鍋爐燃燒處理變換氣脫硫工段和脫碳工段VOCs的工程實踐

安 磊

（山西晉煤天源化工有限公司，山西 高平048400）

目前，日益收緊的環保政策給煤化工企業帶來了巨大的壓力，企業每年用于環保改造項目的支出占比日益增加。2020年，政府針對VOCs排放量的管控加強，煤化工企業都在謀求更高效的VOCs治理方法。山西晉煤天源化工有限公司（簡稱天源公司）變換氣脫硫工段和脫碳工段原VOCs治理采用水洗塔加活性炭吸附工藝，需頻繁更換吸附劑，且治理效率低下，無法滿足環保要求，后通過改造，利用公司現有鍋爐設施燃燒處置VOCs氣體，解決了困擾公司多年的VOCs治理問題?，F介紹如下，以供參考。

1 原VOCs處理工藝及存在問題

變換氣脫硫工段VOCs處理工藝流程：來自變換工段的變換氣進入脫硫塔，與脫硫液逆向接觸，氣體中的H2S被脫硫液吸收，脫硫塔頂出來的變換氣脫硫氣送后工段。吸收了H2S的脫硫富液經過閃蒸槽、富液槽、再生槽進行溶液再生后，進入貧液槽作為脫硫貧液重復利用。在脫硫液再生過程中，產生的VOCs氣體通過各槽觀察孔及放空管引入VOCs處置設施，VOCs處理采用水洗塔加活性炭吸附工藝。

脫碳工段VOCs處理工藝流程：來自變換氣脫硫工段的變換氣脫硫氣進入脫碳塔，與聚乙二醇二甲醚（NHD）脫碳液逆流接觸，氣體中CO2被N H D溶劑吸收，脫碳塔頂出來的脫碳氣送后工段。吸收了CO2的N H D溶液經過減壓氣提再生后重復使用。在溶液再生過程中，產生的氣提放空氣引入VOCs處置設施，VOCs處理采用水洗塔加活性炭吸附工藝。

目前天源公司使用的水洗塔加吸附工藝存在以下問題：吸附劑需頻繁更換，每年費用約為72萬元；該工藝屬于低效率VOCs治理工藝，面對日益收緊的環保政策，不能滿足環保要求。

2 改造方案

2.1 變換氣脫硫工段

天源公司現有兩套變換氣脫硫裝置，該工段的VOCs排放主要包括貧液槽、再生槽、富液槽、泡沫槽觀察孔逸散氣體以及熔硫釜的異味氣體。

變換氣脫硫工段的VOCs氣量核算：

（1）單系列再生槽噴射器共計23組，每組噴射氣量200 m3/h，設計余量系數按1.2計；變換氣脫硫溶液閃蒸氣量約2 500 m3/h，單系列再生槽逸散氣量估算：23×200×1.2+2 500≈8 000 m3/h。

（2）單系列富液槽逸散氣經過現場測試取值5 000 m3/h。

（3）單系列貧液槽逸散氣量約1 000 m3/h。

（4）單系列泡沫槽逸散氣量約500 m3/h。

（5）硫磺庫空間約100 m3，按每小時換氣10次計，氣量約1 000 m3/h。

（6）熔硫釜封閉空間約500 m3，按每小時換氣10次計，氣量約5 000 m3/h。

變換氣脫硫VOCs氣量約：（8 000+5 000+1 000+500）×2+1 000+5 000=35 000 m3/h。

2.2 脫碳工段

天源公司現有兩套脫碳裝置，該工段的VOCs排放氣體主要是氣提放空氣。

氣量核算：單系列脫碳工段實際運行氣提風量約15 000 m3/h，雙系列共30 000 m3/h。

2.3 工藝選擇

變換氣脫硫各槽逸散氣氣量約35 000 m3/h，脫碳氣提放空氣氣量約30 000 m3/h，以上氣體混合后主要成分為氮氣、二氧化碳和氧氣，其中氧氣體積分數約17%，無可燃氣成分。

