焦爐煙氣氨法脫硫系統運行實踐與優化改進

劉大川，嚴軍喜，何棟，萬峻竹，李國梁

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

1 焦爐煙氣氨法脫硫工藝概述

焦爐煙氣經焦爐煙道排出后，通過脫硝反應器進行脫硝處理，脫硝后煙氣經再熱器降溫，再從引風機煙道出口進入脫硫塔進行脫硫處理，凈化合格后的煙氣經再熱器升溫后送入煙囪排放。

1.1 氨法脫硫反應原理

氨法脫硫是以氨基物質（氨水）作為吸收劑與焦爐煙氣中的SO2發生化學反應形成(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)2SO4兩個基本化學反應過程。為了保證脫硫效果，需適時補充氨水，以保持脫硫液中（NH4)2SO3的濃度，使脫硫液中（NH4)2SO3—NH4HSO3反應不斷循環來吸收焦爐煙氣中的SO2，最終生成的脫硫廢液送往提鹽工段進行硫酸銨提鹽。

1.2 氨法脫硫工藝主要參數指標

參數及指標見表1。

表1 氨法脫硫工藝主要參數及指標

1.3 氨法脫硫工藝簡述

脫硫液循環系統：脫硝并降溫后的焦爐煙氣從脫硫塔入口進入脫硫塔洗滌段，利用氨水中游離氨與SO2反應，將SO2脫除。大量脫硫液通過循環泵在脫硫塔內進行循環噴淋使用，用于脫硫、降溫，少量脫硫液進入環流氧化器，使未被氧化的亞硫酸銨氧化生成硫酸銨后送往提鹽工段，生產硫酸銨產品。

工藝水捕氨系統：工藝水通過脫硫塔上段設置的多級補霧器進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，作為脫硫劑循環使用。

煙氣換熱系統：為了合理利用焦爐煙氣溫度梯度，采用回轉式再熱器對脫硫前高溫煙氣與脫硫后低溫煙氣進行熱量交換，保證煙氣脫硫的低溫要求，降低循環冷卻泵的處理能耗，并保證低溫煙氣升溫后直接排入焦爐煙囪，防止焦爐煙囪受低溫煙氣的腐蝕，同時解決焦爐煙囪的熱備問題，穩定焦爐安全生產。

2 主要設備設施配置

氨法脫硫系統主要由脫硫塔、介質儲槽、輸送泵、再熱器、引風機組成，主要設備設施配置見表2。

表2 主要設備配置

3 存在的問題及解決措施

3.1 脫硫系統煙氣阻力增大

在脫硫系統運行實踐過程中，系統煙氣阻力大于4000Pa 時，煙氣引風機負荷會明顯增加，嚴重時導致脫硫系統無法正常運行，引發煙氣環保指標異常。通過停機檢查，發現脫硫塔下段塔盤底部及其通氣孔有結晶堵塞的情況，脫硫塔入口煙道積料異常增多，再熱器內部積料堆積。針對已發現的問題，采取了相應措施，對系統設備設施進行了優化改進。

（1）脫硫塔下段優化改進。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。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，塔盤底部容易產生結晶積料并堵塞塔盤通氣孔，嚴重時60%以上的通氣孔被堵塞，造成系統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阻力升高問題，會停機檢修疏通塔盤通氣孔，隨著環保要求越發嚴苛，脫硫系統停機頻次和檢修時間有所限制，經過多方討論研究，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，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示意圖見圖1。

③設置脫硫循環液密度監測，減少結晶的產生。原設計中，脫硫塔未設置脫硫液密度監測，無法有效控制脫硫液的密度。實際運行中，當脫硫塔中部與下部壓差≥2000Pa 時，脫硫塔下段煙氣阻力會在3 小時內升高至4000Pa 以上，脫硫系統無法正常運行。增加脫硫循環液密度監測功能并優化操作，規定脫硫塔下段阻力超過2000Pa 時，將脫硫塔下段溶液排出至環流氧化器，并補充生產水到循環系統內，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，并減少硫酸銨結晶的產生。

