油氣站場加熱爐除塵脫硫工藝研究

李 云 陳 鵬

中國石油工程建設有限公司華北分公司, 河北 任丘 062552

0 前言

油氣站場多為燃油或油氣混燒加熱爐,額定熱功率大部分在300～3 500 kW,燃用的燃料大部分為站內的伴生氣或原油,這些燃料未經過任何處理,其硫含量根據站址的不同差異很大。燃料中含硫高的區(qū)域,站場加熱爐的SO2排放超標。同時,由于部分加熱爐的配風不合理、燃燒工況不穩(wěn)定等原因,煙塵的排放接近限制,甚至超標。隨著京津冀一體化進程的持續(xù)推進以及雄安新區(qū)的設立,華北油田采取措施對加熱爐煙氣排放不達標問題進行治理勢在必行。

然而,目前大多數除塵脫硫工藝均用在大中小型燃煤鍋爐房,國內外尚未出現針對油氣站場加熱爐除塵脫硫的成熟工藝,因此,本文對油氣站場加熱爐除塵脫硫工藝進行研究,以期科學合理地解決油氣站場加熱爐煙氣排放超標的問題,并彌補除塵脫硫設備在該領域應用的空白。

1 除塵脫硫工藝設備的選用

目前國內外常用除塵脫硫工藝主要分為濕法、干法、干濕結合除塵脫硫工藝。其中干法除塵脫硫工藝技術發(fā)展不夠成熟,因此本文主要介紹濕法和干濕結合除塵脫硫工藝[1]。

1.1 濕法除塵脫硫工藝

濕法脫硫是指用液體吸收劑(如水和堿性溶液等)洗滌含SO2煙氣,脫除煙氣中的SO2以達到脫硫的目的[2]。小型濕式脫硫除塵一體化裝置的除塵過程可分為三級,首先,布置在進氣管中的噴頭噴淋出直徑很小的霧化液滴作為捕塵體,根據慣性碰撞和攔截捕獲原理,煙氣中的細小顆粒物與之碰撞并被捕獲,此為第一級除塵。之后氣體通過收縮段高速沖擊裝置內的水面,激起大量的泡沫和微小水滴。在流動過程中，煙氣中較大的顆粒物與液滴碰撞聚結沉降,第一級除塵中未除去的細小顆粒物繼續(xù)與液滴碰撞,然后被下部的吸收液吸收,此為第二級除塵。由于煙氣的沖擊,“S”型通道里形成旋流水膜,顆粒物撞擊到液膜上被其捕獲。該通道還延長了氣、液、固的接觸時間,有利于顆粒物的捕集,此為第三級除塵。在除塵的同時,煙氣中的SO2氣體被堿性吸收液吸收,完成脫硫過程。凈化后的氣體經脫水器脫除煙氣帶走的水分,通過排氣管和引風機排入大氣[3]。

該工藝常用于燃煤爐的除塵，不宜用于燃油或油氣混燒的加熱爐的除塵,主要原因是加熱爐的煙塵氣孔率高,容重小,不易沉降,需要建設很大的沉降池;且煙塵含有一定的油渣成分,該成分會堵塞塔內噴嘴,因此不能保證設備連續(xù)高效運行。

1.2 干法除塵和濕法除塵脫硫工藝

干法除塵和濕法除塵脫硫工藝主要是采用干法除塵設備進行一級除塵后,采用濕法除塵脫硫設備進一步除塵和脫硫。

1.2.1 干法除塵設備選用

目前常用的干法除塵設備為靜電除塵器、旋風除塵器和袋式除塵器[4]。靜電除塵器利用直流電源，在電場力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離[5]。但是燃油或油氣混燒加熱爐煙氣中含一定的油渣成分，該成分易粘附在電極上,很難清除,導致電極上的煙塵不斷增厚,電場捕集煙塵能力減弱,從而影響電極正常工作，難以達到預想效果[6]。

旋風除塵器是利用含塵氣體旋轉所產生的離心力,將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣-固分離裝置。該類分離設備對于5～10 μm以上的較粗顆粒粉塵的捕集分離效率很高,但對于5 μm以下的較細顆粒粉塵捕集分離效率較低[7],同時,不適用于容重小、易飛揚的粉塵。

