焦化廠脫硫脫氰項目及配套電捕、蒸氨系統優化改造

聶 娟

（凌源鋼鐵集團設計研究有限公司，遼寧朝陽 122500）

引言

凌鋼集團焦化廠煤氣凈化車間由冷凝鼓風、硫銨、終冷洗苯和粗苯蒸餾等工段組成，焦爐煤氣處理量為35000 m3/h。煤氣中H2S 含量12～14 g/ m3，HCN 含量1.5 g/m3，不滿足國家規定的排放標準，為了改善煤氣質量，達到環保要求，需增加脫硫脫氰裝置用來處理煤氣中的H2S 和HCN 等有害成分。結合凌鋼焦化廠實際生產情況，選擇合理脫硫脫氰工藝，并對原有設備進行適應性改造。

1 脫硫脫氰工藝的選擇

目前國內外常見的焦爐煤氣脫硫脫氰工藝有干法脫硫和濕法脫硫脫氰，干法脫硫存在占地面積大，脫硫劑更換、再生勞動量大等缺點，一般不選擇使用。濕法脫硫脫氰工藝包括吸收法和氧化法，常見濕法脫硫工藝主要經濟技術指標見表1。

表1 常見濕法脫硫脫氰工藝經濟技術指標

從表1各工藝方法的經濟指標可以看出HPF法在相同規模條件下運行成本最低。雖然脫硫脫氰效率比其他工藝低，但凌鋼集團屬于鋼鐵聯合企業，焦爐煤氣主要作為加熱爐和鍋爐燃料，不作為城市燃氣使用，且HPF 工藝處理后的煤氣中H2S 含量小于20 mg/m3能夠滿足國家排放標準。此外HPF工藝還具有占地面積小，工藝流程簡單的優點，適用于現有設備總圖布置緊湊的情況。

2 HPF工藝流程

自鼓風機出來的焦爐煤氣進入預冷塔，在預冷塔下段，噴灑的循環氨水與煤氣直接逆流接觸，在冷卻煤氣的同時將煤氣中的呈懸浮狀態的萘吸收下來。在預冷塔上段，用循環氨水對煤氣進行直接洗滌，使煤氣的溫度被冷卻降溫到28～30 ℃。

預冷后的煤氣進入三級脫硫塔，與塔頂噴淋下來的脫硫液逆流接觸以吸收煤氣中的硫化氫（同時吸收煤氣中的氨，以補充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣含硫化氫約20 mg/m3，送下一工序。

吸收了H2S、HCN 的脫硫液從塔底，進入反應槽，然后用脫硫液泵送入再生塔，同時自再生塔底部通入壓縮空氣，使脫硫液在塔內得以氧化再生。再生后的脫硫液從塔頂經液位調節器自流回脫硫塔循環使用。浮于再生塔頂部的硫磺泡沫，利用位差自流入泡沫槽，硫泡沫經泡沫槽內攪拌器攪拌、蒸汽加熱后由泡沫泵送入熔硫換熱器，硫泡沫在換熱器內澄清分離，硫磺沉降至換熱器下部被蒸汽加熱熔融，冷卻后散裝外銷。

為避免脫硫液鹽類積累影響脫硫效果，排出少量脫硫廢液進行濃縮，進入真空結晶釜提取復鹽，然后進入板框壓濾機壓濾外賣或送入煤場配煤。其工藝流程見圖1。

圖1 HPF工藝流程圖

2.1 HPF工藝特點

將HPF 工藝設置在煤氣鼓風機后與硫銨工段之間，利用煤氣中含的氨作為堿源，減少外部氨水投入；經過HPF工藝處理后的煤氣中的H2S、HCN 含量降低至20 mg/m3，減緩了對終冷和粗苯生產裝置腐蝕，延長設備使用壽命；脫硫液中銨鹽積累緩慢，廢液量少處理簡單，可以直接混入煉焦用煤中在炭化室中進行高溫熱解，不必單獨建設廢液處理裝置。

2.2 存在問題

煤氣凈化車間增加煤氣脫硫脫氰裝置后，原有的電捕焦油器、蒸氨塔系統不能適應新項目生產能力的要求，需對其配套設施進行改造。

3 電捕焦油器改造

電捕焦油器主要作用是降低焦爐煤氣中焦油霧含量。其工作原理為：含焦油霧滴等雜質的煤氣通過電場時，吸附了負離子和電子的雜質在電場庫侖力的作用下，移動到沉淀極后釋放出所帶電荷，并吸附于沉淀極上，從而達到凈化氣體的目的，當吸附于沉淀極上的雜質量增加到大于其附著力時就會自動向下流淌，從電捕焦油器底部排出，凈煤氣則從上部離開進入下道工序[1]。

煤氣脫硫脫氰過程中，焦油會與脫硫堿液發生皂化反應，使溶液發泡變質影響H2S 吸收及脫硫液再生，所以要求煤氣經電捕焦油器除焦油后焦油霧含量控制在50 mg/m3以下。凌鋼焦化廠現有2 臺Φ4000 mm 新型高效的蜂窩式電捕焦油器，由于運行時間長，失壓嚴重，電捕捕集焦油效果不佳。因此需要對原有兩臺電捕焦油器進行改造。

