關(guān)于首鋼球團(tuán)解析塔熱煙循環(huán)工藝優(yōu)化改造的實(shí)踐

李海銘 趙萬江 劉金英 楊金保

(北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404)

0 引言

首鋼球團(tuán)始建于1985年，是我國最早采用鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)工藝生產(chǎn)氧化球團(tuán)的企業(yè)，二系列于2003年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力200萬t/a。隨著2018年河北省及國家環(huán)保部相繼出臺(tái)了超低排放標(biāo)準(zhǔn)，為滿足環(huán)保要求，同年10月份二系列生產(chǎn)線煙氣處理采用邯鋼設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的CSCR活性炭脫硫脫硝技術(shù)改造建成投產(chǎn)，達(dá)到了唐山地區(qū)特殊超低排放要求。但是由于解析塔原結(jié)構(gòu)以及工藝流程存在弊端，解析塔加熱段漏氣嚴(yán)重，活性炭解析效果不理想，高爐煤氣燃料消耗高，制酸二氧化硫濃度低不能滿足生產(chǎn)需求，最終影響活性炭逆流煙氣凈化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

因此在2021年7月對(duì)解析塔原結(jié)構(gòu)和工藝流程進(jìn)行優(yōu)化改造，以便對(duì)解析塔漏氣治理、降低燃料消耗、提高對(duì)活性炭解析效果，并盡可能提高制酸系統(tǒng)二氧化硫濃度，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、提效的目的。

1 解析塔工作原理及工藝結(jié)構(gòu)

1.1 解析塔工作原理

解析塔是活性炭脫硫脫硝的主要再生裝置，可以對(duì)吸收煙氣中有害物質(zhì)的活性炭進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)活性炭再生與活化，從而達(dá)到活性炭循環(huán)利用的目的。

活性炭進(jìn)入解析塔裝料段以后，繼續(xù)向下輸送至加熱段?；钚蕴渴紫仍诩訜岫伪患訜嶂?90 ℃～450 ℃，并保持一定時(shí)間后，促使活性炭解析，活性炭吸附的SO2被釋放出來，與保護(hù)氣體N2混合形成富硫氣體，氣體在脫氣段送至制酸系統(tǒng)制取濃硫酸。二噁英在高溫環(huán)境下，在活性炭的催化作用下促使其苯環(huán)間的氧基破壞，裂解為無害物質(zhì)。解析塔解析所需熱量由一臺(tái)加熱爐提供，燃燒采用高爐、焦?fàn)t混合煤氣，高、焦混合煤氣在加熱爐內(nèi)燃燒后，熱煙氣進(jìn)入解析塔的殼程，通過換熱管間接加熱活性炭?；钚蕴窟M(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻，解析塔冷卻工藝過程中，冷卻風(fēng)為自然常溫空氣，冷卻換熱后的熱空氣作為加熱爐的混合空氣來源，多余部分放散?；钚蕴坷鋮s到120 ℃以下后排入集料區(qū)，再通過排料裝置排出解析塔。解析后的活性炭經(jīng)冷卻后，送回到吸附塔循環(huán)使用。

1.2 解析塔工藝結(jié)構(gòu)

解析塔從上至下包括裝料段、加熱段、脫氣段、冷卻段、排料裝置、排料倉。原解析塔結(jié)構(gòu)及工藝流程見圖1。

圖1 原解析塔結(jié)構(gòu)及工藝流程簡圖

1.3 解析塔問題研究分析

1.3.1 解析出的二氧化硫濃度低

一是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)摸索，系統(tǒng)入口煙氣含硫量在正常情況下，反而活性炭脫硫脫硝運(yùn)行過程中配套的制酸系統(tǒng)接收二氧化硫濃度低，經(jīng)檢查操作參數(shù)和測(cè)算活性炭解析時(shí)間也都能夠滿足工藝要求，初步分析是解析系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)問題。二是在回?zé)犸L(fēng)機(jī)兌冷風(fēng)閥孔處用便攜式二氧化硫報(bào)警器進(jìn)行檢測(cè)有報(bào)警現(xiàn)象。三是通過長時(shí)間檢修對(duì)內(nèi)部設(shè)備結(jié)構(gòu)解體后檢查發(fā)現(xiàn)，加熱段下端板有開焊現(xiàn)象，特別是加熱段列管下端板與解析塔塔體之間的焊縫出現(xiàn)開焊以及Φ88.9 mm列管與端板周邊出現(xiàn)開焊現(xiàn)象，如圖2。

