蒸氨系統優化技改方案

陳有明

【摘 要】通過將蒸氨廢水技改引流至板式換熱器，經過換熱器換熱至30℃以下，引入脫硫系統循環使用。以蒸氨廢水做為堿源來替代外加純堿，經過技術改進不但大幅降低了脫硫系統的純堿添加量而且還彌補了日常的清水消耗，并更好的促進了脫硫系統堿源的循環利用，遏制了復鹽的大幅提升，從而明顯減少脫硫廢液量，不但變廢為寶，降低成本消耗，更為重要的是脫硫廢液也得到了有效控制，促進水處理和廢氣處置雙項共同達標，達到了環保效益和經濟效益的雙豐收。

【關鍵詞】板式換熱器 脫硫系統 脫硫廢液 蒸氨廢水

1緒論

1.1概述

1.1.1 利民煤焦焦化廠蒸氨工藝

從鼓冷裝置來的剩余氨水經廢水氨水換熱器換熱，預熱后的剩余氨水由蒸氨塔上部進入蒸氨塔，塔底通入直接蒸汽進行蒸餾，塔頂蒸出的氨汽，經塔頂分縮器分縮成90～95℃的氨氣進入預冷塔前的煤氣中去[1]。塔底的廢水經交通閥進入閃蒸室閃蒸，進一步降低廢水中的含氨量，降低蒸汽耗量，其蒸氨廢水由廢水泵，打入廢水冷卻器冷卻后送至生化水工段進行脫酚處理。為了降低剩余氨水中固定銨的含量，在原料氨水的進料口處加入一定量的NaOH溶液，以分解剩余氨水中的固定銨鹽[2]。

1.1.2蒸氨廢水的問題

常年來蒸氨廢液輸送至生化水系統處理，這為生化水系統帶來了很大的負擔，生化水處理能力為300噸/天，而蒸氨廢水為200噸/天，生化水處理系統超負荷運行且蒸氨廢水氨氮較高，處理后的復用水有超標現象，且由于復用水量較大，不能和好的自用消耗，還需外排洗煤廠使用，增加了處理大量廢水的環保投入，也為廢水處理與排放帶來了很大的環保負擔和運行風險[3，4]。

1.2本課題的內容

通過將蒸氨廢水引流至脫硫系統運行，經過換熱器換熱至30℃以下，引入脫硫系統循環使用。以蒸氨廢水做為堿源來替代外加純堿，經過技術改進不但大幅降低了脫硫系統的純堿添加量而且還彌補了日常的清水消耗，并更好的促進了脫硫系統堿源的循環利用，遏制了復鹽的大幅提升，從而明顯的減少了脫硫廢液量，不但變廢為寶，降低成本消耗，更為重要的脫硫廢液也得到了有效控制，促進水處理和廢氣處置雙項共同達標，達到了環保效益和經濟效益的雙豐收。由于脫硫液溫度越高，副鹽的增長速度就越快，所以通過降溫后的蒸氨廢水還能降低脫硫液溫度，使脫硫液中的副鹽含量得到控制。

2技術改造總體方案

2.1 蒸氨塔技改方案的確定技改目標

將蒸氨廢水引流至脫硫系統運行，經過換熱器換熱至30℃以下，引入脫硫系統循環使用，以蒸氨廢水做為堿源來替代外加純堿。

2.2 蒸氨塔技改方案的預期效果

（1）大幅降低脫硫系統的純堿添加量而且彌補日常的清水消耗。

（2）減少進入生化水處理的廢液量，緩解生化水處理壓力。

（3）由于脫硫液溫度越高，副鹽的增長速度就越快，所以通過降溫后的蒸氨廢水還能降低脫硫液溫度，使脫硫液中的副鹽含量得到控制。

2.3 蒸氨塔技改方案的總體思路

研究設計一套氨水截流塔盤裝置，截流塔盤結構為316L不銹鋼材質的泡罩塔式塔盤，安裝于蒸氨塔頂分縮器下部，導液管為內徑100mm的304不銹鋼材質管道，經過換熱器換熱至30℃以下，冷卻后的高濃氨水引流至脫硫循環槽。

