嚴(yán)軍喜 樊麗華(.華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；

2.唐山首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司，河北 唐山 063009)

0 引言

京唐西山焦化有4×70孔焦?fàn)t，年產(chǎn)干全焦約為420萬噸，為7.63米頂裝焦?fàn)t，每?jī)勺範(fàn)t配置一座煙囪，加熱介質(zhì)為混合煤氣(焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣混燒)，在高爐檢修時(shí)使用焦?fàn)t煤氣加熱。焦?fàn)t煙氣經(jīng)脫硫脫硝系統(tǒng)處理后，NOx排放濃度小于150mg/m3，SO2排放濃度小于30mg/m3、顆粒物排放濃度小于15mg/m3，具體煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)及排放要求見下表1。

表1 煙氣設(shè)計(jì)參數(shù)及排放要求

自2017年7月份，脫硫脫硝系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行以來，脫硫系統(tǒng)發(fā)生了三大問題，分別是脫硫塔塔盤堵塞、脫硫塔入口煙氣管道積料等，嚴(yán)重制約了脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。為了提高脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高脫硫脫硝系統(tǒng)在線運(yùn)行時(shí)間，該文將重點(diǎn)對(duì)上述三個(gè)問題進(jìn)行研究及優(yōu)化。

1 解決脫硫塔塔盤堵塞的研究

2018年1月份和3月份，CD爐脫硫脫硝項(xiàng)目連續(xù)出現(xiàn)2次脫硫塔塔盤堵塞問題，其中60%的塔盤通氣孔堵塞無法通過煙氣，擋流板底部大面積積料。詳見圖1 脫硫塔塔盤堵塞圖。

圖1 脫硫塔塔盤堵塞圖

根據(jù)脫硫塔設(shè)計(jì)原理，焦?fàn)t煙氣從脫硫塔入口進(jìn)入到脫硫塔內(nèi)，通過塔盤，撞擊到擋流板上，從脫硫塔下段噴灑管兩側(cè)進(jìn)入到脫硫塔中段。詳見圖2脫硫塔煙氣流向示意圖。

圖2 脫硫塔煙氣流向示意圖

通過煙氣在脫硫塔的流向，可以看出脫硫塔塔盤及擋流板的積料是隨著煙氣夾帶著硫酸銨水汽沖擊而成。從技術(shù)層面上，可通過增加噴灑管及降低脫硫塔下段循環(huán)液硫酸銨濃度來克服積料問題。

通過上述分析，可以指定以下改善措施：

(1)脫硫塔下段第一層折流板增加噴灑管及噴頭。在圖2中，①位置增加橫向噴灑管及噴頭防止煙氣夾帶的硫酸銨結(jié)晶在折流板底部。經(jīng)過6個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行，此處的結(jié)晶大量減少，不會(huì)再次危害到脫硫塔塔盤。

(2)控制脫硫塔下段阻力。由于脫硫塔下段在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮pH計(jì)及密度計(jì)，僅有脫硫塔下段氣相溫度和氣相壓力兩個(gè)工藝控制指標(biāo)，因此選擇脫硫塔下段壓力作為工藝控制點(diǎn)。根據(jù)實(shí)踐研究，當(dāng)脫硫塔中部氣相壓力與脫硫塔下部氣相壓力的差值≥2000Pa時(shí)，脫硫塔下段阻力出現(xiàn)急速升高的情況。平均3個(gè)小時(shí)，脫硫塔下段的阻力達(dá)到4000Pa以上，已經(jīng)完全無法滿足脫硫脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此制定脫硫塔下段壓差控制在1500～2000Pa，若脫硫塔下段阻力指標(biāo)超過2000Pa，將采取排出脫硫塔下段液體至環(huán)流氧化器，并補(bǔ)充新水進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)，以此來降低脫硫塔下段的濃度，減少硫酸銨結(jié)晶的產(chǎn)生。

通過上述措施的落地實(shí)施，自2018年4月份以來，未出現(xiàn)任何脫硫塔下段堵塞的情況產(chǎn)生，下段阻力基本維持在1700Pa左右，詳見圖3：2018年5月-11月脫硫塔下段阻力的趨勢(shì)圖。