（2）脫硫塔入口煙道優化改進。在脫硫系統運行實踐中，發現脫硫塔入口煙氣管道存在大量積料，導致此處煙氣流通受阻嚴重，造成脫硫系統因阻力失衡而被迫停機，此問題嚴重影響系統的正常運行。脫硫塔入口煙道內的積料有兩個方向的來源：一是從脫硝系統帶過來的硫酸銨，二是脫硫塔下段脫硫循環液回流至入口煙道內的硫酸銨。首先排查引風機本體及引風機入口煙道等部位，未發現明顯的硫酸銨結晶積料，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所致。然后對脫硫塔循環液回流的問題進行排查。待系統停機后，啟動脫硫塔下段泵在離線狀態下進行脫硫循環液噴灑，發現部分循環液會回流到入口煙道內，因此，可以判斷脫硫塔入口煙道內積料為脫硫液回流所致。①脫硫塔入口煙道底板設置坡度。將靠近脫硫塔入口段煙道底板向脫硫塔方向設置15°的下傾角，防止脫硫循環液回流至入口煙道內而形成結晶積料。②拆除脫硫塔入口煙道應急噴淋管及噴頭。應急噴淋管道豎直安裝在脫硫塔入口煙道內，其設計作用是防止因循環系統出現故障導致塔內溫度升高造成塔內玻璃鱗片破損脫落。但在實際運行中，應急噴淋啟動到最大量，并未起到對系統降溫的作用。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，形成結晶積料并不斷增加，此時煙氣向煙道兩側內壁沖擊，造成煙道兩側內壁上也產生大塊積料，致使脫硫系統阻力升高，所以決定拆除脫硫入口煙道應急噴淋管及噴頭。③脫硫塔入口煙道底部增加噴灑管。通過運行實踐，發現脫硫塔入口煙道部位存在氣旋，使得下段循環液會隨著氣旋帶入到入口煙道內，逐漸形成結晶積料，增加系統阻力。在設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，在轉向部位煙道內壁存在直角彎，會產生明顯的氣流阻力，所以將煙道內直角彎改為平滑的弧形彎。原脫硫塔入口煙道和改進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 改進后的脫硫塔入口煙道示意圖

（3）煙氣再熱器積料沖洗優化改進。由于焦爐煙氣中含有硫化物和灰塵，再熱器運行中不可避免的會產生一定的結晶積料。經過運行實踐，為了保證脫硫系統煙氣阻力在正常范圍內，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部的伸縮桿上，因為伸縮桿的行程有限，再熱器內部中心筒附近和外緣部位無法沖洗到位，就會造成再熱器內部積料逐漸增多，嚴重時會造成積料卡阻，導致故障停機。①將高壓水沖洗裝置金屬噴頭改成復合陶瓷噴頭。高壓水沖洗裝置的伸縮桿上設置有三個噴頭，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，發現噴嘴孔被磨損擴大，所以嘗試用耐磨性能更好地復合陶瓷噴頭代替原金屬噴頭，通過使用比較，復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部積料，在容易產生積料的位置共開設8 個沖洗孔，并引入清水每周定期進行沖洗。

3.2 脫硫塔塔內件腐蝕嚴重

脫硫塔塔內件主要有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，噴淋管支撐、折流板和水槽均為碳鋼材質并有玻璃鱗片防腐。由于部分塔內件玻璃鱗片防腐失效，脫硫液腐蝕性較強，且系統停機檢修時間有限，碳鋼塔內件受腐蝕程度越發嚴重。其中，折流板和水槽被腐蝕形成數個孔洞，不僅使用功能下降，而且存在脫落的風險。脫硫塔下段噴淋管支撐腐蝕嚴重，導致噴淋管及其支撐折斷、脫落。

（1）脫硫塔塔內件優化改進。更換塔內件材質。通過分析脫硫塔內脫硫液及煙氣的中腐蝕性成分，并查閱相關技術資料，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且性價比較高的2205 型雙相不銹鋼材料，并且無須對塔內件進行玻璃鱗片防腐。利用系統停機檢修時間，對脫硫塔內噴淋管支撐、折流板和水槽進行了整體更換。經過半年多的觀察使用，2205 型雙相不銹鋼材質的塔內件抗腐蝕性能良好，滿足使用要求。

（2）平衡脫硫循環液的酸堿度。脫硫塔上、中、下段脫硫循環液分別設置pH 值監測，pH 值控制在6.6～7.5。有效平衡脫硫循環液的酸堿度，既可以降低對塔內件的腐蝕程度，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量。

4 結語

焦爐煙氣氨法脫硫系統在運行實踐過程中，存在的主要問題有系統結晶積料過多、系統阻力升高異常、脫硫塔塔內件腐蝕嚴重。通過采取切除塔盤、增加噴淋管和噴灑管、改造煙道內部結構、設置溶液密度計和PH 值計、增加再熱器積料沖洗點位、更換塔內件材質以及優化操作流程等措施，有效地解決了系統存在的問題。系統優化改進后，未曾出現過因以上問題導致的故障停機，提高了生產運行的穩定性，保證了焦爐煙氣的達標排放。