（φ2 650 mm）吹風(fēng)階段產(chǎn)生的空氣煤氣，通過(guò)吹風(fēng)氣回收閥及U形水封管匯入吹風(fēng)氣總管后，分2路進(jìn)入預(yù)混器與來(lái)自第二空氣預(yù)熱器的空氣（250℃）混合，然后從上部進(jìn)入燃燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒；弛放氣來(lái)自合成工段，經(jīng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入止逆水封，然后經(jīng)分離器分離水分后分3路進(jìn)入弛放氣助燃器，與第一空氣預(yù)熱器來(lái)的空氣混合后入燃燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒；燃燒產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱層中?？諝鈦?lái)自鼓風(fēng)機(jī)，經(jīng)第一空氣預(yù)熱器加熱后分成2路：一路進(jìn)入弛放氣助燃器，另一路經(jīng)第二空氣預(yù)熱器加熱后進(jìn)入吹風(fēng)氣預(yù)混器。

吹風(fēng)氣回收裝置煙氣及水汽流程見(jiàn)圖1（圖中實(shí)線(xiàn)為煙氣及空氣走向，虛線(xiàn)為水汽走向）。煙氣流程：燃燒后的高溫?zé)煔庖来谓?jīng)蒸汽過(guò)熱器、余熱鍋爐、第二空氣預(yù)熱器、軟水加熱器、第一空氣預(yù)熱器進(jìn)行換熱，溫度降至160℃以下，然后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪，經(jīng)管式噴淋除塵水噴淋除去煙氣中的大部分粉塵后排入大氣，煙囪底部的污水則經(jīng)排污水封排入循環(huán)水系統(tǒng)。水汽流程：除氧軟水經(jīng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入軟水加熱器，與煙氣換熱后進(jìn)入余熱鍋爐，高溫?zé)煔猓?50℃）與軟水（4.0 MPa、100℃）在余熱鍋爐內(nèi)進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生蒸汽，余熱鍋爐汽包內(nèi)分離出來(lái)的飽和蒸汽進(jìn)入蒸汽過(guò)熱器，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽［2.8 MPa、（400±20）℃）］經(jīng)蒸汽過(guò)熱器出口集箱進(jìn)入主蒸汽管網(wǎng)，最終送往用戶(hù)。

圖1 吹風(fēng)氣回收裝置煙氣及水汽流程框圖

2.3 主要設(shè)備及參數(shù)

（1）燃燒爐：折流式，外形尺寸φ8 500mm×18 mm×29 025 mm；工作溫度800～1 000℃。

（2）蒸汽過(guò)熱器：蛇形列管式，外形尺寸2 800 mm×5 360 mm×5 480 mm，過(guò)熱面積197 m2；煙氣流量103 000 m3／h，進(jìn)口煙溫810℃；額定產(chǎn)汽壓力3.2 MPa，名義過(guò)熱蒸發(fā)量35 t／h，過(guò)熱蒸汽溫度420℃。

（3）余熱鍋爐：外形尺寸4 600 mm×8 050 mm×12 400 mm；煙氣流量 103 000 m3／h（標(biāo)態(tài)）；工作壓力3.5 MPa，進(jìn)口煙溫810℃，進(jìn)水溫度100℃；名義蒸發(fā)量35 t／h，飽和蒸汽溫度244.2℃；水壓試驗(yàn)壓力4.38 MPa。

（4）第一空氣預(yù)熱器：立式設(shè)備，外形尺寸2 450 mm×2 020 mm×7 810 mm，煙氣流量102 979 m3／h（標(biāo)態(tài)）；出口空氣溫度100℃，空氣流量 44 000 m3／h。

（5）第二空氣預(yù)熱器：臥式設(shè)備，外形尺寸2 540 mm×2 320 mm×5 665 mm；出口空氣溫度250℃，空氣流量30 484 m3／h。

（6）軟水加熱器：外形尺寸6 400 mm×3 100 mm×4 530 mm，換熱面積1 150 m2，設(shè)計(jì)工作壓力3.8 MPa；進(jìn)水溫度100℃，出水溫度172℃，進(jìn)水量36.75 t／h，進(jìn)口煙溫258.1℃，出口煙溫187℃；水壓試驗(yàn)壓力5.25 MPa。

（7）煙囪：外形尺寸 DN2600／DN3600×32 000 mm；煙氣流量 103 000 m3／h。

（8）鼓風(fēng)機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)9-26 12.5D，流量46 117～58 695 m3／h，轉(zhuǎn)速 1 450 r／min，全壓9 130～7 993 Pa；配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)YKK355-4，功率220 kW，轉(zhuǎn)速1 485 r／min。

（9）引風(fēng)機(jī)：引風(fēng)機(jī)型號(hào)Y4-73 22D，流量24 200～33 200 m3／h，轉(zhuǎn)速 730 r／min，全壓2 383～1 754 Pa；配套電動(dòng)機(jī)型號(hào) YKK450-8，功率280 kW，轉(zhuǎn)速740 r／min。

