門小勇
摘 要:甲醇廠CFB鍋爐煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)改造投運(yùn)后,脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)硫酸銨漿液結(jié)晶差、脫硫塔循環(huán)噴頭堵塞、液氨消耗大、硫酸銨輸送玻璃鋼管線斷裂頻繁等問題,SNCR脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)了氨水濃度低、NOX指標(biāo)不合格等問題。以上問題經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)和設(shè)備改造,逐步予以解決并優(yōu)化了脫硫脫硝運(yùn)行工況。
關(guān)鍵詞:氨-肥法脫硫工藝;SNCR脫硝工藝;硫銨結(jié)晶差;液氨消耗大
中圖分類號(hào):TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 引言
神華寧煤集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司甲醇廠位于寧夏靈武市寧東鎮(zhèn),共有四臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐,四臺(tái)鍋爐均采用布袋除塵器。鍋爐排出的煙氣經(jīng)布袋除塵器除塵、引風(fēng)機(jī)后進(jìn)入脫硫裝置脫硫。
脫硫系統(tǒng)采用氨法脫硫工藝,采用的是江蘇新世紀(jì)江南環(huán)保股份有限公司的氨-肥法煙氣脫硫技術(shù),脫硫系統(tǒng)主體由四套煙氣脫硫裝置和一套能力達(dá)15.2萬噸/年硫酸銨回收裝置組成。脫硫裝置按流程可分煙氣系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、硫銨系統(tǒng)、檢修排空系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等。每臺(tái)鍋爐配置一座吸收塔,即一爐一塔進(jìn)行全煙氣脫硫,不設(shè)置旁路,脫硫效率不小于98%,出口凈煙氣SO2濃度≤100mg/Nm?。脫硝系統(tǒng)采用江蘇科行環(huán)保科技有限公司的SNCR脫硝工藝,還原劑為氨水,NOX排放濃度不大于200mg/Nm3,SNCR脫硝效率不低于50%。
脫硫脫硝系統(tǒng)自2014年4月30日首套投入運(yùn)行后,陸續(xù)暴露出硫酸銨管線斷裂、水系統(tǒng)不平衡、硫酸銨結(jié)晶效果差、SO2和NOX指標(biāo)合格率低等一系列問題。
2 脫硫系統(tǒng)存在的問題及處理措施
2.1 脫硫島系統(tǒng)水量不平衡問題及處理措施
2.1.1 主要問題
(1)脫硫塔濃縮段液位持續(xù)在2.3m~2.5m高位,頻繁溢流,導(dǎo)致塔壓、液位波動(dòng),影響運(yùn)行。
(2)脫硫島循環(huán)冷卻水系統(tǒng)總用水量121t/h,其中離心泵機(jī)封沖洗水25t/h排向地坑回收系統(tǒng)進(jìn)入脫硫塔。
(3)脫硫塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)水、管路沖洗水、煙道沖洗水、除霧器沖洗水總用量53t/h~60t/h,但不包括不可預(yù)見水量,煙氣蒸發(fā)攜帶量只有51t/h,每小時(shí)多2t~8t水。
2.1.2 處理措施
(1)將脫硫島循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中離心泵機(jī)封沖洗水25t/h集中收集進(jìn)入工藝水箱,作為工藝補(bǔ)水。
(2)消除工藝水系統(tǒng)內(nèi)漏缺陷,優(yōu)化除霧器沖洗水、煙道沖洗水、塔壁沖洗水沖洗時(shí)間,嚴(yán)格控制硫酸銨管路沖洗時(shí)間,減少系統(tǒng)水量。
2.2 硫酸銨結(jié)晶效果差,漿液不分離問題及處理措施
2.2.1 主要原因
(1)鍋爐除塵采用布袋除塵器,因鍋爐布袋泄漏,導(dǎo)致過量粉塵進(jìn)入脫硫塔,因硫酸銨飽和溶液的密度有固定值,大約1.258g/L~1.262g/L左右,粉塵顆粒會(huì)影響硫酸銨晶核的形成并阻礙硫銨小分子向晶核表面靠攏,限制單個(gè)晶核的成長(zhǎng)。結(jié)晶太小,達(dá)不到離心機(jī)分離要求的硫酸銨結(jié)晶最小質(zhì)量。