3系統技改具體實施方案

由冷鼓工段送來的氨水進過混合后，沉淀，進一步清除焦油和雜質，然后進入蒸氨塔，氨水入塔溫度為60—70℃，進入第三層塔板，由塔底通入0.4Mpa的直接蒸汽，一方面做熱源，同時起蒸吹作用。原料氨水中的氨絕大部分由塔內蒸出，蒸氨塔底部的廢水去脫酚處理。從蒸氨塔頂逸出的105℃氨蒸汽含氨、水蒸氣、二氧化碳等混合氣體，進入氨分縮器，管內走氨氣，管外走冷卻水，在分縮器內氨被冷卻至98-100℃，氨部分冷凝液在塔頂入塔回流，而濃度為5-8%的濃縮氨氣進入飽和器出口廢水溫度40℃。

設計一套氨水截流塔盤裝置，截流塔盤結構為316L不銹鋼材質的泡罩塔式塔盤，內設截流槽，塔盤分為上下兩部分，各為半圓型結構，安裝高度為分縮器下部約50cm，兩塔盤間距約30cm，兩塔盤呈中心扭轉30°的夾角安裝，下部塔盤設有溢流堰和導淋管，塔盤周邊與塔體為滿焊連接，回流液溫度95℃，壓力40kpa，流速1.5M3/h，相對密度980Kg/m3。

導液管為內徑100mm的304不銹鋼材質管道對接，至蒸氨塔底部以呈約15°弧度自流至換熱面積為104㎡的螺旋板式換熱器，后設有閘板閥控制流量，壓力表和溫度表檢測氨水質量，冷卻后的高濃氨水引流至脫硫循環槽，脫硫循環槽高度6.3 m，如圖3-1。

圖3-1 氨水蒸氨系統技改的運行模式簡圖

（1）回流液通過自壓流入換熱器，塔高20m，導液管離地高度2m，高度差18m，管徑100mm，進入板式換熱器前液體壓力計算：

P1+ρgz1+ρv12/2=P2+ρgz2+ρv22/2

由于v1= v2

P2= P1+ρg（z1- z2）

P2=40*103+980*9.81*（20-2）

P2==213.04 kpa

換熱器指標設計壓力0.6Mpa，最高工作壓力0.36 Mpa，通過計算進入板式換熱器前液體壓力滿足換熱器工作要求，符合技改要求。

（2）回流液通過自壓流入換熱器，進入6.3m脫硫循環槽，管線長度為53m，計算進入循環槽是液體壓力：

P1+ρgz1+ρv12/2=P2+ρgz2+ρv22/2+ρ

其中P1=40*105pa，z1=20m，z1=6.3m，v1= v2 =1.5M3/h，氨水粘度1.3mPa.s

=（ + ）v12/2

=（ *53/0.1+1.5）1.52/2

0.1*1.5*980/1.3*10-3

1.13*105

取管壁絕對粗糙度e=0.2mm，則e/d=0.2/100=0.002，查摩擦系數與雷諾準數及相對粗糙度的關系圖，得 =0.031

=20.17J/kg

P2= P1+ρgz1-ρgz2-ρ

P2=40*103 +980*9.81*（20-6.3）- 980*20.17

P2=152 kpa

通過計算可知液體可由蒸氨塔自流入脫硫循環槽，符合技改要求。

（3）在螺旋板式換熱器中由于水的傳熱是在無攪動的自然流動中進行的，故屬于自然對流傳熱。

氨水流量：1500kg/h

入換熱器冷卻水溫度：15℃

入換熱器氨水溫度：95℃

出換熱器冷卻水溫度：18℃

出換熱器氨水溫度：22℃

換熱器的換熱效率：1440W/（㎡·K）

可計算出每小時需要冷卻熱量為：

Q1=Cm△t=4.3*103J/（kg·℃）*1500kg/h *（95-22）℃=4.71*108J

由于冷卻熱量Q2等于需要冷卻熱量Q1，可計算換熱面積計算

F=Q2/K△tm=4.71*108J/1440W/（㎡·K）·（18-15）℃=30.28㎡

由于換熱器面積為114㎡，所以滿足技改要求。

4 蒸氨廢水啟車調試方案

待脫硫催化劑對苯二酚和PDS添加完畢，化驗溶液PDS在10-20ppm以內時，則調節蒸氨系統至脫硫系統的蒸氨廢水及廢氣的添加量。

（1）氨氣的調節。蒸氨系統頂部的廢氣要全部回收介入脫硫系統，經分縮器將氨氣冷凝冷卻，其中冷卻的煤氣在40℃以下通入煤氣系統，底部冷凝下的氨水由1#脫硫塔水封溢流至循環槽，進入溶液系統。

