焦爐煙氣脫硫脫硝工藝技術的技術優化

嚴軍喜 樊麗華(.華北理工大學化學工程學院，河北 唐山 063009；

2.唐山首鋼京唐西山焦化有限責任公司，河北 唐山 063009)

0 引言

京唐西山焦化有4×70孔焦爐，年產干全焦約為420萬噸，為7.63米頂裝焦爐，每兩座焦爐配置一座煙囪，加熱介質為混合煤氣(焦爐煤氣與高爐煤氣混燒)，在高爐檢修時使用焦爐煤氣加熱。焦爐煙氣經脫硫脫硝系統處理后，NOx排放濃度小于150mg/m3，SO2排放濃度小于30mg/m3、顆粒物排放濃度小于15mg/m3，具體煙氣設計參數及排放要求見下表1。

表1 煙氣設計參數及排放要求

自2017年7月份，脫硫脫硝系統投產運行以來，脫硫系統發生了三大問題，分別是脫硫塔塔盤堵塞、脫硫塔入口煙氣管道積料等，嚴重制約了脫硫系統穩定運行。為了提高脫硫系統穩定性，提高脫硫脫硝系統在線運行時間，該文將重點對上述三個問題進行研究及優化。

1 解決脫硫塔塔盤堵塞的研究

2018年1月份和3月份，CD爐脫硫脫硝項目連續出現2次脫硫塔塔盤堵塞問題，其中60%的塔盤通氣孔堵塞無法通過煙氣，擋流板底部大面積積料。詳見圖1 脫硫塔塔盤堵塞圖。

圖1 脫硫塔塔盤堵塞圖

根據脫硫塔設計原理，焦爐煙氣從脫硫塔入口進入到脫硫塔內，通過塔盤，撞擊到擋流板上，從脫硫塔下段噴灑管兩側進入到脫硫塔中段。詳見圖2脫硫塔煙氣流向示意圖。

圖2 脫硫塔煙氣流向示意圖

通過煙氣在脫硫塔的流向，可以看出脫硫塔塔盤及擋流板的積料是隨著煙氣夾帶著硫酸銨水汽沖擊而成。從技術層面上，可通過增加噴灑管及降低脫硫塔下段循環液硫酸銨濃度來克服積料問題。

通過上述分析，可以指定以下改善措施：

(1)脫硫塔下段第一層折流板增加噴灑管及噴頭。在圖2中，①位置增加橫向噴灑管及噴頭防止煙氣夾帶的硫酸銨結晶在折流板底部。經過6個月的實際運行，此處的結晶大量減少，不會再次危害到脫硫塔塔盤。

(2)控制脫硫塔下段阻力。由于脫硫塔下段在設計時未考慮pH計及密度計，僅有脫硫塔下段氣相溫度和氣相壓力兩個工藝控制指標，因此選擇脫硫塔下段壓力作為工藝控制點。根據實踐研究，當脫硫塔中部氣相壓力與脫硫塔下部氣相壓力的差值≥2000Pa時，脫硫塔下段阻力出現急速升高的情況。平均3個小時，脫硫塔下段的阻力達到4000Pa以上，已經完全無法滿足脫硫脫硝系統正常運轉。因此制定脫硫塔下段壓差控制在1500～2000Pa，若脫硫塔下段阻力指標超過2000Pa，將采取排出脫硫塔下段液體至環流氧化器，并補充新水進入到系統內，以此來降低脫硫塔下段的濃度，減少硫酸銨結晶的產生。

通過上述措施的落地實施，自2018年4月份以來，未出現任何脫硫塔下段堵塞的情況產生，下段阻力基本維持在1700Pa左右，詳見圖3：2018年5月-11月脫硫塔下段阻力的趨勢圖。

圖3 脫硫塔下段阻力的趨勢圖

2 根除脫硫塔入口煙氣管道積料的研究

2018年，全年共計清理脫硫塔入口煙氣管道7次，其中因脫硫塔入口煙氣管道大量結料，導致脫硫塔入口煙氣管道流通面積縮小至一半左右，造成脫硫脫硝系統阻力失衡，被迫停工2次，此問題嚴重影響脫硫脫硝系統正常運轉。

通過分析，脫硫塔入口煙氣管道內的積料來源于兩個方向，一是從脫硝系統噴氨和再熱器高壓沖洗帶來的硫酸銨；二是從脫硫系統回流至煙道內的硫酸銨。

首先對來源一進行排查。通過對引風機入口、引風機本體等部位進行核查，發現脫硫塔入口煙氣管道前的煙氣管道內無明顯硫酸銨結晶積料，因此可以判斷脫硫塔入口煙氣管道內的積料不是從脫硝系統噴氨和再熱器高壓沖洗帶來的。

