焦?fàn)t煙氣氨法脫硫系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施

吳天禮，秦海波，孟慶維，崔建恒，楊 鼎

(1.北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司，北京 100043；2.遷安中化煤化工有限責(zé)任公司，河北 唐山 064400)

焦?fàn)t煙氣是由焦?fàn)t煤氣(或高爐煤氣)在燃燒室中燃燒產(chǎn)生，在焦?fàn)t生產(chǎn)過程中，由于炭化室有少部分荒煤氣串漏到燃燒室，混入焦?fàn)t煙氣中，使焦?fàn)t煙氣成分變得復(fù)雜，與燃煤電廠煙氣有差異[1]。北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司焦?fàn)t煙氣氨法脫硫技術(shù)在燃煤電廠煙氣氨法脫硫工藝基礎(chǔ)上，經(jīng)過吸收、消化、再創(chuàng)新后，該技術(shù)已成為焦化煙氣脫硫行業(yè)中核心競爭力之一。但是，在實(shí)際運(yùn)行中，仍然存在一些問題，本文對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了原因分析和改進(jìn)措施，優(yōu)化了焦?fàn)t煙氣氨法脫硫系統(tǒng)，提高了裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和穩(wěn)定性。

1 焦?fàn)t煙氣氨法脫硫技術(shù)

1.1 焦?fàn)t煙氣相關(guān)參數(shù)

遷安中化煤化工有限責(zé)任公司(以下簡稱“遷安中化公司”)一期、二期和三期焦?fàn)t均為6 m頂裝焦?fàn)t，每期焦炭設(shè)計(jì)產(chǎn)量110萬t/a，焦?fàn)t煙氣最大量為25萬Nm3/h，焦?fàn)t煙氣脫硫采用氨法脫硫工藝。采用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，焦?fàn)t煙氣原始參數(shù)如下：SO2濃度≤500 mg/Nm3，NOx濃度≤1 200 mg/Nm3，顆粒物≤30 mg/Nm3，煙氣溫度220～260 ℃，煙氣含氧量6%～10%，含濕量≤15%。

1.2 氨法脫硫工藝流程

北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司總承包遷安中化公司一期、二期和三期的焦?fàn)t煙氣脫硫氨法脫硫工程，分期建設(shè)，逐步投產(chǎn)。焦?fàn)t煙氣氨法脫硫工藝采用一塔式噴淋脫硫技術(shù)，核心設(shè)備為脫硫塔，煙氣從脫硫塔的下部進(jìn)入，上部出來。該工藝流程如圖1所示。

圖1 焦?fàn)t煙氣氨法脫硫工藝流程

1.3 氨法脫硫原理

氨法脫硫反應(yīng)是吸收反應(yīng)，氨水作為基礎(chǔ)吸收劑，吸收煙氣中SO2氣體。氨法脫硫吸收反應(yīng)是溶質(zhì)(SO2氣體)先從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面，再從界面擴(kuò)散到液相(脫硫液)主體中的傳質(zhì)過程。其中脫硫液主要是(NH4)2SO3和NH4HSO3共存溶液，脫硫液中幾乎不存在游離的SO2和NH3[2]。吸收過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

實(shí)際對SO2起吸收作用的是(NH4)2SO3，(NH4)2SO3對SO2有良好的吸收能力，且反應(yīng)(3)是瞬間進(jìn)行的。脫硫過程中向脫硫系統(tǒng)中添加氨水的目的是為了調(diào)整(NH4)2SO3濃度，推動反應(yīng)(4)向正方向進(jìn)行，將酸式鹽NH4HSO3轉(zhuǎn)化成為(NH4)2SO3，維持吸收液對SO2的吸收能力，以保證系統(tǒng)的脫硫效率[3-4]。

