煙氣堿洗工藝在硫磺裝置的應用

賈天宇 吳玉冬 王永衛（中國石油大連石化公司，遼寧 大連116031）

目前隨著經濟的快速發展，國家對環境保護工作越發重視，尤其是對石油煉制行業排放廢氣的要求。在2015年，國家頒布修訂了《石油煉制工業污染物排放標準》GB31570-2015，對石油煉制行業煙氣SO2排放濃度提出了新要求，一般地區煙氣SO2排放濃度要求≤400mg/m3，特殊地區SO2排放濃度要求≤100mg/m3，大連石化公司所處的大連地區目前執行一般地區煙氣SO2排放濃度要求。大連石化公司27萬硫磺裝置煙氣經過焚燒爐處理后，通過煙囪排放至大氣，煙氣SO2排放濃度在200mg/m3～300mg/m3之間，考慮到大連地區屬于安全環保的敏感地區和海濱城市，隨著環保要求的不斷嚴格，執行特別排放限值也是大勢所趨。從企業的發展和環保要求日趨嚴格來看，為了使硫磺裝置煙氣處理一次達標，不再反復建設，決定在27萬硫磺裝置尾氣處理后增上煙氣脫硫設施，以滿足所有工況下，煙氣中SO2的濃度滿足特別限值排放要求，即煙氣中SO2的濃度≤100 mg/m3。

1 堿洗脫硫裝置簡介

1.1 堿洗工藝流程

本煙氣脫硫設施主要處理硫磺回收裝置的排放煙氣，排放的煙氣不再直接進入放空煙囪，通過改造原硫磺裝置的尾爐風機，提高煙氣排出壓力，讓煙氣進入煙氣脫硫設施，通過動力波堿洗法進行脫硫改造，最終煙氣經處理達標后再送入放空煙囪高點放空。

脫SO2尾氣處理單元利用動力波洗滌系統脫除氣相中的SO2酸性氣體，系統的核心是通過逆噴使得氣液接觸形成強湍流的區域。煙氣經過整體式熱管換熱器后溫度由260℃降到150℃，隨后進入一級進料管的頂部，與通過大口徑的噴頭噴出的吸收液進行逆向接觸。吸收液從噴頭出來后與氣體接觸形成泡沫區。泡沫區使液滴不斷的冷卻和更新，迅速冷卻煙氣和吸收SO2。接觸后的液體進入分離器底部，煙氣進入雙層折流板除霧器，除去夾帶的液滴，通過分離器頂部的整體式熱管換熱器升溫至170℃后進入原煙囪排放。分離器底部收集到的液體再經循環泵進入逆噴頭，同時通過密度計控制排液，在循環液中維持一個適合的鹽濃度，排液送到廢水處理系統。動力波系統的水損失主要是飽和尾氣帶走的水和硫酸鈉外排時攜帶的水份，這些水通過補加除鹽水來維持分離器底部循環槽的液位，除鹽水從硫磺裝置通過管道送至界區。原廠區管網送來的堿液在正常工況下，直接通過管線添加到循環液泵出口管線上，堿液的添加量由pH 值來控制。旁路及停工吹硫工況下堿液消耗量較大，此時單獨設置一根堿液注入管線和調節閥組注入到二級堿液循環泵后管線。同時為防止堿液管網堿液中斷，本裝置內設置一臺容積15m3的堿罐，在管網中斷供堿時，堿液經過堿液補充泵添加到循環液管線上，堿液泵按照一用一備設置。分離器內除霧器系統由兩級組成，并包括去除沉積物的沖洗系統。本裝置凈化后煙氣經煙道送至現有煙囪排至大氣。

1.2 堿洗脫硫的工藝原理

堿洗工藝首先利用煙氣中的SO2和SO3易溶解水，生成亞硫酸和硫酸，然后堿液中的氫氧化鈉與亞硫酸和硫酸進行中和反應生成硫酸鹽和水[2]。用氫氧化鈉吸收二氧化硫是除去煙氣中二氧化硫的最簡單的方法。這種酸堿反應迅速，對設備的損害程度最小。