最后對脫硫系統回流的情況進行排查。通過系統停機檢修期間，離線啟動脫硫塔下段泵進行離線循環噴灑，在噴灑過程中發現部分循環液會通過煙道上沿回流到煙道內，具體情況如圖4。

圖4 脫硫塔下段離線噴淋煙道積水圖

通過上述分析，可以指定以下改善措施：

第一次改善及效果。通過上述離線檢查的問題，第一次采取在脫硫塔塔盤處增加弓形擋水板，材質選擇不銹鋼316L。此措施實施的目的是通過弓形擋水板將順塔壁流下來的循環液擋住，防止循環液進入到脫硫塔入口煙氣管道內。具體弓形擋水板如圖5。

圖5 脫硫塔塔盤處增加弓形擋水板對比圖

經過現場實際運行三個月，再次組織脫硫脫硝系統停機檢查，發現脫硫塔入口煙氣管道內積料有所減少，但仍比較多，效果較差。

通過分析論證，發現脫硫塔入口煙氣管道部位存在氣旋，使得下段循環液體會隨著氣旋帶入到入口煙氣管道末端，隨著積料不斷增加，會逐步進入到煙道管道內。第二次采取增加煙道底部噴灑管，將形成的硫酸銨積料隨時沖刷到脫硫塔內部。具體積料產生的情況如圖6，新增噴灑管的位置如圖7。

圖6 脫硫塔入口煙氣管道積料示意圖

圖7 脫硫塔入口煙氣管道新增噴淋管示意圖

經過現場實際運行一個月，再次組織脫硫脫硝系統停機檢查，發現脫硫塔入口煙氣管道內積料明顯減少，但在煙道中部凹陷位置仍存在積料未徹底清理。

通過對第二次試驗結果進行分析論證，發現脫硫塔入口煙氣管道底部存在凹陷，造成部分積料。第三次采取改造脫硫塔入口煙氣管道底板角度15°，并鋪設316L不銹鋼板，同時涂刷玻璃鱗片進行防腐處理。具體改造的方案是在原有底板上增加一塊厚度為5mm的Q235鐵板，在鐵板的上表面增加不銹鋼板，形成類似復合板的材料，最后在不銹鋼板上部涂刷玻璃鱗片進行防腐。具體改造方案如圖8。

圖8 脫硫塔入口煙氣管道新增擋流板示意圖

經過現場實際運行三個月，再次組織脫硫脫硝系統停機檢查，發現脫硫塔入口煙氣管道內積料只存在于二個位置。一是脫硫塔入口煙氣管道內事故噴淋管上存在一大塊積料，二是事故噴淋管南北兩側存在兩大塊積料。

析論證，造成此次積料產生的主要原因是煙氣中的硫酸銨遇到事故噴淋管，受阻在事故噴淋管上不斷富集積料，慢慢長大。同時隨著事故噴淋管上的積料不斷增大，煙氣向兩側煙道壁沖擊，形成南北兩側煙道上形成大塊積料。最終次改造采取移除事故噴淋管，由于現有事故應急噴淋管設計初衷為脫硫塔下段泵停機后，進行事故噴淋防止脫硫塔內溫度增加，造成脫硫塔內部玻璃鱗片脫落。而在實際運行中，事故噴淋啟動最大量，脫硫塔下段溫度仍不斷升高，不具備事故噴淋的作用。結論移除該事故噴淋管，具備可行性。同時下一步攻關脫硫塔入口煙氣管道事故噴淋的位置及方式。具體改造方式如圖9。

圖9 脫硫塔入口應急噴淋管切除示意圖

通過四次對脫硫塔入口煙氣管道積料攻關，現已徹底消除了煙道內積料的情況，減少了定期清理煙道積料的工作，具體效果見圖10。

圖10 脫硫塔入口煙氣管道無積料

3 結語

通過對脫硫脫硝工藝在生產實際中出現的問題進行理論分析、工藝改進、效果檢修，得出以下結論：針對脫硫系統阻力及穩定運行等問題，優化脫硫塔下段噴淋結構、調整進入脫硫塔入口煙氣管道角度，實現了脫硫塔系統穩定運轉，在焦化行業具有良好的推廣和應用價值。