電捕焦油器優化改造內容如下：

（1）氣體分布：電捕焦油器頂部側面出氣，使凈化后的煤氣直接均勻順暢的流出，可以使煤氣在凈化過程中分布的更加均勻、合理。設上下兩個泄爆孔，確保設備意外爆炸情況下的安全。

（2）筒體、絕緣箱：改造原有兩臺Φ4000 mm 電捕焦油器（筒體利舊），高度由13400 mm 增加到14400 mm。重新制作新絕緣箱，3點式吊掛，設3個絕緣箱，內設支柱絕緣子，3 個瓷套筒（耐壓達到75 kV以上）。高壓電源經穿墻套管引入，充分考慮輔助固定措施確保氣體沖擊時的擺動允許值。

（3）噴淋裝置：充分考慮噴淋清掃裝置的覆蓋率，不能留有死角。噴頭材質0Cr18Ni9，采用法蘭連接，便于拆卸清理。

（4）測溫裝置：在絕緣箱部分設有測溫點，配有傳感器可以在現場和操作室顯示絕緣箱溫度。

（5）電暈線采用單股不銹鋼，使用過程中始終保持一線垂直，確保電場強度分布合理。電暈線表面不準有毛刺、硬彎和機械損傷痕跡。

（6）加熱系統：絕緣箱電加熱方式保溫，能力3×3 kW 9 組,電加熱器每組單獨控制。采用接觸器控制，兩地操作。新增氮氣加熱器用于電捕焦油器保壓用氮氣加熱，氮氣經預熱后再進入絕緣箱，給予電捕焦油器絕緣箱保護，避免由于低溫氮氣損壞絕緣套管。

改造后的電捕焦油器技術參數見表2。

表2 改造后電捕焦油器技術參數

通過對原有電捕焦油器的改造，實現焦爐煤氣中焦油含量降低，保證了后續化產回收操作，同時避免了由于新建電捕焦油器產生的場地緊張，安全距離不足，新舊設備過渡期間影響生產等問題。

4 蒸氨塔系統改造

蒸氨塔屬于解吸塔，是使溶解于循環水中的氨氣通過熱載體的傳熱而揮發釋放出來的操作設備。其工作原理為：剩余氨水與蒸氨塔底排出的蒸氨廢水換熱后進入蒸氨塔，用直接蒸汽將氨蒸出，塔頂同時加堿分解剩余氨水中固定銨，蒸氨塔頂部的氨汽經分縮器后進入脫硫工段預冷塔。換熱后的蒸氨廢水進入廢水冷卻器冷卻后送至酚氰污水處理站。

凌鋼焦化廠原有兩臺Φ1600 mm 鑄鐵泡罩蒸氨塔，塔高17106 mm，28 層鑄鐵泡罩塔盤。運行方式一用一備，單臺處理量夏季15 m3/h,冬季最大20 m3/h。從運行至今，多次進行檢修，泡罩腐蝕嚴重，經常發生堵塞，剩余氨水量稍微增加，便會發生淹塔。通過對比分析決定新建兩臺新型高效斜孔噴射蒸氨塔，并對原有配套設施進行改造。

蒸氨系統優化改造內容：

（1）蒸氨塔前需要增加2 臺Φ2400 陶瓷膜過濾器，并設反沖洗泵，以最大限度地去除剩余氨水中的焦油，防止蒸氨塔堵塞，提高蒸氨塔效果。每個蒸氨塔設一個蒸汽調節閥。

（2）蒸氨塔氨汽出口至氨汽冷凝冷卻器管道采用鈦合金管道，氨汽冷凝冷卻器出口至脫硫液循環槽高濃度氨水管道采用鋼襯玻璃鋼管道。

（3）蒸氨塔底部設蒸氨廢水緩沖槽，用以緩解氨水過多造成的蒸氨塔堵塞問題。同時設置緩沖槽液位自動調節液位計與輸送泵出口閥門連鎖。槽中液位低于設定液位時，出口閥門開度變小；液位高于設定液位時，出口閥門開度變大。

（4）剩余氨水進蒸氨塔增加計量裝置。進蒸氨塔剩余氨水管道，出蒸氨塔外送廢水管道，兩臺氨水換熱器和兩臺廢水冷卻器腐蝕嚴重需重新設置。

（5）考慮到現有循環水系統只能滿足現有煤氣凈化系統工藝需求，新增的脫硫脫氰工序和改造后的蒸氨工序所需循環水需要對原有制冷站進行適當改造來滿足。

改造后高效斜孔噴射蒸氨塔單塔處理能力夏季20 m3/h，冬季最大30 m3/h；蒸汽消耗低，蒸氨廢水指標降低，為水處理提供更為可靠的水源；塔頂氨氣為脫硫脫氰提供高質量的氨源。

5 結論

結合焦化廠現有工藝流程及總圖布置最終選定HPF 法脫硫脫氰工藝，該工藝具有投資省，占地小，處理后的煤氣指標符合鋼鐵企業排放標準。對原有電捕焦油器的改造，最終實現了電捕后煤氣焦油含量小于30 mg/m3的目標，確保了凌鋼焦化廠新建煤氣脫硫脫氰項目；蒸氨系統采用先進可靠的工藝技術和穩定可靠的設備材料，以確保裝置長期、安全、穩定地連續生產，可靠的節能技術，降低能耗。