安鋼活性炭脫硫脫硝再生氣管道沖洗改進

劉文斌 李德勇 靳方方 曹 文 劉玖獻

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

隨著環保形勢的日益嚴峻，焦爐煙道廢氣指標逐漸成為制約焦爐生產的主要因素之一。安鋼焦化廠地處河南省安陽市，該市屬于國家京津冀及周邊重點區域“2+26”城市，于2017 年10 月開始執行《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171—2012）特別排放限值。安鋼焦化廠于2017 年10 月份投產運行五套活性炭脫硫脫硝系統，對焦爐煙氣進行凈化，脫硫脫硝后的潔凈煙氣從煙囪排放到大氣中，降低了煙氣中顆粒物的排放。裝置投用后，運行穩定，效果明顯，煙氣中的二氧化硫、氮氧化物的含量遠優于標準要求，達到了超低排放。在系統的運行過程中，活性炭的再生是系統循環不斷運行的基礎，再生氣的順利導出又是再生系統運行的必要保證。但是，目前再生氣體結晶對再生氣導出管道的堵塞問題頻繁出現，合理有效地解決這一問題成為活性炭脫硫脫銷系統正常運行的保障。

1 脫硫脫硝裝置介紹及原理

活性炭脫硫脫硝技術裝置主要包括：煙氣系統、吸附系統、再生及熱風爐系統、活性炭物料輸送系統及副產品回收系統等。焦爐煙道氣在進氣煙管內被噴入足夠的霧化氨水，然后進入煙氣凈化裝置（吸附系統）。煙氣凈化裝置使用活性炭作為吸附劑和催化劑，對煙氣進行脫硫脫硝處理。吸附反應過程中生成的硫酸、硫酸銨、二氧化硫等產物被活性炭吸附。處理后的凈煙氣經換熱器換熱后再經煙囪排入大氣。吸附飽和的活性炭進入再生塔進行再生活化。活化后的活性炭重新經物料系統進入凈化塔內循環使用。活性炭的再生活化過程中，硫酸和硫酸銨在400 ℃的高溫下分解、解析，產生的解析氣體通過管道進入副產品回收系統。在副產品回收系統內，解析出的二氧化硫被吸收塔內噴灑的高濃度氨水吸收，重新生成硫酸銨，用以制備硫銨，解析氣體內的氮氣等尾氣重新進入煙囪排出。煙氣脫硫脫硝系統流程如圖1所示。

圖1 煙氣脫硫脫硝系統流程

煙氣SO2吸附及解析的原理[1]如下：

（1）SO2吸附過程 （* 表示吸附狀態）

①物理吸附（ SO2分子向活性炭細孔移動）SO2→SO2*

②化學吸附（ 在活性炭細孔內的化學反應）SO2*+O*→SO3*SO3* + nH2O*→H2SO4*+（n-1）H2O*③生成硫酸鹽H2SO4*+NH3→NH4HSO4*NH4HSO4*+NH3→（NH4）2SO4*

（2）SO2解析再生過程

①硫酸的分解反應H2SO4·H2O →SO3+2H2O SO3+1/2C →SO2+1/2CO2（ 化學損耗）H2SO4·H2O+1/2C →SO2+2H2O+1/2CO2

②硫酸銨鹽的分解反應

NH4HSO4→SO3+NH3+H2O

SO3+2/3 NH3→SO2+H2O+1/3N2

NH4HSO4→SO2+H2O+1/3 N2+1/3 NH3

2 現狀分析

活性炭在再生塔內再生活化后產生的解析氣（主要成分是二氧化硫及氮氣，并含有少量氨氣、水蒸氣、粉塵等，溫度約400 ℃）經過再生氣管道進入再生氣吸收塔內。再生塔通往吸收塔的再生氣管道上設置自動調節閥（PV101），通過自動調節閥門開度，將再生器內壓力穩定在微負壓（-350 Pa）狀態，使得再生氣可以順利進入再生氣吸附系統，且盡可能避免外部空氣進入再生塔。氣體流動動力源為煙囪及風機提供的吸力，再生氣入吸收塔流程如圖2 所示。