圖2 解析塔加熱段下端板與塔體四周開焊點(diǎn)位

由于每根Φ88.9列管下面為Φ114 mm的列管，1 363根列管采取插入式。列管排列緊密，上層端板與下層花板之間距離僅100 mm，對(duì)于加熱段下端面點(diǎn)位漏氣問題處理難度較大。而且氣體泄漏后，制酸系統(tǒng)的二氧化硫濃度降低，不能夠滿足制酸生產(chǎn)需求，影響穩(wěn)定運(yùn)行。解析塔運(yùn)行過程中，因生產(chǎn)、設(shè)備故障等原因致使解析塔加熱爐頻繁升降溫，造成解析塔加熱段溫度冷熱交替，長期在酸性氣體環(huán)境下，區(qū)域內(nèi)設(shè)備腐蝕、開焊等問題。

1.3.2 脫氣段溫度偏差大

生產(chǎn)過程中，解析塔脫氣段4個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)溫度偏差，解析效果不理想。脫氣段北側(cè)活性炭不能達(dá)到有效的解析溫度，兩側(cè)溫度偏差最大達(dá)到100 ℃之多。通過對(duì)解析塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其內(nèi)部初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作安裝過程中存在缺陷，列管與花板之間間隙設(shè)計(jì)小于5 mm，但加熱段列管在裝配過程中，為了便于安裝，部分列管與花板間隙不均勻，部分點(diǎn)位超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成熱煙氣在加熱段循環(huán)過程中出現(xiàn)風(fēng)短路的現(xiàn)象，造成脫氣段炭溫偏差大，影響解析效果。

2 解析塔結(jié)構(gòu)以及熱煙循環(huán)工藝流

程優(yōu)化改造與實(shí)踐

2.1 解析塔煙氣循環(huán)工藝流程優(yōu)化改造

原解析塔冷卻段熱風(fēng)部分參與循環(huán)進(jìn)入加熱爐，另一部分直排，加熱段全部熱風(fēng)直排，各點(diǎn)位溫度如表1。

表1 原解析塔熱煙循環(huán)溫度參數(shù)

回?zé)犸L(fēng)機(jī)出口熱煙氣溫度對(duì)比冷卻段出口溫度高出100 ℃以上，加熱段出口熱風(fēng)進(jìn)入解析塔加熱爐，能夠降低加熱爐本身高爐煤氣的燃料消耗。

2021年7月中修對(duì)解析塔熱煙循環(huán)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化改造，重點(diǎn)包括加熱段出口熱風(fēng)部分進(jìn)入加熱爐參與加熱段熱量內(nèi)部循環(huán)，部分熱風(fēng)進(jìn)吸附塔參與外部循環(huán)，重新對(duì)煙氣進(jìn)行凈化，冷卻段純凈熱風(fēng)直排，解析塔煙氣循環(huán)改造后結(jié)構(gòu)簡圖如圖3。

圖3 解析塔熱煙循環(huán)改造后結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 解析塔回?zé)犸L(fēng)機(jī)增容改造

為了降低加熱段風(fēng)短路對(duì)脫氣段炭溫偏差的影響，對(duì)回?zé)犸L(fēng)機(jī)進(jìn)行增容改造，通過加大煙氣風(fēng)量及溫度來彌補(bǔ)加熱段列管與導(dǎo)風(fēng)板間隙大的影響。回?zé)犸L(fēng)機(jī)參數(shù)見表2。

表2 回?zé)犸L(fēng)機(jī)參數(shù)

2.3 解析塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

原解析塔加熱段下部為直徑為Φ114 mm的布料列管，與加熱段Φ88.9 mm列管采用插入式，結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 解析塔解熱段列管插入式構(gòu)簡圖

加熱段空間結(jié)構(gòu)緊密，無論是生產(chǎn)期間或短時(shí)間停機(jī)檢修期間都無法處理加熱段漏氣問題。若處理需要將解析塔加熱段整體與脫氣段分開進(jìn)行處理，處理難度大、檢修時(shí)間長。本次結(jié)合解析塔大修，一是對(duì)加熱段下布料結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，將解析塔脫氣段上部Φ114 mm列管更換為7×10個(gè)布料漏斗，布料漏斗與加熱段Φ88.9 mm列管間距700 mm，便于檢修對(duì)加熱段漏氣點(diǎn)位進(jìn)行檢查處理，如圖5。二是對(duì)加熱段漏氣點(diǎn)位處理，并對(duì)解析塔整體打壓試驗(yàn)，確保整體氣密性。

