李 云 陳 鵬

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司, 河北 任丘 062552

0 前言

油氣站場(chǎng)多為燃油或油氣混燒加熱爐,額定熱功率大部分在300～3 500 kW,燃用的燃料大部分為站內(nèi)的伴生氣或原油,這些燃料未經(jīng)過(guò)任何處理,其硫含量根據(jù)站址的不同差異很大。燃料中含硫高的區(qū)域,站場(chǎng)加熱爐的SO2排放超標(biāo)。同時(shí),由于部分加熱爐的配風(fēng)不合理、燃燒工況不穩(wěn)定等原因,煙塵的排放接近限制,甚至超標(biāo)。隨著京津冀一體化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)以及雄安新區(qū)的設(shè)立,華北油田采取措施對(duì)加熱爐煙氣排放不達(dá)標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行治理勢(shì)在必行。

然而,目前大多數(shù)除塵脫硫工藝均用在大中小型燃煤鍋爐房,國(guó)內(nèi)外尚未出現(xiàn)針對(duì)油氣站場(chǎng)加熱爐除塵脫硫的成熟工藝,因此,本文對(duì)油氣站場(chǎng)加熱爐除塵脫硫工藝進(jìn)行研究,以期科學(xué)合理地解決油氣站場(chǎng)加熱爐煙氣排放超標(biāo)的問(wèn)題,并彌補(bǔ)除塵脫硫設(shè)備在該領(lǐng)域應(yīng)用的空白。

1 除塵脫硫工藝設(shè)備的選用

目前國(guó)內(nèi)外常用除塵脫硫工藝主要分為濕法、干法、干濕結(jié)合除塵脫硫工藝。其中干法除塵脫硫工藝技術(shù)發(fā)展不夠成熟,因此本文主要介紹濕法和干濕結(jié)合除塵脫硫工藝[1]。

1.1 濕法除塵脫硫工藝

濕法脫硫是指用液體吸收劑(如水和堿性溶液等)洗滌含SO2煙氣,脫除煙氣中的SO2以達(dá)到脫硫的目的[2]。小型濕式脫硫除塵一體化裝置的除塵過(guò)程可分為三級(jí),首先,布置在進(jìn)氣管中的噴頭噴淋出直徑很小的霧化液滴作為捕塵體,根據(jù)慣性碰撞和攔截捕獲原理,煙氣中的細(xì)小顆粒物與之碰撞并被捕獲,此為第一級(jí)除塵。之后氣體通過(guò)收縮段高速?zèng)_擊裝置內(nèi)的水面,激起大量的泡沫和微小水滴。在流動(dòng)過(guò)程中，煙氣中較大的顆粒物與液滴碰撞聚結(jié)沉降,第一級(jí)除塵中未除去的細(xì)小顆粒物繼續(xù)與液滴碰撞,然后被下部的吸收液吸收,此為第二級(jí)除塵。由于煙氣的沖擊,“S”型通道里形成旋流水膜,顆粒物撞擊到液膜上被其捕獲。該通道還延長(zhǎng)了氣、液、固的接觸時(shí)間,有利于顆粒物的捕集,此為第三級(jí)除塵。在除塵的同時(shí),煙氣中的SO2氣體被堿性吸收液吸收,完成脫硫過(guò)程。凈化后的氣體經(jīng)脫水器脫除煙氣帶走的水分,通過(guò)排氣管和引風(fēng)機(jī)排入大氣[3]。

該工藝常用于燃煤爐的除塵，不宜用于燃油或油氣混燒的加熱爐的除塵,主要原因是加熱爐的煙塵氣孔率高,容重小,不易沉降,需要建設(shè)很大的沉降池;且煙塵含有一定的油渣成分,該成分會(huì)堵塞塔內(nèi)噴嘴,因此不能保證設(shè)備連續(xù)高效運(yùn)行。

1.2 干法除塵和濕法除塵脫硫工藝

干法除塵和濕法除塵脫硫工藝主要是采用干法除塵設(shè)備進(jìn)行一級(jí)除塵后,采用濕法除塵脫硫設(shè)備進(jìn)一步除塵和脫硫。

1.2.1 干法除塵設(shè)備選用

目前常用的干法除塵設(shè)備為靜電除塵器、旋風(fēng)除塵器和袋式除塵器[4]。靜電除塵器利用直流電源，在電場(chǎng)力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離[5]。但是燃油或油氣混燒加熱爐煙氣中含一定的油渣成分，該成分易粘附在電極上,很難清除,導(dǎo)致電極上的煙塵不斷增厚,電場(chǎng)捕集煙塵能力減弱,從而影響電極正常工作，難以達(dá)到預(yù)想效果[6]。

旋風(fēng)除塵器是利用含塵氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力,將粉塵從氣流中分離出來(lái)的一種干式氣-固分離裝置。該類(lèi)分離設(shè)備對(duì)于5～10 μm以上的較粗顆粒粉塵的捕集分離效率很高,但對(duì)于5 μm以下的較細(xì)顆粒粉塵捕集分離效率較低[7],同時(shí),不適用于容重小、易飛揚(yáng)的粉塵。

