焦?fàn)t煙氣氨法脫硫系統(tǒng)運行實踐與優(yōu)化改進(jìn)

劉大川，嚴(yán)軍喜，何棟，萬峻竹，李國梁

（1.唐山首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司；2.河北省煤焦化技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 唐山 063200）

1 焦?fàn)t煙氣氨法脫硫工藝概述

焦?fàn)t煙氣經(jīng)焦?fàn)t煙道排出后，通過脫硝反應(yīng)器進(jìn)行脫硝處理，脫硝后煙氣經(jīng)再熱器降溫，再從引風(fēng)機(jī)煙道出口進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫硫處理，凈化合格后的煙氣經(jīng)再熱器升溫后送入煙囪排放。

1.1 氨法脫硫反應(yīng)原理

氨法脫硫是以氨基物質(zhì)（氨水）作為吸收劑與焦?fàn)t煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成(NH4)2SO4的過程，主要包括SO2被吸收形成(NH4)2SO3和(NH4)2SO3被氧化成(NH4)2SO4兩個基本化學(xué)反應(yīng)過程。為了保證脫硫效果，需適時補(bǔ)充氨水，以保持脫硫液中（NH4)2SO3的濃度，使脫硫液中（NH4)2SO3—NH4HSO3反應(yīng)不斷循環(huán)來吸收焦?fàn)t煙氣中的SO2，最終生成的脫硫廢液送往提鹽工段進(jìn)行硫酸銨提鹽。

1.2 氨法脫硫工藝主要參數(shù)指標(biāo)

參數(shù)及指標(biāo)見表1。

表1 氨法脫硫工藝主要參數(shù)及指標(biāo)

1.3 氨法脫硫工藝簡述

脫硫液循環(huán)系統(tǒng)：脫硝并降溫后的焦?fàn)t煙氣從脫硫塔入口進(jìn)入脫硫塔洗滌段，利用氨水中游離氨與SO2反應(yīng)，將SO2脫除。大量脫硫液通過循環(huán)泵在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)噴淋使用，用于脫硫、降溫，少量脫硫液進(jìn)入環(huán)流氧化器，使未被氧化的亞硫酸銨氧化生成硫酸銨后送往提鹽工段，生產(chǎn)硫酸銨產(chǎn)品。

工藝水捕氨系統(tǒng)：工藝水通過脫硫塔上段設(shè)置的多級補(bǔ)霧器進(jìn)行噴灑作為氨逃逸的吸收劑，并控制煙氣夾帶霧滴濃度。捕氨溶液靠重力回流到脫硫塔底，作為脫硫劑循環(huán)使用。

煙氣換熱系統(tǒng)：為了合理利用焦?fàn)t煙氣溫度梯度，采用回轉(zhuǎn)式再熱器對脫硫前高溫?zé)煔馀c脫硫后低溫?zé)煔膺M(jìn)行熱量交換，保證煙氣脫硫的低溫要求，降低循環(huán)冷卻泵的處理能耗，并保證低溫?zé)煔馍郎睾笾苯优湃虢範(fàn)t煙囪，防止焦?fàn)t煙囪受低溫?zé)煔獾母g，同時解決焦?fàn)t煙囪的熱備問題，穩(wěn)定焦?fàn)t安全生產(chǎn)。

2 主要設(shè)備設(shè)施配置

氨法脫硫系統(tǒng)主要由脫硫塔、介質(zhì)儲槽、輸送泵、再熱器、引風(fēng)機(jī)組成，主要設(shè)備設(shè)施配置見表2。

表2 主要設(shè)備配置

3 存在的問題及解決措施

3.1 脫硫系統(tǒng)煙氣阻力增大

在脫硫系統(tǒng)運行實踐過程中，系統(tǒng)煙氣阻力大于4000Pa 時，煙氣引風(fēng)機(jī)負(fù)荷會明顯增加，嚴(yán)重時導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法正常運行，引發(fā)煙氣環(huán)保指標(biāo)異常。通過停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)脫硫塔下段塔盤底部及其通氣孔有結(jié)晶堵塞的情況，脫硫塔入口煙道積料異常增多，再熱器內(nèi)部積料堆積。針對已發(fā)現(xiàn)的問題，采取了相應(yīng)措施，對系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

（1）脫硫塔下段優(yōu)化改進(jìn)。脫硫塔塔盤外徑8900mm，塔盤通氣孔直徑50mm，塔盤的作用是使氣流均勻分布通過，便于與脫硫噴淋液更好地接觸反應(yīng)。由于煙氣是從塔盤下部穿過塔盤通氣孔向上流通，并且煙氣中夾帶著硫酸銨水汽，塔盤底部容易產(chǎn)生結(jié)晶積料并堵塞塔盤通氣孔，嚴(yán)重時60%以上的通氣孔被堵塞，造成系統(tǒng)阻力增大而影響正常運行。

