安鋼活性炭脫硫脫硝再生氣管道沖洗改進(jìn)

劉文斌 李德勇 靳方方 曹 文 劉玖獻(xiàn)

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 前言

隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，焦?fàn)t煙道廢氣指標(biāo)逐漸成為制約焦?fàn)t生產(chǎn)的主要因素之一。安鋼焦化廠地處河南省安陽(yáng)市，該市屬于國(guó)家京津冀及周邊重點(diǎn)區(qū)域“2+26”城市，于2017 年10 月開始執(zhí)行《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）特別排放限值。安鋼焦化廠于2017 年10 月份投產(chǎn)運(yùn)行五套活性炭脫硫脫硝系統(tǒng)，對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行凈化，脫硫脫硝后的潔凈煙氣從煙囪排放到大氣中，降低了煙氣中顆粒物的排放。裝置投用后，運(yùn)行穩(wěn)定，效果明顯，煙氣中的二氧化硫、氮氧化物的含量遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了超低排放。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，活性炭的再生是系統(tǒng)循環(huán)不斷運(yùn)行的基礎(chǔ)，再生氣的順利導(dǎo)出又是再生系統(tǒng)運(yùn)行的必要保證。但是，目前再生氣體結(jié)晶對(duì)再生氣導(dǎo)出管道的堵塞問題頻繁出現(xiàn)，合理有效地解決這一問題成為活性炭脫硫脫銷系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障。

1 脫硫脫硝裝置介紹及原理

活性炭脫硫脫硝技術(shù)裝置主要包括：煙氣系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、再生及熱風(fēng)爐系統(tǒng)、活性炭物料輸送系統(tǒng)及副產(chǎn)品回收系統(tǒng)等。焦?fàn)t煙道氣在進(jìn)氣煙管內(nèi)被噴入足夠的霧化氨水，然后進(jìn)入煙氣凈化裝置（吸附系統(tǒng)）。煙氣凈化裝置使用活性炭作為吸附劑和催化劑，對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理。吸附反應(yīng)過程中生成的硫酸、硫酸銨、二氧化硫等產(chǎn)物被活性炭吸附。處理后的凈煙氣經(jīng)換熱器換熱后再經(jīng)煙囪排入大氣。吸附飽和的活性炭進(jìn)入再生塔進(jìn)行再生活化?；罨蟮幕钚蕴恐匦陆?jīng)物料系統(tǒng)進(jìn)入凈化塔內(nèi)循環(huán)使用?；钚蕴康脑偕罨^程中，硫酸和硫酸銨在400 ℃的高溫下分解、解析，產(chǎn)生的解析氣體通過管道進(jìn)入副產(chǎn)品回收系統(tǒng)。在副產(chǎn)品回收系統(tǒng)內(nèi)，解析出的二氧化硫被吸收塔內(nèi)噴灑的高濃度氨水吸收，重新生成硫酸銨，用以制備硫銨，解析氣體內(nèi)的氮?dú)獾任矚庵匦逻M(jìn)入煙囪排出。煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)流程

煙氣SO2吸附及解析的原理[1]如下：

（1）SO2吸附過程 （* 表示吸附狀態(tài)）

①物理吸附（ SO2分子向活性炭細(xì)孔移動(dòng)）SO2→SO2*

②化學(xué)吸附（ 在活性炭細(xì)孔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)）SO2*+O*→SO3*SO3* + nH2O*→H2SO4*+（n-1）H2O*③生成硫酸鹽H2SO4*+NH3→NH4HSO4*NH4HSO4*+NH3→（NH4）2SO4*

（2）SO2解析再生過程

①硫酸的分解反應(yīng)H2SO4·H2O →SO3+2H2O SO3+1/2C →SO2+1/2CO2（ 化學(xué)損耗）H2SO4·H2O+1/2C →SO2+2H2O+1/2CO2

②硫酸銨鹽的分解反應(yīng)

NH4HSO4→SO3+NH3+H2O

SO3+2/3 NH3→SO2+H2O+1/3N2

NH4HSO4→SO2+H2O+1/3 N2+1/3 NH3

2 現(xiàn)狀分析

活性炭在再生塔內(nèi)再生活化后產(chǎn)生的解析氣（主要成分是二氧化硫及氮?dú)?，并含有少量氨氣、水蒸氣、粉塵等，溫度約400 ℃）經(jīng)過再生氣管道進(jìn)入再生氣吸收塔內(nèi)。再生塔通往吸收塔的再生氣管道上設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)閥（PV101），通過自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，將再生器內(nèi)壓力穩(wěn)定在微負(fù)壓（-350 Pa）狀態(tài)，使得再生氣可以順利進(jìn)入再生氣吸附系統(tǒng)，且盡可能避免外部空氣進(jìn)入再生塔。氣體流動(dòng)動(dòng)力源為煙囪及風(fēng)機(jī)提供的吸力，再生氣入吸收塔流程如圖2 所示。

生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，再生氣在管道輸送過程中，由于溫度降低、設(shè)備漏入空氣等原因，其中少量的氨氣和二氧化硫在流動(dòng)過程中重新反應(yīng)生成硫酸銨結(jié)晶，析出，附著在管道內(nèi)壁及管道上的控制閥門內(nèi)部，長(zhǎng)期堆積容易造成管道、閥門等設(shè)備的堵塞，再生塔中部壓力升高，影響工序的正常運(yùn)行。再生氣管道堵塞情況分析見表1。