目前主流的VOCs治理工藝中，燃燒法是高效處理VOCs治理工藝之一。但是燃燒處置工藝（包括蓄熱式燃燒爐、催化燃燒等）均要求處理的VOCs氣體含有可燃成分或需補充天然氣、煤氣等可燃氣，以保證裝置的正常運行。結合天源公司的生產情況，如采用上述燃燒法VOCs治理工藝，裝置運行成本較高，會給企業帶來較大的經濟負擔。

天源公司生產裝置配置3臺130 t/h循環流化床鍋爐，經過考察論證，計劃將上述變換氣脫硫、脫碳工段VOCs氣體送至鍋爐燃燒，因VOCs氣體氧含量較空氣中氧含量低，決定將其通過鍋爐二次風機送至鍋爐爐膛進行燃燒處置。經熱力計算，將變換氣脫硫、脫碳VOCs氣體送二次風機入口進鍋爐燃燒，對鍋爐正常運行及蒸汽產量無影響，鍋爐尾氣略有增加。

2.4 工藝流程

2.4.1 變換氣脫硫工段

封閉變換氣脫硫工段各溶液槽觀察孔、熔硫釜，通過新增VOCs收集管道將各溶液槽VOCs氣體及熔硫釜VOCs氣體收集，經分離器分離掉氣體中夾帶的水分后，通過風機送鍋爐二次風機入口。考慮冬季VOCs氣體帶水問題，VOCs總管設排水導淋，進鍋爐界區前設第二氣液分離器，VOCs氣體經過二次分離后，通過緩沖罐再送鍋爐二次風機入口。變換氣脫硫工段VOCs處理工藝流程示意圖見圖1。

圖1 變換氣脫硫工段VOCs處理工藝流程示意圖

依托天源公司變換氣脫硫界區現有VOCs設施，利用一臺舊VOCs風機處理二系列再生槽、貧液槽、熔硫釜、硫磺庫氣體，氣量約15 000 m3/h，風機全壓10 000 Pa。新增一臺風機(氣量約20 000 m3/h，全壓10 000 Pa)處理雙系列富液槽、一系列再生槽、一系列貧液槽、雙系列泡沫槽逸散氣。

2.4.2 脫碳工段

脫碳VOCs收集管道與現有氣提放空管采取硬連接方式連接，通過新增一臺風機（氣量30 000 m3/h，全壓11 500 Pa），將脫碳VOCs氣體送鍋爐界區新增緩沖罐，與變換氣脫硫VOCs氣體混合后，送鍋爐二次風機入口。為保證脫碳裝置穩定運行，氣提放空管上部各增加一臺蝶閥。脫碳工段VOCs處理工藝流程示意圖見圖2。

圖2 脫碳工段VOCs處理工藝流程示意圖

3 運行效果

VOCs燃燒法處置項目投運后，原有變換氣脫硫工段、脫碳工段的水洗塔+吸附VOCs治理裝置停運，減少VOCs氣體排放口兩處。由第三方檢測機構對變換氣脫硫界區、脫碳界區非甲烷總烴含量進行了檢測，檢測結果為：變換氣脫硫界區非甲烷總烴質量濃度1.17 mg/m3，脫碳界區非甲烷總烴質量濃度1.43 mg/m3，均小于《揮發性有機物無組織排放控制標準》（G B 37822—2019）的指標要求（6 mg/m3），滿足環保要求。

變換氣脫硫工段、脫碳工段VOCs氣體送鍋爐燃燒后，鍋爐蒸汽產能和運行數據、煙氣氣量和環保指標無明顯變化，達到了預期目標。

VOCs燃燒法處置項目投運后，原有水洗塔+吸附法VOCs裝置停運，每年可減少活性炭消耗180 m3，節省費用約72萬元，減少活性炭處置費用58萬元，同時減少因活性炭更換導致VOCs環保設施停運給企業帶來的負面影響。

此次VOCs燃燒法改造解決了困擾天源公司多年的變換氣脫硫工段、脫碳工段的VOCs治理問題，其創新點是利用公司現有鍋爐設施來處理變換氣脫硫、脫碳工段的VOCs氣體，在減少投資的同時，契合了環保政策推薦的高效VOCs治理工藝，并取得了成功。