1.2.2 濕法除塵脫硫設備

2 除塵脫硫工藝設計

2.1 工藝流程

華北油田2016年以榆一站為試點,在該站設計安裝了一套干法除塵和濕法脫硫工藝設備,為站場3臺油氣兩用加熱爐的煙氣進行脫硫除塵。改造前后加熱爐的煙氣參數見表1。

除塵脫硫簡單工藝流程見圖1。

表1 改造前后加熱爐的煙氣參數表

加熱爐編號型號SO2排放濃度/(mg·m-3)煙塵排放濃度/(mg·m-3)是否超標備注1#HT 2330-C-90/65-YQ568186是2#WNS 1.4-1.0/95/70-Y(Q)469178是3#CWNS 2.33-0/80/55-Y(Q)415166是改造前1、2、3#52否改造后 注:根據GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》,10 t/h及以下在用蒸汽鍋爐和7 MW及以下在用的熱水鍋爐自2016年7月1日起執(zhí)行的大氣污染排放限值:燃油鍋SO2排放濃度為300 mg/m3,顆粒物(煙塵)排放濃度為60 mg/m3;燃氣鍋爐SO2排放濃度為100 mg/m3,顆粒物(煙塵)排放濃度為30 mg/m3。

圖1 除塵脫硫簡要流程

2.2 主要設計要點

1)引風機采用變頻控制,根據加熱爐運行臺數,自動調節(jié)引風機排煙量[13],從而適應油氣站場的特殊安全要求,保證系統(tǒng)運行后加熱爐所有燃燒參數正常。

2)每臺加熱爐煙氣出口處壓力就地顯示并遠傳至PLC控制柜,與煙氣出口處電動蝶閥連鎖控制,從而保證每臺加熱爐在微正壓狀態(tài)下穩(wěn)定燃燒[14]。

3)在三級循環(huán)池裝置中，以第一級NaOH堿吸收煙氣中的SO2,然后以生石灰為第二級堿處理吸收液,再生的NaOH吸收液通過堿液泵進入脫硫塔中循環(huán)使用,或者用生石灰直接作為堿液進行脫硫處理[15]。吸收反應機理:

采用NaOH為脫硫液,避免了在循環(huán)過程中對水泵、管道及設備的沖刷、堵塞等,同時脫硫效率高,液氣比低,脫硫劑利用率高[16]。反應生成的難溶解的硫酸鈣,通過沉淀清除,由當地企業(yè)回收利用。

4)自動檢測循環(huán)水池中堿液的pH值,當堿液濃度偏低時(pH<8),自動加入新堿液。使堿液的pH值保持在8～10。

5)濕法除塵脫硫系統(tǒng)常存在腐蝕問題,應合理選用除塵系統(tǒng)各設備、管道及閥門的材質,考慮其抗酸堿和耐腐蝕性,使除塵脫硫系統(tǒng)投入既經濟又有效[17]。

6)在煙氣進入風機前必須對其進行脫水,防止葉輪粘塵破壞動平衡和腐蝕風機。在脫硫塔內安裝動力脫水器,將氣浮上升速度控制在0.2～0.3 m/s,引風機入口開在脫水器上部一些,保證脫水效果[18]。

7)煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的手動可控性和運行可靠性好,在加熱爐吹灰運行存在波動的條件下,通過簡易調節(jié)可穩(wěn)定運行,并可根據用戶需要設置不同運行模式,維護管理方便[19]。

8)整套除塵脫硫工藝采用PLC控制柜統(tǒng)一進行控制,該控制柜能夠顯示各臺加熱爐的出口煙溫、煙壓,液下循環(huán)泵的運行狀態(tài)和故障報警,循環(huán)水池的高低液位報警,整套工藝設備的配電和引風機變頻控制等[20]。

3 結論

目前,該試點已投產近2年,經檢測該站SO2和煙塵的排放量均遠低于大氣污染排放限制,該套工藝運行平穩(wěn),情況良好。實踐證明,油氣站場加熱爐采用干法除塵和濕法脫硫工藝系統(tǒng)科學、合理,并具有一定的推廣應用價值。