(2)脫硫塔防腐玻璃鱗片脫落堵塞部分一級(jí)循環(huán)噴嘴、二級(jí)循環(huán)噴嘴,造成噴淋空隙區(qū),導(dǎo)致煙氣與循環(huán)液在脫硫塔吸收段無法充分接觸,吸收反應(yīng)不能有效進(jìn)行,生成的亞硫酸鹽在中和反應(yīng)作用下生成的亞硫酸氫銨/硫酸氫鹽,破壞了塔內(nèi)硫酸銨結(jié)晶成長(zhǎng)環(huán)境,致使硫酸銨結(jié)晶顆粒小,漿液分離效果差。
(3)脫硫塔漿液與循環(huán)槽循環(huán)液pH值過高,影響硫酸銨的結(jié)晶。主要因素一是液氨流量調(diào)節(jié)閥選型不當(dāng),液氨流量波動(dòng)大無法精確控制。二是一級(jí)循環(huán)泵A/C出口pH計(jì)安裝不規(guī)范,測(cè)量值偏小。三是噴嘴堵塞使吸收反應(yīng)不充分,SO2超標(biāo)被迫增大加氨量。理論上硫酸銨理想結(jié)晶pH值為2.5~4.1,脫硫塔漿液pH值控制范圍在2~3,循環(huán)槽循環(huán)液pH值控制范圍在4~6。由于以上原因?qū)е麓藘身?xiàng)指標(biāo)在3~5和6~8,破壞了硫酸銨最佳結(jié)晶環(huán)境。濃縮段pH>3.5時(shí)硫銨結(jié)晶顆粒已明顯變小,離心機(jī)無法分離。
(4)氧化率低,影響硫酸銨的結(jié)晶。煙氣中SO2與氨水反應(yīng)生成亞硫酸銨,經(jīng)空氣進(jìn)行強(qiáng)制氧化反應(yīng)生成硫酸銨溶液,形成的飽和或過飽和硫酸銨溶液進(jìn)行結(jié)晶,晶體的成長(zhǎng)和再結(jié)晶得到硫酸銨。
氧化反應(yīng)是液相連續(xù),氣相離散,由于煙氣塵含量大使?jié)饪s段密度過高甚至堵塞氧化風(fēng)管,致使空氣與漿液不能充分接觸,氧化反應(yīng)不充分,嚴(yán)重影響硫酸銨的結(jié)晶。
2.2.2 處理措施
(1)加強(qiáng)對(duì)鍋爐布袋除塵器的運(yùn)行管理,強(qiáng)化除塵器設(shè)備維護(hù)力度,發(fā)現(xiàn)布袋破損及時(shí)更換,防止大量粉塵進(jìn)入脫硫島系統(tǒng)。對(duì)鍋爐除塵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,將鍋爐布袋除塵器改為電袋復(fù)合式除塵,保證除塵器出口煙塵的排放指標(biāo)≤20mg/Nm3,降低煙塵對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響。
(2)將一級(jí)循環(huán)泵、二級(jí)循環(huán)泵吸入口的籃式過濾器更換為管道過濾器。由于籃式過濾器密封性不夠嚴(yán)密,很多硫酸銨顆粒和脫落玻璃鋼鱗片極易透過過濾器,堵塞噴嘴,影響脫硫塔吸收段吸收效果和二循噴淋降溫、蒸發(fā)、濃縮效果使脫硫塔超溫,影響結(jié)晶出料。
(3)在液氨流量調(diào)節(jié)閥后加10mm節(jié)流孔板,使液氨流量調(diào)節(jié)精確控制。調(diào)整一級(jí)循環(huán)泵A/C出口pH計(jì)安裝位置,使之測(cè)量準(zhǔn)確。強(qiáng)化生產(chǎn)管理,控制一級(jí)循環(huán)A泵pH值在5~8,一級(jí)循環(huán)C泵pH值在4~6,控制SO2指標(biāo)在20mg/Nm3~ 100mg/Nm3。降低液氨的投加量。
(4)脫硫系統(tǒng)開車前,將脫硫塔、循環(huán)槽進(jìn)行全面清理,并對(duì)一級(jí)循環(huán)泵、二級(jí)循環(huán)泵管線、過濾器、噴嘴進(jìn)行疏通。對(duì)脫硫島系統(tǒng)進(jìn)行24時(shí)間水聯(lián)運(yùn),及時(shí)清理系統(tǒng)殘存雜物,觀察噴嘴布水情況,保證不堵塞噴頭。系統(tǒng)運(yùn)行后,對(duì)一、二級(jí)氧化風(fēng)管定期沖洗,保證風(fēng)管暢通。
2.3 硫銨管線斷裂及處理措施
2.3.1 主要原因
(1)甲醇廠一套生產(chǎn)裝置區(qū)有兩套鍋爐脫硫裝置,脫硫島硫銨排出管道長(zhǎng)度約1200m。由于1#/2#脫硫塔硫銨排出泵管道與料液泵回料管道過長(zhǎng),管道膨脹釋放設(shè)計(jì)不合理位移過大,使管道頻繁斷裂。玻璃鋼管道粘接修復(fù)時(shí)間約24小時(shí),影響系統(tǒng)正常出料,導(dǎo)致濃縮段固含量上漲過快,漿液粘滯堵塞循環(huán)管道、噴嘴,導(dǎo)致脫硫塔超溫。
