活性焦脫硫系統低耗能解吸技術研究及應用

高澤磊， 邵志超， 王 政， 葉新軍， 呂瑞宏

(金川集團股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

煙氣脫硫脫硝

活性焦脫硫系統低耗能解吸技術研究及應用

高澤磊， 邵志超， 王 政， 葉新軍， 呂瑞宏

(金川集團股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

介紹了活性焦脫硫系統再生解吸系統的運行狀態。針對存在的高耗能問題，研究出一套低耗能的解吸方式，以活性焦硫容為解吸依據，活性焦降溫由驟變式改為連續式，電加熱器開啟數量及投用時間大幅降低，在保證脫硫效率的前提下，提高再生系統熱利用率。

活性焦 脫硫 低耗能 再生 解吸

金川集團股份有限公司(以下簡稱金川集團)化工廠活性焦脫硫系統包括2臺脫硫塔，每臺脫硫塔對應4臺解吸塔，吸附飽和的活性焦通過輸送設備進入再生塔加熱解吸，解吸合格后的活性焦繼續進入脫硫塔進行吸附，在此過程中，活性焦在系統中連續運轉，即連續的脫硫吸附和再生解吸。

1 模塊式解吸技術應用

活性焦吸附是個逐漸飽和的過程，單系列循環1個周期需要活性焦840 t，按該循環速度，循環1個周期需48 h，但在此過程中脫硫塔內活性焦未完全吸附飽和，因此入口煙氣濃度恒定時，4臺再生塔解吸量遠大于吸附量，解吸量和吸附量不匹配，從而導致再生系統過度解吸，增加加熱過程中電耗[1]，加熱解吸出的再生氣工況見表1。

由表1可見：雖達到了解吸溫度，但再生氣未到要求的φ(SO2)10%，說明存在過度解吸現象。活性焦吸附過程中各元素變化趨勢見表2。

表1 加熱解吸出的再生氣工況

表2 活性焦吸附過程中各元素變化趨勢

由表2可見：活性焦中重金屬離子在吸附前后未出現明顯的變化，只有硫元素明顯上升，這是由于活性焦在吸附過程中將煙氣中的二氧化硫進行吸附。

根據前端煙氣條件，采用2種解吸技術：

1) 間斷式解吸。連續吸附脫硫塔內活性焦，根據尾氣中二氧化硫濃度判斷活性焦是否吸附飽和，當活性焦完全吸附飽和時，再開啟再生系統解吸。由此減少再生解吸開車時間，降低解吸過程電耗。

2) 連續解吸。將原有4臺脫硫塔中的2臺孤立，采用1臺脫硫塔對應2臺解吸塔運行，減少2臺再生塔的運行，從而降低系統運行電耗。

2 連續穩定升溫、降溫模式研究

由于再生塔塔體本身為換熱器結構，在升溫、降溫中操作不當會造成塔體局部變形、拉裂，因此開停車時應遵循緩慢升溫和降溫的原則，再生塔升溫曲線見圖1。

圖1 再生塔升溫曲線

由圖1可見：升溫初期，溫度上升速率較快；隨著溫度逐漸升高，升溫速率隨之降低。正常生產時，再生塔中部溫度升至300 ℃以上需70 h。再生塔降溫曲線見圖2。

圖2 再生塔降溫曲線

由圖2可見：降溫初期，溫度下降速率較快；隨著溫度逐漸降低，降溫越來越緩慢。再生塔中部溫度由300 ℃降至60 ℃左右需48 h左右，為保證充分降溫，當溫度降至60 ℃以下時，繼續運行12 h，直至溫度不發生明顯變化，方可停止物料循環。

再生塔電加熱器控制方式采用3門6組，即每組電加熱器設6個加熱單元，升溫過程中，逐漸增加開啟電加熱器組數，通常開啟3～4組電加熱單元即可達到活性焦解吸所需的溫度300 ℃以上。通過調整換熱氮氣管道內出口壓力及氮氣循環速率，進而控制升溫速度。需要加快升溫時，則加快氮氣循環速率，即增加熱對流強度。反之，則降低氮氣循環速率。