生產運行中發現，再生氣在管道輸送過程中，由于溫度降低、設備漏入空氣等原因，其中少量的氨氣和二氧化硫在流動過程中重新反應生成硫酸銨結晶，析出，附著在管道內壁及管道上的控制閥門內部，長期堆積容易造成管道、閥門等設備的堵塞，再生塔中部壓力升高，影響工序的正常運行。再生氣管道堵塞情況分析見表1。

圖2 再生氣入吸收塔流程

表1 再生氣管道堵塞情況分析

針對這種工況，最早采用的措施是在自動調節閥PV101 后端安裝沖洗管道（如圖2 所示）。當再生器管道出現堵塞時，打開沖洗閥，水從自動調節閥下部噴入，對管道進行沖洗，將管道內的硫酸銨溶解，從而達到疏通管道的目的。

采用上述措施后，管道內的結晶堵塞問題得到了一定的改善，但是沖洗過于頻繁，尤其是后期堵塞嚴重時，每天要進行多次沖洗，嚴重影響系統運行的連續性。通過現場拆管道查看，發現堵塞都是首先發生在管道上部。經過認真分析可知，這是由于沖洗水經垂直段流入水平段時，水無法充滿整個管道，只在管道下部1/4 高度處流動。管道上部的硫酸銨結晶污垢長期得不到沖刷，逐漸堆積，形成比較堅硬致密的結晶體，且逐漸向下生長，直至充滿整個管道，將管道徹底堵死，如圖3 所示。

圖3 結晶堵塞示意圖

一旦管道徹底堵死，整個管道需要進行切割，同時利用吊車，對整個管道進行拆除，逐段進行手動疏通，疏通完畢后進行安裝焊接。整個處理時間需要2 天左右，作業時間過長，耗費較大，同時影響工藝系統的正常運行。由于管道內部富含硫酸銨結晶及再生氣體，切割和焊接過程存在較大的安全隱患，而且PV101 調節閥長期得不到沖洗，會造成閥門卡頓，無法正常調節再生塔內的壓力，最終損壞閥門內件。為維持閥門正常運行，需要定期對閥門進行拆除更換或維修清理，增加了勞動強度及資金投入。

3 措施改進

基于上述問題，必須對整個沖洗過程進行改進，使沖洗水可以充滿整個管道，且不能使水進入再生塔內。同時，必須盡量提高硫酸銨結晶體的溶解速度，縮短清堵時間，保障環保設施的運行效率。為此，采取了以下改進措施：（1）在PV101 上部加裝軟連接式沖水閥；（2）在PV101 下部加裝排水管線；（3）在再生器管道末端（最低端）加裝三通，分別接入水和蒸汽；（4）在吸收塔入口處加裝法蘭連接，利用盲板進行封堵。改進后的沖洗裝置如圖4 所示。

圖4 改進后的沖洗裝置

經過改進后，首先通過法蘭盲板將管道與吸收塔斷開，然后將水和水蒸氣由再生氣管道末端導入，沖洗水經水平段后液位升至垂直端頂部，由頂部排水管排出，這樣可使沖洗水充滿整個管道，且沖洗水是流動狀態，提高了沖洗效率。由于水蒸氣的導入，可以提高沖洗水的溫度，進一步提高溶解效率和改善沖洗效果。通過此方法可以使整個管道全部沖洗干凈。沖洗完畢后將排水管、管道沖洗水入口、蒸汽入口用管堵封閉，抽去法蘭盲板即可恢復系統。同時，軟連接式沖洗管的安裝使用又可以達到PV101 閥門沖洗效果，且由于閥門處于垂直段，可以在系統運行過程中進行沖洗，有效解決了閥門的在線沖洗維護問題，提高了閥門的運行效率。

4 結語

通過改進沖洗方法，整個沖洗作業僅需兩個人就可以完成，耗時3 ～4 個小時，蒸汽的導入提高了沖洗水的溫度，可以大幅度提高沖洗效果，且沖洗完畢后，自動調節閥的調節性能得到了顯著提高。采用此方法后管道沖洗比較徹底，系統可以正常運行4 個月左右，極大地保障了環保設施的穩定運行率，同時可以節約大量的人力物力及時間，降低了運行成本。整個過程無需進行動火和吊裝作業，不存在安全隱患，具有較大的推廣價值。