1.2.2 濕法除塵脫硫設(shè)備

2 除塵脫硫工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

華北油田2016年以榆一站為試點(diǎn),在該站設(shè)計(jì)安裝了一套干法除塵和濕法脫硫工藝設(shè)備,為站場(chǎng)3臺(tái)油氣兩用加熱爐的煙氣進(jìn)行脫硫除塵。改造前后加熱爐的煙氣參數(shù)見(jiàn)表1。

除塵脫硫簡(jiǎn)單工藝流程見(jiàn)圖1。

表1 改造前后加熱爐的煙氣參數(shù)表

加熱爐編號(hào)型號(hào)SO2排放濃度/(mg·m-3)煙塵排放濃度/(mg·m-3)是否超標(biāo)備注1#HT 2330-C-90/65-YQ568186是2#WNS 1.4-1.0/95/70-Y(Q)469178是3#CWNS 2.33-0/80/55-Y(Q)415166是改造前1、2、3#52否改造后 注:根據(jù)GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,10 t/h及以下在用蒸汽鍋爐和7 MW及以下在用的熱水鍋爐自2016年7月1日起執(zhí)行的大氣污染排放限值:燃油鍋SO2排放濃度為300 mg/m3,顆粒物(煙塵)排放濃度為60 mg/m3;燃?xì)忮仩tSO2排放濃度為100 mg/m3,顆粒物(煙塵)排放濃度為30 mg/m3。

圖1 除塵脫硫簡(jiǎn)要流程

2.2 主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)引風(fēng)機(jī)采用變頻控制,根據(jù)加熱爐運(yùn)行臺(tái)數(shù),自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)排煙量[13],從而適應(yīng)油氣站場(chǎng)的特殊安全要求,保證系統(tǒng)運(yùn)行后加熱爐所有燃燒參數(shù)正常。

2)每臺(tái)加熱爐煙氣出口處壓力就地顯示并遠(yuǎn)傳至PLC控制柜,與煙氣出口處電動(dòng)蝶閥連鎖控制,從而保證每臺(tái)加熱爐在微正壓狀態(tài)下穩(wěn)定燃燒[14]。

3)在三級(jí)循環(huán)池裝置中，以第一級(jí)NaOH堿吸收煙氣中的SO2,然后以生石灰為第二級(jí)堿處理吸收液,再生的NaOH吸收液通過(guò)堿液泵進(jìn)入脫硫塔中循環(huán)使用,或者用生石灰直接作為堿液進(jìn)行脫硫處理[15]。吸收反應(yīng)機(jī)理:

采用NaOH為脫硫液,避免了在循環(huán)過(guò)程中對(duì)水泵、管道及設(shè)備的沖刷、堵塞等,同時(shí)脫硫效率高,液氣比低,脫硫劑利用率高[16]。反應(yīng)生成的難溶解的硫酸鈣,通過(guò)沉淀清除,由當(dāng)?shù)仄髽I(yè)回收利用。

4)自動(dòng)檢測(cè)循環(huán)水池中堿液的pH值,當(dāng)堿液濃度偏低時(shí)(pH<8),自動(dòng)加入新堿液。使堿液的pH值保持在8～10。

5)濕法除塵脫硫系統(tǒng)常存在腐蝕問(wèn)題,應(yīng)合理選用除塵系統(tǒng)各設(shè)備、管道及閥門(mén)的材質(zhì),考慮其抗酸堿和耐腐蝕性,使除塵脫硫系統(tǒng)投入既經(jīng)濟(jì)又有效[17]。

6)在煙氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)前必須對(duì)其進(jìn)行脫水,防止葉輪粘塵破壞動(dòng)平衡和腐蝕風(fēng)機(jī)。在脫硫塔內(nèi)安裝動(dòng)力脫水器,將氣浮上升速度控制在0.2～0.3 m/s,引風(fēng)機(jī)入口開(kāi)在脫水器上部一些,保證脫水效果[18]。

7)煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的手動(dòng)可控性和運(yùn)行可靠性好,在加熱爐吹灰運(yùn)行存在波動(dòng)的條件下,通過(guò)簡(jiǎn)易調(diào)節(jié)可穩(wěn)定運(yùn)行,并可根據(jù)用戶需要設(shè)置不同運(yùn)行模式,維護(hù)管理方便[19]。

8)整套除塵脫硫工藝采用PLC控制柜統(tǒng)一進(jìn)行控制,該控制柜能夠顯示各臺(tái)加熱爐的出口煙溫、煙壓,液下循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警,循環(huán)水池的高低液位報(bào)警,整套工藝設(shè)備的配電和引風(fēng)機(jī)變頻控制等[20]。

3 結(jié)論

目前,該試點(diǎn)已投產(chǎn)近2年,經(jīng)檢測(cè)該站SO2和煙塵的排放量均遠(yuǎn)低于大氣污染排放限制,該套工藝運(yùn)行平穩(wěn),情況良好。實(shí)踐證明,油氣站場(chǎng)加熱爐采用干法除塵和濕法脫硫工藝系統(tǒng)科學(xué)、合理,并具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。