張英海,程 剛
(1.中國石油烏魯木齊石化分公司檢維修中心,新疆 烏魯木齊 830019;2.新疆消防總隊,新疆 烏魯木齊 830000)
化肥廠鍋爐煙氣超低排放裝置,2019年10月完成建設,是烏石化公司環保“紅線項目”。
裝置主要包括化肥廠新建的50萬Nm3/h鍋爐煙氣脫硫系統,改造過的原有吸收塔(設計煙氣處理量25萬Nm3/h)和改造后的脫硫后處理系統。新裝置煙氣系統實現了原脫硫系統和新脫硫系統一開一備并列布置,從而保證鍋爐煙氣在任何情況下都能不間斷排放。
裝置外排煙氣達到環境保護部、國家發展和改革委員會、國家能源局2015年12月11日關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的通知(環發[2015]164號)指標要求,脫硫后煙氣中:SO2≤35mg/m3,粉塵≤8mg/m3,氨逃逸濃度≤3mg/m3。脫硫效率達到98.8%以上,總除塵效率達到99.6%以上(從電除塵入口到排放口),年減排SO2約12453t,微塵約11138t(計算標準按煙氣排放量50萬Nm3/h,每年運行8400h),對控制和消減烏石化公司的二氧化硫和粉塵排放總量有顯著的效果。另外,煙氣脫硫副產品硫酸銨品質符合電力標準《硫酸銨》(DL/P808-2002)中的合格品要求。
改造后后處理工段采用蒸發結晶工藝來獲得硫酸銨成品。濃縮至40%~50%(質量百分比)硫酸銨的循環漿液,通過三臺P305A/B/C后處理循環泵分別進入一、二、三效分離器(E301/E302/E303)邊加熱,邊蒸發,部分內部循環,繼續在一、二、三效內蒸發濃縮,最終使漿液以過飽和狀態進入旋流器,當固含量達到30%以上后進入離心機進行固液分離,分離后的晶體進入流化床干燥,計量打包,即為成品。
一、二、三效加熱器的熱源是S5蒸汽,三效并列蒸發是減壓蒸發,抽真空可方便地降低蒸發器的操作壓力和溶液溫度。三效并列蒸發后面設置了蒸發冷凝器,冷卻循環水通過間接冷凝器把系統的熱量帶出(見表1)。

表1
后處理循環泵是脫硫裝置的關鍵設備之一,通過循環蒸發達到提純出料的目的,通過改造三臺循環泵和一二三效換熱器實現兩開一備(見圖1)。

圖1
后處理循環泵設計為三臺,兩開一備,生產廠家為襄樊五二五,型號為HZ350,設計揚程為3m,密封形式為雙端面機械密封,葉輪為半開式葉輪,葉輪、蝸殼、軸、軸套、葉輪鎖緊螺母等材質為2205雙相鋼,雙端面機械密封材質為316奧氏體不銹鋼,沖洗方式為PLAN54,能夠有效地減小介質對機械密封的沖刷和腐蝕。
2019年12月后處理循環泵運行兩周后出現了嚴重的腐蝕現象,葉輪葉片腐蝕脫落,長軸套、葉輪鎖緊螺母等腐蝕嚴重,雙端面機械密封彈簧、基體已腐蝕破碎。葉輪及鎖緊螺母腐蝕情況詳見圖2、圖3。

圖2

圖3
發現問題后,從工藝介質方面進行分析,核對近期漿液pH值偏低控制在下線左右,要求氧化循環槽漿液pH值控制在5.5 ~6.2 之間,氯離子含量從開車運行逐漸增加,已經超過20000mg/L。從設備腐蝕情況分析,主要是酸性和高氯離子環境下的均勻腐蝕,從工藝流程圖可以看出,隨著一、二、三效換熱器提濃后,漿液的酸性會增強,對循環泵的腐蝕性會增強。下面對高氯離子環境的產生原因進行分析,主要有以下幾個方面:
(1)煤炭燃燒后灰塵中的氯離子,主要以氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等形式存在;
(2)新水補加中含有的氯離子;
(3)漿液的反復重復使用,造成氯離子的逐漸積累。
根據工藝參數和運行狀況分析,從工藝上要提高漿液的pH值,同時還要利于硫酸銨溶液結晶和晶粒長大,提高含固量和顆粒度,降低氯離子含量,減小酸性條件下氯離子腐蝕,同時減小晶粒顆粒度過小對設備過流件的沖刷磨損,主要采取了以下措施:
(1)控制超低脫硫塔液位和濃度,氧化槽漿液的濃度和pH值。通過現場實測和儀表監測兩種方法共同控制脫硫塔液位在2.5 m-3.0 m之間,來確保塔內漿液的濃度,用試紙和儀表參數比對的辦法控制漿液pH值,當兩者偏差較大時提取漿液進行分析,使pH值控制在5.5 -6.2的偏上線值。
(2)提高脫硫塔密度達到1210kg/m3以上時,硫胺罐進液,一、二、三效換熱器進蒸汽對漿液進行提濃處理。通過控制漿液濃度來提高出料量,縮短漿液在后處理循環周期,減小漿液對循環泵的沖刷和腐蝕,有利于硫酸銨晶粒的生成和長大,提高出料率。
(3)控制煙氣中的含灰量,防止帶有大量氯化物的灰塵顆粒,進入吸收塔漿液系統。通過控制煙氣溫度≥160℃和煙塵含量≦10.0 mg/m3,來減少氯離子的攝入量。(4)減少廢漿液的循環,適當增加新水投入量,加大廢水排出量,同時控制新水中氯離子含量。
通過調整和控制工藝參數,有效地控制了脫硫后處理循環泵的腐蝕速率,在不進行設備材質升級的情況下能夠達到設備運行周期的要求,同時減小后處理其他設備的腐蝕速率。