3 管式噴淋除塵設(shè)施運(yùn)行中存在的問(wèn)題

針對(duì)2#吹風(fēng)氣回收裝置2014年出現(xiàn)的煙囪帶出粉塵較多、冒黑煙現(xiàn)象，通過(guò)在煙囪內(nèi)部增設(shè)管式噴淋除塵設(shè)施，起到了一定的效果，但隨著系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷的提升，2#吹風(fēng)氣回收裝置回收氣量明顯增加，管式噴淋除塵設(shè)施的缺陷日益顯現(xiàn)，已不能滿(mǎn)足當(dāng)前的環(huán)保要求和生產(chǎn)所需。

3.1 煙囪管式噴淋除塵裝置結(jié)構(gòu)存在的缺陷

煙囪管式噴淋除塵裝置煙囪 ［見(jiàn)圖2（a）］分為上、下2段：下段φ3.6 m、高11 m，變徑段高度為1 m；上段φ2.6 m、高20 m。在煙囪下段φ3.6 m變徑段下沿低1 m（離地面10 m）處、上段φ2.6 m變徑段上沿高1 m（離地面13 m）處，分別加裝有2組長(zhǎng)2.2 m、φ57 mm的水管線(xiàn)，在管線(xiàn)兩側(cè)均勻分布有10根φ32 mm、長(zhǎng)750 mm鉆有小孔的噴水管，煙囪外裝有進(jìn)水閥門(mén)，噴淋水通過(guò)閥門(mén)進(jìn)入噴水管，可通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度控制噴淋水量。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，煙囪管式噴淋除塵裝置暴露出如下缺陷。

（1）由于噴淋設(shè)施進(jìn)水管線(xiàn)為φ57 mm，進(jìn)煙囪水管始端與末端距離2.2 m，且每組分布10根φ32 mm噴淋支管，受水分流的影響，噴淋管末端幾乎無(wú)水噴出，噴淋水分布不均勻，煙氣通過(guò)時(shí)粉塵與水無(wú)法充分接觸而被除去，造成煙氣攜帶較多粉塵，煙囪排氣呈灰褐色，排氣負(fù)荷較大時(shí)冒黑煙。

（2）正常生產(chǎn)時(shí)，如遇3臺(tái)以上煤氣爐吹風(fēng)階段產(chǎn)生的空氣煤氣集中在同一時(shí)段回收，由于回收負(fù)荷加大，在引風(fēng)機(jī)作用下，排氣壓力增大造成氣流上升速度加快，夾帶粉塵的除塵水與外排氣體一起快速上升，同時(shí)形成大量的飽和水蒸氣，隨著高度的變化，煙氣溫度逐步下降，夾帶的水蒸氣冷凝成冷凝水，冷凝水來(lái)不及在煙囪內(nèi)部落下就被快速上升的氣流帶出煙囪，導(dǎo)致煙氣攜帶除塵水噴出而形成 “黑雨”現(xiàn)象，對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

（3）煙氣中的粉塵遇水沉積附著在內(nèi)部噴淋管線(xiàn)上，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后形成結(jié)垢，堵塞噴淋口，嚴(yán)重時(shí)堵死噴淋口，影響除塵效果，而停車(chē)檢修增加了清理勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 煙囪底部排水管線(xiàn)存在的缺陷

煙囪管式噴淋除塵裝置在距煙囪底部500 mm處開(kāi)孔，加裝φ273 mm水平管線(xiàn)和排污閥［見(jiàn)圖2（a）］，使噴淋洗氣的水經(jīng)煙囪底部排污閥排出。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于引風(fēng)機(jī)的作用，煙囪底部產(chǎn)生微正壓，造成煙囪底部液面波動(dòng)，繼而引起排水管線(xiàn)出水不均勻和排氣現(xiàn)象，水氣共排不符合環(huán)保要求。

圖2 改造前后煙囪噴淋除塵裝置結(jié)構(gòu)對(duì)比

4 優(yōu)化改造方案

4.1 除塵設(shè)施結(jié)構(gòu)改造

4.1.1 除塵設(shè)施結(jié)構(gòu)改造方案

在煙囪內(nèi)部分2層安裝折流式氣液分離器［見(jiàn)圖2（b）］，安裝位置位于距煙囪底部9 m處和11 m處，在2層折流式氣液分離器下500 mm處分別安裝反沖洗管線(xiàn)，在第1層折流式氣液分離器上750 mm處安裝一層向下噴淋的裝置，反沖洗水管線(xiàn)和噴淋水管線(xiàn)與一次水管線(xiàn)碰頭（焊接），煙囪外分接進(jìn)水閥門(mén)。折流式氣液分離器材質(zhì)為316L，外徑3 000 mm、高150 mm，上部葉片間距30 mm、下部葉片間距40 mm（見(jiàn)圖3），噴淋?chē)娮觳捎闷胀ò卒摗?/p>

圖3 折流式氣液分離器葉片尺寸示意圖

4.1.2 除塵設(shè)施結(jié)構(gòu)改造方案分析

（1）2#吹風(fēng)氣回收裝置設(shè)計(jì)煙氣回收量為103 000 m3／h，而實(shí)際回收量為58 000～68 000 m3／h，加入折流式氣液分離器后，可通過(guò)葉片上、下間距差改變氣流方向和上升速度，增強(qiáng)氣液分離效果。經(jīng)計(jì)算，改造后煙囪通氣面積為原通氣面積的80%左右，正常生產(chǎn)時(shí)對(duì)整套吹風(fēng)氣回收裝置的氣體流動(dòng)阻力基本無(wú)影響。

