硫磺回收裝置尾氣脫硫系統操作參數對運行的影響

張 猛，馬洪璽，冒蘭軍

（上海藍科石化環?？萍脊煞萦邢薰荆虾?201803）

目前國內外硫磺裝置主要工藝仍然是克勞斯工藝、直接 (選擇性催化)氧化工藝、氧化 (還原)吸收工藝等[1]。國內石油化工行業以克勞斯工藝為主，硫磺尾氣硫質量濃度100～30000mg/m3，環保要求尾氣需經過脫硫后排放。

已有硫磺尾氣脫硫工藝除需增加脫硫系統外，同時配合硫磺回收裝置本身的優化改造。

1 脫硫技術介紹

藍科環保自主開發的LK-EGC雙循環脫硫技采用NaOH溶液作為脫硫劑，并針對硫磺裝置的不同運行工況，如正常運行、事故、開停工等條件下，對補水、排水、煙氣溫度、pH值等參數進行了優化，確保達標排放并降低能耗物耗。LK-EGC雙循環脫硫技術基本原理見圖1。該脫硫技術已在國內多套裝置得到應用[2]。本文就幾套硫磺尾氣脫硫系統補水、排水、水質、煙氣溫度、pH值等操作值于設計值進行了對比分析，并提出了今后的優化方向。

2 部分硫磺裝置尾氣脫硫系統運行情況分析

2.1 金陵石化Ⅲ號、Ⅳ號硫磺裝置尾氣脫硫系統運行分析

金陵石化Ⅲ及IV號硫磺裝置脫硫系統設計值/操作值如表1。

圖1 LK-EGC雙循環脫硫技術基本原理及主要控制參數

從表1看出，Ⅳ號硫磺裝置排水量不足，進料硫含量也3.5倍于設計值，并采用新鮮水作為工藝補水[3]；Ⅳ號硫磺裝置在運行1年后出現系統壓降增大的現象，經檢修后發現系統出現結構堵塞，分析污垢的主要成分為SO3、CaO、Al2O3、SiO2。

表1 金陵石化Ⅲ號、Ⅳ號硫磺裝置主要運行參數一覽表

對于結垢原因，我們進行了影響因素分析：多重因素導致了Ⅳ硫磺脫硫系統鹽濃度高，進而推高了系統中SO32-濃度，濃縮比達14.8使Ca2+等離子濃度進一步濃縮，而CaSO3難溶于水最終沉淀結垢；Ⅳ號硫磺車間采取補加除鹽水等整改措施后操作趨于穩定[3]；某些其他工藝鈉堿法脫硫裝置也有出現鹽濃度過高導致系統堵塞的情況發生[4]；因此脫硫系統由于對應硫磺裝置操作波動大，水質及各項操作參數會引起系統堵塞影響生產。詳見表2。

表2 Ⅳ硫磺裝置結垢影響因素分析

按表3分析，Ⅲ號硫磺裝置與Ⅳ號硫磺裝置采用了同樣的工藝水、同樣較大的煙氣硫含量及類似的運行考核系統，但由于具體操作中的排水量、補水量、換熱系統及較低的操作溫度各種因素綜合起來，實際運行中Ⅲ號硫磺尾氣脫硫部分操作平穩，裝置穩定運行。

表3 Ⅲ硫磺裝置對比運行分析

2.2 洛陽石化4+4萬噸硫磺尾氣達標排放系統運行分析

洛陽石化4+4萬噸硫磺裝置的提標治理項目于2019年6月底開車成功投入運行。

運行時外排廢水一度出現發綠現象，經采樣分析發現氨氮質量濃度高達2542mg/L，pH值9.0，分析認為在高pH值條件下，上游硫磺裝置操作波動帶來的未反應氨與脫硫系統管道、管件（閥門、墊片等）中的鎳氧化物發生絡合反應導致含鹽廢水顏色呈現藍綠色：

經過調整降低pH值到8，同時穩定焚燒爐、轉化爐操作后，氨氮降至ρ＜0.05mg/L，外排污水顏色恢復正常。

2.3 蘭州石化3萬噸硫磺裝置尾氣達標排放系統

蘭州石化3萬t/a硫磺裝置尾氣脫硫系統2019年11月開車成功后投入運行。

由于裝置規模較小，部分操作例如補水、排水、pH控制（補堿）等操作均采用了間歇操作；本項目塔操作溫度曾異常升高至66℃，分析認為進料煙氣水蒸氣含量較高超過20%（設計值10%），導致煙氣飽和溫度高于60℃，蒸發潛熱帶來的降溫效應減弱致使操作溫度進一步提高，車間經檢修發現焚燒爐爐管出現破裂導致蒸汽泄漏；經過檢修后脫硫系統溫度恢復正常。

3 總結

硫磺裝置操作波動導致脫硫系統設計參數往往與實際運行參數不一至影響運行，綜合匯總分析如下：

1）裝置實際運行負荷波動范圍超出設計負荷范圍50%～110%，對脫硫系統穩定操作帶來了挑戰。

2）煙氣溫度及煙氣水蒸氣含量波動范圍超出設計值，帶來的結果是脫硫系統操作溫度也在較大范圍內波動，水耗難以穩定控制。

3）多數裝置基于預算考慮沒有在進料線上設置硫分析儀造成無法實時監控來料煙氣組成并及時調整操作參數，造成操作滯后、被動。

4）部分裝置用新鮮水作為補水，長期運行造成了脫硫系統堵塞，加大了車間的工作強度。

4 脫硫工藝優化前景

對國內部分其他同類脫硫裝置進行考察后，部分采用其他鈉堿法脫硫技術的裝置也遇到了例如系統堵塞、煙氣外排溫度低等狀況[4]，分析認為今后采用鈉堿法脫硫工藝的優化改進應集中在在以下幾個方面：

1）在線分析煙氣流量及硫含量，根據來料煙氣硫含量設定系統pH值處于合理范圍，減少堿耗。

2）根據煙氣水蒸氣含量，優化系統操作溫度，確保外排鹽濃度的前提下盡量降低水耗。

3）根據硫磺裝置對應的酸性氣來源點進行精確分析，確保全廠酸性氣調度平衡，穩定對應硫磺裝置的操作負荷，以確保脫硫系統穩定運行。

4）選用高效低壓降換熱器，降低煙氣入塔溫度，減少水耗量，并提高進入煙囪外排煙氣溫度以消除白煙。