再生塔在升溫或降溫時會造成塔體膨脹或收縮，因此減緩升溫、降溫速率可緩解再生塔膨脹和收縮，但若操作不當，會引起塔體結構損壞。為避免膨脹，塔體四周應用螺栓連接，再生塔四面增加半徑為6 mm半圓形不銹鋼膨脹節，使塔體伸縮。

3 2段式解吸塔的研發與應用

3.1 2段式換熱再生塔結構

再生塔可看作列管式換熱器，活性焦在再生塔內自上而下靠重力在殼程內流動，換熱介質氮氣在管程內流動。再生塔內分為2段，上部為加熱段，活性焦自上而下溫度逐漸升高；下部為冷卻段，活性焦自上而下溫度逐漸降低。加熱段主要依靠電加熱器升溫，冷卻段主要依靠水冷換熱器降溫。

3.1.1 加熱段

活性焦在加熱段被高溫氮氣由100 ℃加熱到400 ℃，同時高溫氮氣被冷卻，冷卻后的中溫氮氣通過換熱高溫風機送入一級冷卻段預冷活性焦。活性焦在一級冷卻段從400 ℃冷卻至270 ℃，中溫氮氣送至電加熱器加熱至515 ℃，高溫氮氣進入加熱段加熱活性焦。氮氣在加熱段—換熱高溫風機—一級冷卻段—電加熱器呈閉路循環。

3.1.2 冷卻段

活性焦在冷卻段從270 ℃冷卻至120 ℃，低溫氮氣從50 ℃起加熱，冷卻段與換熱低溫風機之間的氮氣管路上設置1臺水冷換熱器，利用冷卻水與冷卻段出來的氮氣換熱，將送入再生塔冷卻段的氮氣溫度恒定在50 ℃，提高再生塔冷卻效果。氮氣在冷卻段—換熱低溫風機—水冷換熱器閉路循環。再生塔換熱氮氣系統設置2個循環，提高了再生系統操作性，降低了電加熱器負荷余量。氮氣循環過程中的泄漏損失由全廠氮氣管網補充。

3.2 2段式再生塔溫度控制技術

3.2.1 控制再生塔循環速率

活性焦燃點高于400 ℃，因此選用外加熱方式，利用電爐先將惰性氣體氮氣加熱，電爐熱量傳遞給氮氣是一個熱輻射過程，加熱后的氮氣進入再生塔管程，首先經歷的是一個熱傳導過程，將高溫氮氣的熱量傳遞給鰭片換熱管，此時高溫氮氣在管程內高速流動，活性焦則在再生塔殼程內依靠重力自上而下流動，與換熱管內的高溫氮氣形成對流，從而加熱活性焦。由于活性焦顆粒在再生塔內流動速度較慢，活性焦固體顆粒之間存在熱傳導，但在該狀態下的熱傳導較對流方式的熱傳遞慢，活性焦降溫過程與升溫的傳熱過程一致。因此，再生塔活性焦加熱和冷卻過程中，同時存在熱傳導、熱對流、熱輻射3種傳熱方式。

活性焦顆粒靠重力自上而下流動，依次經過高溫段和低溫段。高溫段完成活性焦加熱解吸，低溫段完成活性焦降溫冷卻。實際運行過程中，通過調整再生塔底部卸料器來控制再生塔底部溫度，若活性焦在底部停留時間過長，低溫氮氣不斷降溫，會造成底部溫度降得過低，脫硫塔內活性焦性能下降；若活性焦停留時間過短，未起到降溫效果，則造成再生塔底部活性焦超溫。因此，正常運行時應將再生塔底部溫度控制在90～120 ℃，既保證冷卻效果，又實現活性焦高效脫硫性能。

3.2.2 控制再生塔負壓

再生塔中部呈負壓，加熱過程中產生的高溫解吸氣在負壓狀態下由系統再生風機送至制酸系統，系統負壓由再生系統風機、制酸系統管道負壓共同提供。高溫解吸氣輸送過程中，塔內的熱量隨煙氣進入后續解吸氣管道，從而實現塔內熱量平衡。