（2）折流式氣液分離器的第1層可減緩氣流上升速度，使氣、水對(duì)流均勻、接觸充分，以提高除塵效率；折流式氣液分離器的第2層可對(duì)氣、水進(jìn)行分離，杜絕煙氣帶液現(xiàn)象；同時(shí)，2層折流式氣液分離器結(jié)構(gòu)可減緩煙氣和飽和水蒸氣混合氣體上升的速度，使冷凝水在未出煙囪口之前落入煙囪內(nèi)部，從而解決煙氣帶液的問(wèn)題，避免對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

（3）在2層折流式氣液分離器下部增加反沖洗噴淋設(shè)施，可及時(shí)清除氣液分離器下部和噴淋管線(xiàn)上附著的粉塵，解決積垢問(wèn)題。

4.2 煙囪底部排水管線(xiàn)改造

在煙囪底部原水平排水管線(xiàn)基礎(chǔ)上，將管線(xiàn)中部呈45°抬高500 mm，再水平布置500 mm，之后向下呈45°恢復(fù)原來(lái)走向 ［見(jiàn)圖2（b）］。

煙囪底部排水管線(xiàn)抬高后，排水管外部距地面1 m位置處呈 “П”型結(jié)構(gòu)，使煙囪底部形成液封，達(dá)到排液不排氣的目的。

4.3 折流式氣液分離器除塵裝置說(shuō)明

煙氣進(jìn)入煙囪后，粉塵與噴淋水對(duì)流接觸，煙氣中的大部分粉塵進(jìn)入水滴中，大的水滴因重力作用直接沉降到煙囪底部，而較小的液滴隨煙氣繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)折流式氣液分離器時(shí)，煙氣被均勻分布，與均勻分布的除塵水充分接觸，經(jīng)第1層折流式氣液分離器除去煙氣中的大部分污水和粉塵，再經(jīng)第2層折流式氣液分離器將煙氣中剩余的少量粉塵和污水除去，除塵后的水則經(jīng)煙囪底部排出，進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)利用。而且，折流式氣液分離器的結(jié)構(gòu)型式會(huì)使煙氣流動(dòng)方向急劇變化，使具有較大慣性的液滴和固體顆粒與折流板壁碰撞而從煙氣中分離出來(lái)，形成液膜，在折流式氣液分離器收集區(qū)匯集成流，然后在重力作用下沉降到煙囪底部，使排放的煙氣不再帶液，達(dá)到環(huán)保要求。另外，氣液分離器下500 mm處安裝的反沖洗裝置，不僅能對(duì)氣液分離器下部粉塵進(jìn)行沖洗，防止氣液分離器底部積灰堵塞，而且可有效解決內(nèi)部噴淋管線(xiàn)積垢堵塞噴淋口的問(wèn)題，并起到洗滌煙氣的作用。

5 改造效果

對(duì)煙囪除塵設(shè)施結(jié)構(gòu)及其底部排水管線(xiàn)進(jìn)行改造并固化操作后，2017年4月2#吹風(fēng)氣除塵裝置投入運(yùn)行，除塵水量可根據(jù)回收氣量靈活調(diào)節(jié)，煙囪排氣均以水蒸氣狀態(tài)排放，未出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，偶爾煙氣帶出的水滴也由 “污水滴”變成了 “清水滴”，除塵水通過(guò)排水管線(xiàn)全部回收至循環(huán)水系統(tǒng)利用。2017年8月，2#吹風(fēng)氣回收裝置短停，檢查煙囪上、下層氣液分離器，未發(fā)現(xiàn)積垢、堵塞現(xiàn)象。2#吹風(fēng)氣除塵裝置改造前后各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 2#吹風(fēng)氣除塵裝置改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比

由表1可以看出：2#吹風(fēng)氣除塵裝置改造后，在相同回收氣量下，煤氣爐的吹風(fēng)阻力、吹風(fēng)氣回收裝置壓力未受到影響，排放煙氣粉塵含量由改造前的88～98 mg／m3降至改造后的9～25 mg／m3，除塵效果明顯提升。

6 結(jié)束語(yǔ)

我公司在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)空間受限的情況下，對(duì)2#吹風(fēng)氣回收裝置煙囪本體進(jìn)行 “二級(jí)折流除塵”及排水管線(xiàn)改造后，煙囪粉塵排放指標(biāo)完全達(dá)到環(huán)保要求，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到明顯改善，解決了吹風(fēng)氣回收裝置煙氣治理難點(diǎn)和系統(tǒng)生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，取得了顯著的環(huán)保效益。作為一種創(chuàng)新性的除塵方式，下一步公司將在1#吹風(fēng)氣回收裝置上進(jìn)行煙氣除塵推廣改造，以消除粉塵污染對(duì)公司發(fā)展帶來(lái)的影響。