圖5 解析塔加熱段下部布料結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

3 解析塔結(jié)構(gòu)及工藝流程優(yōu)化改造

后效果

1)解析塔煙氣循環(huán)工藝流程優(yōu)化改造前后參數(shù)變化。2021年8月解析塔熱煙循環(huán)工藝流程優(yōu)化改造后，對(duì)解析塔整體參數(shù)進(jìn)行跟蹤摸索，改造前后對(duì)比參數(shù)如表3。

表3 解析塔熱煙循環(huán)工藝流程優(yōu)化改造前后參數(shù)對(duì)比

通過解析塔改造后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比看，回?zé)犸L(fēng)機(jī)增容改造后，彌補(bǔ)了加熱段風(fēng)短路造成脫氣段解析塔溫度不均衡的問題。高爐煤氣用量降低的同時(shí)脫氣段炭溫均達(dá)到了有效的解析溫度，現(xiàn)場(chǎng)漏氣現(xiàn)象得到根治，達(dá)到預(yù)期效果。

2)解析塔脫氣段各監(jiān)測(cè)點(diǎn)炭溫均衡，偏差縮小。解析塔熱煙循環(huán)工藝流程優(yōu)化改造前，脫氣段炭溫溫差較大，脫氣段北側(cè)沒有達(dá)到較好的解析溫度，影響活性炭解析效果。改造后脫氣段南北側(cè)溫差由100 ℃縮小到30 ℃以內(nèi)，均達(dá)到了有效的活性炭解析溫度，提高了整體解析效果。解析塔脫氣段解析溫度改造前后如表4。

表4 解析塔工藝流程優(yōu)化改造前后脫氣段炭溫變化/℃

3)活性炭解析效率提升，含硫量降低。解析塔脫氣段溫度均衡以后，各部位均達(dá)到了活性炭有效解析溫度390～450 ℃內(nèi)，對(duì)解析塔熱煙循環(huán)改造前后解析后活性炭含流量對(duì)比分析，如表5。

表5 解析塔工藝流程優(yōu)化改造前后解析后活性炭含硫量 %

解析后的活性炭含硫量對(duì)比改造前含硫量平均降低了0.128%，解析后活性炭含硫量下降趨勢(shì)明顯，提高了活性炭的解析效果。

4)制酸二氧化硫濃度升高。解析塔大修后，在同樣的入口硫含量情況下，制酸二氧化硫濃度由4%～5%左右提高至6%左右，改造前后數(shù)據(jù)變化如圖6。制酸二氧化硫濃度對(duì)比優(yōu)化改造前提高了近2%，干吸酸濃的控制完全能夠滿足生產(chǎn)需求。

圖6 改造前后制酸二氧化硫濃度曲線

5)高爐煤氣消耗量降低。解析塔熱煙循環(huán)工藝流程改造前，小時(shí)高爐煤氣流量控制在6 000 m3/h左右，優(yōu)化改造后，小時(shí)流量控制在3 000 m3/h以上就能夠滿足生產(chǎn)需求。改造前后高爐煤氣流量變化如圖7。

圖7 解析塔改造前后加熱爐高爐煤氣流量

經(jīng)過對(duì)首鋼球團(tuán)二系列逆流煙氣凈化技術(shù)活性炭脫硫脫硝高爐煤氣月度消耗統(tǒng)計(jì)分析，2021年高爐煤氣消耗見表6。投入后降低的高爐煤氣消耗可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。高爐煤氣平均每小時(shí)消耗降低2 000 m3，每月降低費(fèi)用約10.5萬元，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

表6 球團(tuán)二系列活性炭脫硫脫硝高爐煤氣消耗

4 結(jié)語

此次解析塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化及熱煙循環(huán)工藝流程改造不僅緩解了二氧化硫濃度對(duì)制酸穩(wěn)定運(yùn)行制約的壓力，避免了因制酸二氧化硫濃度不足造成的停產(chǎn)，同時(shí)也為解析塔便于檢修對(duì)加熱段漏氣檢查處理創(chuàng)造了條件，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。