再生塔中部負壓控制是運行過程中的關鍵參數，隨著解吸溫度上升，活性焦內部的水分首先被蒸發，此時有少量二氧化硫解吸，當達到解吸溫度后，活性焦內部二氧化硫完全解吸，此時需要將解吸出的高濃度二氧化硫及時輸送，其目的是使解吸后的活性焦恢復活性，使系統內熱量平衡。若負壓控制不穩定，會對再生系統造成嚴重后果。負壓過小，煙氣和熱量無法移出再生塔，活性焦活性下降，影響脫硫效率，熱量在塔內聚集，造成塔內壓力過大，嚴重時塔體將變形。若負壓過大，會打破系統原有的熱平衡，需向系統提供熱量，增加電加熱器投運時間，從而增加能耗，且小顆粒活性焦粉末會抽入后續管道，嚴重時堵塞整條管道。

原有4臺再生塔呈并聯方式，利用風機控制中部負壓，調整1臺再生塔的負壓會引起其他再生塔負壓發生變化，操作難度加大，負壓難以精確控制。為此，金川集團化工廠優化再生塔管路，將2臺再生塔并聯，分別設置電動蝶閥，在出口設置壓力測點，根據壓力值自動調節中部負壓；在管路中增加壓力測點，將4臺再生塔壓力平均值作為調整的重要依據，將多變量調整改為單變量調整。再生塔結構示意見圖3。

圖3 再生塔結構示意

4臺再生塔分別設置電動調節蝶閥和負壓測點，PT01、PT02、PT03、PT04分別對再生塔中部負壓進行監控，PT05為4個壓力的平均值，PT06為輸送管網的壓力。正常調節時，參考PT06壓力點的數值，調整風機變頻使PT05數值穩定在-200 Pa，觀察4臺再生塔中部負壓變化，對各自的負壓微調，使每臺再生塔的壓力保證在-300～-50 Pa。

由于再生氣管道直接通入再生塔，會將再生塔中的灰分抽入抽氣管道，灰分和水蒸氣在管道中混合，形成酸泥堵塞抽氣管道，無法將再生氣正常抽出再生塔，再生氣在再生塔內富集從而腐蝕再生塔，影響系統穩定運行。此外，當再生塔內負壓不足或解吸出的再生氣過多，再生塔中上部的再生氣富集后會向再生塔頂流動，若不及時抽出，會腐蝕再生塔頂部。

利用負壓分段控制，再生塔負壓在規定區間，從而保證再生解吸氣正常輸送，系統內熱量平衡。

4 結語

該技術在金川集團化工廠活性焦脫硫系統的應用，提高了與冶煉煙氣匹配化生產的穩定性，并在煙氣達標前提下，降低了系統運行過程中電能的消耗，實現了活性焦干法脫硫技術穩定長周期運行。

[1] 李曉蕓，鄒炎．活性炭/焦干法煙氣凈化技術的應用與發展[J]．電力建設，2009，30(5)：47-51．

Researchandapplicationoflowpowerconsumptionactivecokedesorptiontechnologyindesulphurizationsystem

GAOZelei,SHAOZhichao,WANGZheng，YEXinjun，LVRuihong

(Chemical Plant，Jinchuan Group Go., Ltd., Jinchang, Gansu, 737100, China)

Operation of regeneration and desorption device in active coke desorption desulphurization system are introduced. According to high power consumption, a set of desorption technology with low power consumption were studied. Active coke sulphur capacity as desorption base，active coke cooling turned into continuous course from macrogenesis, electrical heater opening times and operation time reduced greatly. Under the premise of ensuring desulphurization efficiency, the process raised heat utilization efficiency in regeneration system.

active coke； desulphurization； low power consumption； regeneration； desorption

2017-08-05。

高澤磊，男，金川集團股份有限公司化工廠工藝技術員、一級助理工程師，主要從事煙氣脫硫工藝技術工作。電話：18093505699；E-mail：hggzl@jnmc.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)10-0038-03