(2)硫銨管道蒸汽伴熱形式不合適,蒸汽伴熱溫度150℃左右,長(zhǎng)期炙烤玻璃鋼管道使其脆化強(qiáng)度降低。而且在硫銨出料后隨即要用清水沖洗管道,劇烈的熱脹冷縮變化,造成管道彎頭、法蘭及膨脹節(jié)處頻繁拉裂。
2.3.2 解決措施
(1)對(duì)1#/2#脫硫島至硫銨廠房之間硫胺玻璃鋼管道全部更換,管道膨脹釋放重新設(shè)計(jì),增加膨脹彎,加強(qiáng)管道支架。
(2)對(duì)1#/2#脫硫島至硫銨廠房之間硫銨管線伴熱方式進(jìn)行改造,用電伴熱代替蒸汽伴熱,適當(dāng)調(diào)控溫度。
2.4 液氨壓力不穩(wěn)定及處理措施
2.4.1 主要原因
(1)氨罐區(qū)布置在烯烴生產(chǎn)裝置區(qū)距脫硫島約2000m,因氨壓縮機(jī)故障頻發(fā),液氨在輸送過程中易出現(xiàn)氣化現(xiàn)象,液氨壓力極不穩(wěn)定,導(dǎo)致流量調(diào)節(jié)困難,SO2指標(biāo)波動(dòng)很大。
(2)脫硫系統(tǒng)液氨調(diào)節(jié)閥是氣動(dòng)薄膜直通單座調(diào)節(jié)閥,在需要準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)小流量時(shí)操作調(diào)整非常困難,閥門在開度過小的情況下,液氨的壓力、流量波動(dòng)非常大。
(3)液氨管道無遠(yuǎn)傳壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備,操作人員無法及時(shí)掌握液氨壓力變化,調(diào)整不及時(shí)。
2.4.2 解決措施
(1)氨罐區(qū)將液氨加壓泵由屏蔽泵更換為容積式泵,并加強(qiáng)液氨加壓泵日常管理工作,保證液氨壓力、流量穩(wěn)定。
(2)在液氨調(diào)節(jié)閥后安裝DN10的流量孔板,隨后調(diào)節(jié)閥門控制裕度改善,調(diào)節(jié)壓力、流量較為穩(wěn)定。逐步將脫硫島液氨調(diào)節(jié)閥更換為針形調(diào)節(jié)閥,SO2指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象已極少發(fā)生。
(3)在脫硫島液氨調(diào)節(jié)閥前管道加裝液氨管線遠(yuǎn)傳壓力表并傳輸至DCS,便于操作人員觀察液氨壓力和工藝操作。
3 脫硝系統(tǒng)存在的問題及處理措施
3.1 噴槍設(shè)置不合理,NOX指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重
(1)設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行技術(shù)論證時(shí)擔(dān)心CFB鍋爐分離器入口煙道溫度無法達(dá)到SNCR工藝要求的850℃左右,因此將脫硝噴槍安裝在了鍋爐爐膛密相區(qū)。
(2)SNCR工藝使用的脫硝還原劑為20%氨水,因氨水制備故障導(dǎo)致氨水濃度只有10%左右。
3.2 處理措施
(1)將脫硝噴射系統(tǒng)三只噴槍安裝在鍋爐兩側(cè)旋風(fēng)分離器入口煙道處。改造后的鍋爐NOX排放指標(biāo)由之前的 350mg/Ncm3左右,控制在了80mg/Ncm3~ 120mg/Ncm3,氨水耗量也有600kg/h左右下降到了150kg/h~220kg/h,指標(biāo)合格率100%,運(yùn)行非常穩(wěn)定。
(2)修復(fù)氨水制備系統(tǒng)液氨蒸發(fā)器和密度計(jì),保證氨水濃度在16%以上。
結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過對(duì)脫硫脫硝系統(tǒng)的工藝優(yōu)化和技術(shù)改造,先后解決了硫銨結(jié)晶顆粒小、脫硫塔噴頭堵塞、環(huán)保指標(biāo)不達(dá)標(biāo)、脫硫管線頻繁斷裂、液氨壓力不穩(wěn)定等一系列問題,甲醇廠鍋爐脫硫脫硝系統(tǒng)達(dá)到了安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期的運(yùn)行要求,鍋爐煙氣SO2和NOX排放指標(biāo)100%合格,降低了液氨單耗,硫銨產(chǎn)量日均增加40t,月均節(jié)能降耗46萬元。
參考文獻(xiàn)
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