脫硫液中的亞硫酸銨和亞硫酸氫銨均不穩(wěn)定，易發(fā)生分解，且隨著其濃度的不斷增加，使得原來以氣膜阻力為主的吸收過程轉(zhuǎn)變成氣膜和液膜阻力共同作用的過程，SO2的傳質(zhì)系數(shù)降低，最終導(dǎo)致脫硫率下降和氨逃逸增大。此時(shí)，脫硫液需通入空氣進(jìn)行氧化生產(chǎn)穩(wěn)定的硫酸銨溶液，定期從脫硫系統(tǒng)中排出，氧化過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

(5)

(6)

(7)

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)措施

遷安中化公司3套脫硫脫硝裝置在試運(yùn)行過程中，煙氣SO2、NOx和顆粒物排放滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放指標(biāo)。但是在運(yùn)行過程中，遇到幾種問題，針對此，采取了相應(yīng)措施。

2.1 脫硫廢液處理問題及改進(jìn)措施

焦?fàn)t煙氣氨法脫硫是采用脫硫液循環(huán)吸收煙氣中的SO2，當(dāng)脫硫循環(huán)液濃度增加到1 200～1 230 kg/m3時(shí)，產(chǎn)生脫硫廢液，需要定期外排，每套脫硫裝置產(chǎn)生約5 t/d的脫硫廢液[5]。需要增加一套脫硫廢液處理裝置。脫硫廢液參數(shù)如下：密度約1.2×103kg/m3，含塵量0～15 g/L，氯離子含量10～25 g/L，硫酸銨含量400 g/L，亞硫酸銨含量1.0 g/L，含油0～15 g/L。

由于脫硫廢液量為5 t/d，廢液量少，起初遷安中化公司的氨法脫硫廢液直接去硫氨工段母液罐。但是直接進(jìn)入母液罐，硫銨母液會發(fā)黑，生產(chǎn)出來的硫酸銨產(chǎn)品發(fā)黃，質(zhì)量不合格。如果新建一套脫硫廢液處理裝置，投資高，占地面積大。經(jīng)研究分析后，增加一套預(yù)處理系統(tǒng)，主要設(shè)備為儲液槽、泵和壓濾機(jī)。工藝流程如圖2所示。脫硫廢液先放在儲液槽沉淀，然后通過泵把脫硫廢液送入板框壓濾機(jī)，過濾掉雜質(zhì)。其中，雜質(zhì)的量很少，可直接送入煤場，清液進(jìn)入硫銨工段母液罐。清液進(jìn)入硫銨母液后，生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，母液沒有發(fā)黑，硫銨工段生產(chǎn)出的硫酸銨產(chǎn)品不發(fā)黃，且不影響硫銨工段的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。一套脫硫廢液預(yù)處理系統(tǒng)與脫硫廢液處理裝置相比，前者投資少，占地小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 脫硫廢液預(yù)處理系統(tǒng)

2.2 堵塞管道的問題及改進(jìn)措施

脫硫塔系統(tǒng)運(yùn)行6個(gè)月后，煙氣入口段泵出口輸出壓力越來越大，煙氣入口段溫度逐漸升高。停產(chǎn)檢修發(fā)現(xiàn)，循環(huán)泵出口管道被結(jié)晶物堵塞，堵塞特別嚴(yán)重，管道直徑250 mm，剩下只有約50 mm的直徑空間沒有被堵塞，堵塞管道如圖3所示。同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)脫硫塔和中間槽有硫酸銨結(jié)晶物掛壁現(xiàn)象。當(dāng)管道堵塞時(shí)，壓力大容易引起循環(huán)泵損壞；結(jié)晶物附著在塔壁和中間槽上，影響塔壁和中間槽防腐材料玻璃鱗片的壽命，而且清理堵塞管道、塔壁和中間槽結(jié)晶物時(shí)，工人的勞動強(qiáng)度大。