調節的過程中，要嚴格控制蒸氨塔的蒸汽量和塔頂溫度，避免大量蒸汽進入脫硫煤氣系統，而提高脫硫系統溫度影響脫硫效率，甚至吹破1#脫硫塔水封等情況發生。其次，蒸氨系統要保證蒸氨效率及氨水量，以保證對脫硫系統提供充沛的氨氣和氨水。

（2）氨水的調節。蒸氨塔的氨水溢流系由自主設計在蒸氨塔頂分縮器下第一層的塔盤下收集，由于塔頂溫度高，壓力較大，要認真做好第一層塔盤的濃氨水的收集調節工作。

首先要適當打開蒸氨塔頂第一層塔盤下的氨水閥門，輸送管線有溫度后，緩慢打開1#脫硫塔水封處的收集液閥門。如管線無溫度，這適當打開蒸氨塔頂第一層塔盤下的氨水閥門開度，如水封頂部放散有蒸汽揮發甚至脫硫液噴出，要適當關閉該閥門開度，直至調節在適合開度上。其次，打開過程中，要認真觀察脫硫處的氨水管線針型閥溢流液情況，如無明顯溢流液，則適當打開蒸氨塔頂第一層塔盤下的氨水閥門，如有大量蒸汽揮發，則調節該閥門適當關閉，直至調節至預計狀態。通過調節板式換熱器蒸氨廢水進出口閥門開度，對蒸氨廢水進入脫硫系統的流量及溫度進行調節，確保脫硫液液位處于正常狀態，觀察脫硫循環槽內液體溫度，通過降溫后的氨水進行溫度調節。

（3）溶液的調節。待氨水及氨氣均穩定進入脫硫系統，做好溶液的化驗與分析，其中要保證1#脫硫塔循環溶液中的揮發氨含量在18g/L，以達到充沛的堿源，PH值要在8.5-9.5之間，為循環液提供合理的酸堿環境。如未能達到預期指標，則在化驗脫硫效率的前提下，適當添加調節氨氣和氨水的添加量，如經過蒸氨氨水及氨氣的調節仍舊無法實現該預期指標，則考慮外購氨水作為氨源，并分析與硫化氫脫除效率的提升進行經濟和環保的綜合考量。

5技改效果分析

5.1經濟效益

5.1.1 節省堿源原料消耗

技改前煤氣脫硫效率每天添加純堿量約6噸，技改后每天添加量控制在1噸以內即可保證環保要求，一年可實現純堿節省：5噸/天*1093.99元/噸*365天/年=199.7萬元/年。

5.1.2 節省廢液處理費用

技改前脫硫液中的復鹽增長很快，需要每日換液約30噸，技改后，每周換液不足30噸即可保證環保要求，可節省人工：（30-30/7）噸/天*2元/噸*365天/年=1.88萬元/年。

5.1.3 節省清水消耗

技改前每天需要添加清水約40噸，技改后無任何清水添加，一年可實現清水節省：40噸/天*7.12元/噸*365天/年=10.4萬元/年

5.1.4 節省催化劑消耗

技改后節約大量清水的同時，降低了伴隨清水添加時外加的催化劑（PDS和對苯二酚），其中PDS節約0.5kg/天*165.25/kg*365天/年=3.02萬元/年，對苯二酚節省1.2kg/天*85.47 /kg*365天/年=4.18萬元/年。

5.1.5 其他方面節省消耗

減少了蒸氨廢水的輸送量，為生化水系統處理中的泵體運行消耗電量大量節省，另外還節省一定量生化水系統添加的葡萄糖和磷酸氫二鉀的藥劑消耗。

通過技改降低生產成本，可實現年節約成本約220萬元。

5.2環保效益

通過對脫硫系統的雙塔氨法堿法串聯運行，將蒸氨系統的氨水引入脫硫系統后，脫硫系統的環保運行效率發生了顯著的提升，經委托質檢部中心對煤氣脫硫系統運行效果的二個月的抽樣化驗，并與技改前的累積數據進行同期對比分析。