①切除塔盤。起初為了處理塔盤通氣孔堵塞而引起的系統(tǒng)阻力升高問題，會停機(jī)檢修疏通塔盤通氣孔，隨著環(huán)保要求越發(fā)嚴(yán)苛，脫硫系統(tǒng)停機(jī)頻次和檢修時間有所限制，經(jīng)過多方討論研究，決定切除塔盤，取消塔盤的使用。

②增加噴淋管及噴頭。塔盤切除后，為了使煙氣更好地與脫硫液接觸反應(yīng)，增加了脫硫液噴淋管及噴頭。具體實施位置，將脫硫塔下段第一層脫硫液噴淋管延長并連通，使脫硫塔下段同一水平面均布置有噴頭。新增噴淋管及噴頭后的狀態(tài)示意圖見圖1。

③設(shè)置脫硫循環(huán)液密度監(jiān)測，減少結(jié)晶的產(chǎn)生。原設(shè)計中，脫硫塔未設(shè)置脫硫液密度監(jiān)測，無法有效控制脫硫液的密度。實際運行中，當(dāng)脫硫塔中部與下部壓差≥2000Pa 時，脫硫塔下段煙氣阻力會在3 小時內(nèi)升高至4000Pa 以上，脫硫系統(tǒng)無法正常運行。增加脫硫循環(huán)液密度監(jiān)測功能并優(yōu)化操作，規(guī)定脫硫塔下段阻力超過2000Pa 時，將脫硫塔下段溶液排出至環(huán)流氧化器，并補(bǔ)充生產(chǎn)水到循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，使溶液中硫酸銨密度＜1200kg/m3，以此來降低脫硫塔下段硫酸銨的濃度，并減少硫酸銨結(jié)晶的產(chǎn)生。

（2）脫硫塔入口煙道優(yōu)化改進(jìn)。在脫硫系統(tǒng)運行實踐中，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道存在大量積料，導(dǎo)致此處煙氣流通受阻嚴(yán)重，造成脫硫系統(tǒng)因阻力失衡而被迫停機(jī)，此問題嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運行。脫硫塔入口煙道內(nèi)的積料有兩個方向的來源：一是從脫硝系統(tǒng)帶過來的硫酸銨，二是脫硫塔下段脫硫循環(huán)液回流至入口煙道內(nèi)的硫酸銨。首先排查引風(fēng)機(jī)本體及引風(fēng)機(jī)入口煙道等部位，未發(fā)現(xiàn)明顯的硫酸銨結(jié)晶積料，因此可以排除脫硫塔入口煙道的積料并非入口前管路介質(zhì)所致。然后對脫硫塔循環(huán)液回流的問題進(jìn)行排查。待系統(tǒng)停機(jī)后，啟動脫硫塔下段泵在離線狀態(tài)下進(jìn)行脫硫循環(huán)液噴灑，發(fā)現(xiàn)部分循環(huán)液會回流到入口煙道內(nèi)，因此，可以判斷脫硫塔入口煙道內(nèi)積料為脫硫液回流所致。①脫硫塔入口煙道底板設(shè)置坡度。將靠近脫硫塔入口段煙道底板向脫硫塔方向設(shè)置15°的下傾角，防止脫硫循環(huán)液回流至入口煙道內(nèi)而形成結(jié)晶積料。②拆除脫硫塔入口煙道應(yīng)急噴淋管及噴頭。應(yīng)急噴淋管道豎直安裝在脫硫塔入口煙道內(nèi)，其設(shè)計作用是防止因循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致塔內(nèi)溫度升高造成塔內(nèi)玻璃鱗片破損脫落。但在實際運行中，應(yīng)急噴淋啟動到最大量，并未起到對系統(tǒng)降溫的作用。另外，煙氣遇到此處的噴淋管，不僅阻礙煙氣的流通，而且煙氣中的硫酸銨不斷富集在噴淋管上，形成結(jié)晶積料并不斷增加，此時煙氣向煙道兩側(cè)內(nèi)壁沖擊，造成煙道兩側(cè)內(nèi)壁上也產(chǎn)生大塊積料，致使脫硫系統(tǒng)阻力升高，所以決定拆除脫硫入口煙道應(yīng)急噴淋管及噴頭。③脫硫塔入口煙道底部增加噴灑管。通過運行實踐，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙道部位存在氣旋，使得下段循環(huán)液會隨著氣旋帶入到入口煙道內(nèi)，逐漸形成結(jié)晶積料，增加系統(tǒng)阻力。在設(shè)置坡度的煙道底部水平方向增加噴灑管，因為硫酸銨積料易溶于水，所以噴灑管通水后可將積料沖刷到脫硫塔內(nèi)部。④減小脫硫塔入口煙道煙氣流通阻力。脫硫塔入口煙道是分段布置的，在轉(zhuǎn)向部位煙道內(nèi)壁存在直角彎，會產(chǎn)生明顯的氣流阻力，所以將煙道內(nèi)直角彎改為平滑的弧形彎。原脫硫塔入口煙道和改進(jìn)后的脫硫塔入口煙道示意圖，見圖2 和圖3。