圖2 再生氣入吸收塔流程

表1 再生氣管道堵塞情況分析

針對(duì)這種工況，最早采用的措施是在自動(dòng)調(diào)節(jié)閥PV101 后端安裝沖洗管道（如圖2 所示）。當(dāng)再生器管道出現(xiàn)堵塞時(shí)，打開沖洗閥，水從自動(dòng)調(diào)節(jié)閥下部噴入，對(duì)管道進(jìn)行沖洗，將管道內(nèi)的硫酸銨溶解，從而達(dá)到疏通管道的目的。

采用上述措施后，管道內(nèi)的結(jié)晶堵塞問題得到了一定的改善，但是沖洗過于頻繁，尤其是后期堵塞嚴(yán)重時(shí)，每天要進(jìn)行多次沖洗，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。通過現(xiàn)場(chǎng)拆管道查看，發(fā)現(xiàn)堵塞都是首先發(fā)生在管道上部。經(jīng)過認(rèn)真分析可知，這是由于沖洗水經(jīng)垂直段流入水平段時(shí)，水無法充滿整個(gè)管道，只在管道下部1/4 高度處流動(dòng)。管道上部的硫酸銨結(jié)晶污垢長(zhǎng)期得不到?jīng)_刷，逐漸堆積，形成比較堅(jiān)硬致密的結(jié)晶體，且逐漸向下生長(zhǎng)，直至充滿整個(gè)管道，將管道徹底堵死，如圖3 所示。

圖3 結(jié)晶堵塞示意圖

一旦管道徹底堵死，整個(gè)管道需要進(jìn)行切割，同時(shí)利用吊車，對(duì)整個(gè)管道進(jìn)行拆除，逐段進(jìn)行手動(dòng)疏通，疏通完畢后進(jìn)行安裝焊接。整個(gè)處理時(shí)間需要2 天左右，作業(yè)時(shí)間過長(zhǎng)，耗費(fèi)較大，同時(shí)影響工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于管道內(nèi)部富含硫酸銨結(jié)晶及再生氣體，切割和焊接過程存在較大的安全隱患，而且PV101 調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期得不到?jīng)_洗，會(huì)造成閥門卡頓，無法正常調(diào)節(jié)再生塔內(nèi)的壓力，最終損壞閥門內(nèi)件。為維持閥門正常運(yùn)行，需要定期對(duì)閥門進(jìn)行拆除更換或維修清理，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度及資金投入。

3 措施改進(jìn)

基于上述問題，必須對(duì)整個(gè)沖洗過程進(jìn)行改進(jìn)，使沖洗水可以充滿整個(gè)管道，且不能使水進(jìn)入再生塔內(nèi)。同時(shí)，必須盡量提高硫酸銨結(jié)晶體的溶解速度，縮短清堵時(shí)間，保障環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行效率。為此，采取了以下改進(jìn)措施：（1）在PV101 上部加裝軟連接式?jīng)_水閥；（2）在PV101 下部加裝排水管線；（3）在再生器管道末端（最低端）加裝三通，分別接入水和蒸汽；（4）在吸收塔入口處加裝法蘭連接，利用盲板進(jìn)行封堵。改進(jìn)后的沖洗裝置如圖4 所示。

圖4 改進(jìn)后的沖洗裝置

經(jīng)過改進(jìn)后，首先通過法蘭盲板將管道與吸收塔斷開，然后將水和水蒸氣由再生氣管道末端導(dǎo)入，沖洗水經(jīng)水平段后液位升至垂直端頂部，由頂部排水管排出，這樣可使沖洗水充滿整個(gè)管道，且沖洗水是流動(dòng)狀態(tài)，提高了沖洗效率。由于水蒸氣的導(dǎo)入，可以提高沖洗水的溫度，進(jìn)一步提高溶解效率和改善沖洗效果。通過此方法可以使整個(gè)管道全部沖洗干凈。沖洗完畢后將排水管、管道沖洗水入口、蒸汽入口用管堵封閉，抽去法蘭盲板即可恢復(fù)系統(tǒng)。同時(shí)，軟連接式?jīng)_洗管的安裝使用又可以達(dá)到PV101 閥門沖洗效果，且由于閥門處于垂直段，可以在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行沖洗，有效解決了閥門的在線沖洗維護(hù)問題，提高了閥門的運(yùn)行效率。

4 結(jié)語

通過改進(jìn)沖洗方法，整個(gè)沖洗作業(yè)僅需兩個(gè)人就可以完成，耗時(shí)3 ～4 個(gè)小時(shí)，蒸汽的導(dǎo)入提高了沖洗水的溫度，可以大幅度提高沖洗效果，且沖洗完畢后，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能得到了顯著提高。采用此方法后管道沖洗比較徹底，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行4 個(gè)月左右，極大地保障了環(huán)保設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行率，同時(shí)可以節(jié)約大量的人力物力及時(shí)間，降低了運(yùn)行成本。整個(gè)過程無需進(jìn)行動(dòng)火和吊裝作業(yè)，不存在安全隱患，具有較大的推廣價(jià)值。