圖3 堵塞管道

由于脫硫液是采用循環(huán)方法吸收煙氣中二氧化硫，往往會引起循環(huán)水中Ca、Mg離子的富集形成結(jié)晶物，引起管道堵塞、塔壁和中間槽掛壁等現(xiàn)象[6]。解決方案：原先脫硫系統(tǒng)增加的水是工業(yè)水(屬于硬水)，改用干熄焦用的除鹽水(屬于軟水)，增加一臺管道泵，采用除鹽水給脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充新水。改用除鹽水工藝，可以減少因補(bǔ)水中Ca、Mg等離子富集，而產(chǎn)生大量結(jié)晶物。經(jīng)過改造優(yōu)化后，發(fā)現(xiàn)濃縮段和中間槽內(nèi)壁結(jié)晶物大量減少，循環(huán)泵出口管道不出現(xiàn)堵塞，問題得到了有效解決，保證了脫硫塔循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

2.3 脫硫塔煙氣入口偏高的問題及改進(jìn)措施

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行6個(gè)月后，脫硫塔煙氣入口溫度開始逐漸升高，最高可達(dá)180 ℃，超出150 ℃的設(shè)計(jì)溫度。經(jīng)過分析，溫度升高的主要原因是，當(dāng)現(xiàn)有入口塔內(nèi)的降溫裝置損壞時(shí)(有15個(gè)噴淋裝置)，無法及時(shí)修復(fù)，必須停產(chǎn)后進(jìn)入塔內(nèi)維修，從而引起噴淋量降低，煙氣溫度偏高。入口溫度升高，會發(fā)生兩種不好的結(jié)果：①脫硫塔系統(tǒng)吸收SO2的溫度升高，降低脫硫效率；②由于脫硫塔采用碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯玻璃鱗片防腐，煙氣溫度升高，導(dǎo)致塔壁玻璃鱗片燒壞脫落，從而腐蝕脫硫塔。

現(xiàn)有脫硫塔煙氣入口降溫是在塔內(nèi)進(jìn)行，但脫硫塔煙氣入口溫度仍然偏高，嘗試在脫硫塔入口煙氣管道上，增加噴淋降溫裝置，如圖4所示。

圖4 新增噴淋裝置位置圖

具體改進(jìn)措施如下：①在脫硫塔入口煙氣管道上，距離脫硫塔壁1.5 m處增加4個(gè)噴槍，原有塔內(nèi)噴淋裝置保留，噴槍一邊深入煙氣管道中200 mm，噴槍另一邊接通廠區(qū)除鹽水管道，其道管徑為DN50 mm。②噴槍從外深入煙氣管道內(nèi)，外部采用法蘭連接，當(dāng)噴槍損壞時(shí)，可不用停止脫硫系統(tǒng)更換噴槍。

在脫硫塔入口煙氣管道上增加噴淋降溫裝置運(yùn)行后，脫硫塔煙氣入口溫度可降到110～150 ℃，當(dāng)噴頭或者噴槍損壞，還可以在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中更換。經(jīng)過改進(jìn)后，既保證了脫硫塔的入口溫度指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，又保證了系統(tǒng)能長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)論

通過煙氣氨法脫硫技術(shù)在焦化煙氣中的應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際工程中的運(yùn)行情況，提出改進(jìn)措施。①脫硫廢液難處理，新加一套脫硫廢液預(yù)處理系統(tǒng)，避免新建一套脫硫廢液處理裝置，從而節(jié)約投資，減少占地面積；②脫硫塔煙氣入口系統(tǒng)管道堵塞嚴(yán)重，且脫硫塔和中間槽有硫酸銨結(jié)晶物掛壁現(xiàn)象，換用干熄焦除鹽水，增加一臺管道泵，管道未再出現(xiàn)堵塞，結(jié)晶物掛壁現(xiàn)象減少，工人勞動強(qiáng)度降低；③脫硫塔入口溫度偏高，通過在脫硫塔入口煙氣管道上增加噴淋裝置，有效降低了脫硫塔的入口溫度，而且噴淋裝置更換方便，保證了脫硫塔系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。