圖2 原脫硫塔入口煙道示意圖

圖3 改進(jìn)后的脫硫塔入口煙道示意圖

（3）煙氣再熱器積料沖洗優(yōu)化改進(jìn)。由于焦?fàn)t煙氣中含有硫化物和灰塵，再熱器運行中不可避免的會產(chǎn)生一定的結(jié)晶積料。經(jīng)過運行實踐，為了保證脫硫系統(tǒng)煙氣阻力在正常范圍內(nèi)，再熱器壓差需控制在1200Pa以下，若再熱器壓差≥1200Pa 時，開啟高壓水沖洗裝置進(jìn)行再熱器積料沖洗。高壓水沖洗裝置正常工作壓力為25 ～29MPa，因為壓力較高，噴嘴耗損量較大。另外，高壓水沖洗裝置的噴頭安裝在再熱器內(nèi)部的伸縮桿上，因為伸縮桿的行程有限，再熱器內(nèi)部中心筒附近和外緣部位無法沖洗到位，就會造成再熱器內(nèi)部積料逐漸增多，嚴(yán)重時會造成積料卡阻，導(dǎo)致故障停機(jī)。①將高壓水沖洗裝置金屬噴頭改成復(fù)合陶瓷噴頭。高壓水沖洗裝置的伸縮桿上設(shè)置有三個噴頭，正常使用時平均30 天需要更換一次噴頭，否則，無法提供正常的工作壓力。檢查更換下來的噴頭，發(fā)現(xiàn)噴嘴孔被磨損擴(kuò)大，所以嘗試用耐磨性能更好地復(fù)合陶瓷噴頭代替原金屬噴頭，通過使用比較，復(fù)合陶瓷噴頭平均更換周期延長了一倍，減少了檢修頻次。②增加再熱器積料沖洗點位，定期沖洗積料。為了及時、全面地消除再熱器內(nèi)部積料，在容易產(chǎn)生積料的位置共開設(shè)8 個沖洗孔，并引入清水每周定期進(jìn)行沖洗。

3.2 脫硫塔塔內(nèi)件腐蝕嚴(yán)重

脫硫塔塔內(nèi)件主要有6 層脫硫液噴淋管、6 層折流板、2 個水槽組成，其中噴淋管為玻璃鋼材質(zhì)，噴淋管支撐、折流板和水槽均為碳鋼材質(zhì)并有玻璃鱗片防腐。由于部分塔內(nèi)件玻璃鱗片防腐失效，脫硫液腐蝕性較強(qiáng)，且系統(tǒng)停機(jī)檢修時間有限，碳鋼塔內(nèi)件受腐蝕程度越發(fā)嚴(yán)重。其中，折流板和水槽被腐蝕形成數(shù)個孔洞，不僅使用功能下降，而且存在脫落的風(fēng)險。脫硫塔下段噴淋管支撐腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致噴淋管及其支撐折斷、脫落。

（1）脫硫塔塔內(nèi)件優(yōu)化改進(jìn)。更換塔內(nèi)件材質(zhì)。通過分析脫硫塔內(nèi)脫硫液及煙氣的中腐蝕性成分，并查閱相關(guān)技術(shù)資料，最后在抗腐蝕性能較好的316L不銹鋼、2205 型雙相不銹鋼、2507 型雙相不銹鋼和鈦材中，選定了耐腐蝕性較強(qiáng)且性價比較高的2205 型雙相不銹鋼材料，并且無須對塔內(nèi)件進(jìn)行玻璃鱗片防腐。利用系統(tǒng)停機(jī)檢修時間，對脫硫塔內(nèi)噴淋管支撐、折流板和水槽進(jìn)行了整體更換。經(jīng)過半年多的觀察使用，2205 型雙相不銹鋼材質(zhì)的塔內(nèi)件抗腐蝕性能良好，滿足使用要求。

（2）平衡脫硫循環(huán)液的酸堿度。脫硫塔上、中、下段脫硫循環(huán)液分別設(shè)置pH 值監(jiān)測，pH 值控制在6.6～7.5。有效平衡脫硫循環(huán)液的酸堿度，既可以降低對塔內(nèi)件的腐蝕程度，也可以保證脫硫效果，又保障了送往提鹽工段溶液的原液質(zhì)量。

4 結(jié)語

焦?fàn)t煙氣氨法脫硫系統(tǒng)在運行實踐過程中，存在的主要問題有系統(tǒng)結(jié)晶積料過多、系統(tǒng)阻力升高異常、脫硫塔塔內(nèi)件腐蝕嚴(yán)重。通過采取切除塔盤、增加噴淋管和噴灑管、改造煙道內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)置溶液密度計和PH 值計、增加再熱器積料沖洗點位、更換塔內(nèi)件材質(zhì)以及優(yōu)化操作流程等措施，有效地解決了系統(tǒng)存在的問題。系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后，未曾出現(xiàn)過因以上問題導(dǎo)致的故障停機(jī)，提高了生產(chǎn)運行的穩(wěn)定性，保證了焦?fàn)t煙氣的達(dá)標(biāo)排放。