煙氣中的SO2、SO3與氫氧化鈉的反應如下：

2 動力波堿洗工藝的技術特點

動力波堿洗工藝技術能夠很好的滿足適應波動較大的工況。煙氣經過煙氣換熱器后先進入一級進料管，一級進料管設有一個大口徑噴頭，經過逆噴后進入二級進料管，二級進料管設有七個大口徑噴頭，經過二級逆噴后的煙氣進入堿洗塔實現氣液分離，氣相經過除霧器、煙氣換熱器排放到現有煙囪。液相在塔底經過堿液循環泵送到進料管中噴頭，一級堿液循環泵送到一級進料管的噴頭，二級堿液循環泵送到二級進料管的噴頭。在正常工況下，因煙氣中SO2的濃度相對較低，只開啟一級堿液循環泵（兩用一備），把循環堿液送入一級進料管的噴頭，實現脫除SO2。在硫磺裝置旁路工況及停車吹硫工況下，開啟二級堿液循環泵，二級堿液循環泵流量很大，兩臺泵的總達到3400m3/h，通過大流量逆噴，實現對煙氣中高濃度SO2的脫除。

3 運行情況

3.1 煙氣脫硫裝置主要運行參數

煙氣脫硫裝置主要運行參數包括循環液pH、相對密度以及凈化煙氣溫度。目前裝置正常工況下循環液pH 控制在7.1～7.5，相對密度控制1.03～1.05，凈化煙氣二氧化硫排放濃度得到有效降低，外排廢水中COD 控制在600mg/L 以內；凈化煙氣通過煙氣換熱器后溫度在170℃以上，可以避免出現煙氣中SO2漏點腐蝕。

3.2 煙氣排放情況

自2019年3月23日煙氣脫硫裝置開工以后，硫磺裝置煙氣二氧化硫排放濃度月平均數據的最大值為2.87 mg/m3、最小值為1.09 mg/m3；煙氣氮氧化物排放濃度月平均數據的最大值為20.3mg/m3、最小值為16.8mg/m3。煙氣脫硫裝置有效降低了煙氣SO2排放濃度。

3.3 廢水排放情況

煙氣脫硫裝置排放污水COD 基本在600 mg/L 以下，符合含油污水入口指標要求。又因其排水量較小，對污水處理廠不會造成沖擊，對正產生產影響較小。

4 存在的問題及采取的解決措施

4.1 煙氣換熱器投用

由于煙氣脫硫設施和硫磺主體裝置不是同步開工，如果煙氣換熱器直接引入熱煙氣沖擊煙氣換熱器管束，會導致煙氣換熱器管束破裂。

為保護煙氣換熱器管束，裝置根據運行工況，制定了煙氣換熱器投用方案。首先尾氣處理V系列停工備用單元，從氣焚燒爐F-2402 V 將助燃空氣引入煙氣換熱器，助燃空氣量為5000Nm3/h，確認吹掃時間大于5分鐘，緩慢將吹掃風量調整至10000Nm3/h，確認爐膛壓力正常。緩慢引入尾氣處理IV系列運行單元熱煙氣，確認煙氣換熱器溫度緩慢上升，升溫速率控制20℃/分鐘，逐漸降低V系列爐膛吹掃風量至5000Nm3/h，確認IV系列熱煙氣全部引入煙氣換熱器，關閉V系列吹掃風。

5 結語

動力波堿洗工藝技術流程簡單、適用性好，抗波動能力強、安全可靠，脫SO2效果好，裝置占地小，需要的公用工程品種少。結合大連石化公司硫磺裝置的運行狀況、現場空間及硫磺裝置脫硫工藝技術，動力波堿洗工藝技術在各方面都較好地滿足硫磺裝置SO2達標排放改造要求。