圖3 脫硫塔下段阻力的趨勢(shì)圖

2 根除脫硫塔入口煙氣管道積料的研究

2018年，全年共計(jì)清理脫硫塔入口煙氣管道7次，其中因脫硫塔入口煙氣管道大量結(jié)料，導(dǎo)致脫硫塔入口煙氣管道流通面積縮小至一半左右，造成脫硫脫硝系統(tǒng)阻力失衡，被迫停工2次，此問題嚴(yán)重影響脫硫脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過分析，脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)的積料來源于兩個(gè)方向，一是從脫硝系統(tǒng)噴氨和再熱器高壓沖洗帶來的硫酸銨；二是從脫硫系統(tǒng)回流至煙道內(nèi)的硫酸銨。

首先對(duì)來源一進(jìn)行排查。通過對(duì)引風(fēng)機(jī)入口、引風(fēng)機(jī)本體等部位進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道前的煙氣管道內(nèi)無明顯硫酸銨結(jié)晶積料，因此可以判斷脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)的積料不是從脫硝系統(tǒng)噴氨和再熱器高壓沖洗帶來的。

最后對(duì)脫硫系統(tǒng)回流的情況進(jìn)行排查。通過系統(tǒng)停機(jī)檢修期間，離線啟動(dòng)脫硫塔下段泵進(jìn)行離線循環(huán)噴灑，在噴灑過程中發(fā)現(xiàn)部分循環(huán)液會(huì)通過煙道上沿回流到煙道內(nèi)，具體情況如圖4。

圖4 脫硫塔下段離線噴淋煙道積水圖

通過上述分析，可以指定以下改善措施：

第一次改善及效果。通過上述離線檢查的問題，第一次采取在脫硫塔塔盤處增加弓形擋水板，材質(zhì)選擇不銹鋼316L。此措施實(shí)施的目的是通過弓形擋水板將順?biāo)诹飨聛淼难h(huán)液擋住，防止循環(huán)液進(jìn)入到脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)。具體弓形擋水板如圖5。

圖5 脫硫塔塔盤處增加弓形擋水板對(duì)比圖

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行三個(gè)月，再次組織脫硫脫硝系統(tǒng)停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)積料有所減少，但仍比較多，效果較差。

通過分析論證，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道部位存在氣旋，使得下段循環(huán)液體會(huì)隨著氣旋帶入到入口煙氣管道末端，隨著積料不斷增加，會(huì)逐步進(jìn)入到煙道管道內(nèi)。第二次采取增加煙道底部噴灑管，將形成的硫酸銨積料隨時(shí)沖刷到脫硫塔內(nèi)部。具體積料產(chǎn)生的情況如圖6，新增噴灑管的位置如圖7。

圖6 脫硫塔入口煙氣管道積料示意圖

圖7 脫硫塔入口煙氣管道新增噴淋管示意圖

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行一個(gè)月，再次組織脫硫脫硝系統(tǒng)停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)積料明顯減少，但在煙道中部凹陷位置仍存在積料未徹底清理。

通過對(duì)第二次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析論證，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道底部存在凹陷，造成部分積料。第三次采取改造脫硫塔入口煙氣管道底板角度15°，并鋪設(shè)316L不銹鋼板，同時(shí)涂刷玻璃鱗片進(jìn)行防腐處理。具體改造的方案是在原有底板上增加一塊厚度為5mm的Q235鐵板，在鐵板的上表面增加不銹鋼板，形成類似復(fù)合板的材料，最后在不銹鋼板上部涂刷玻璃鱗片進(jìn)行防腐。具體改造方案如圖8。

圖8 脫硫塔入口煙氣管道新增擋流板示意圖

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行三個(gè)月，再次組織脫硫脫硝系統(tǒng)停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)積料只存在于二個(gè)位置。一是脫硫塔入口煙氣管道內(nèi)事故噴淋管上存在一大塊積料，二是事故噴淋管南北兩側(cè)存在兩大塊積料。

析論證，造成此次積料產(chǎn)生的主要原因是煙氣中的硫酸銨遇到事故噴淋管，受阻在事故噴淋管上不斷富集積料，慢慢長(zhǎng)大。同時(shí)隨著事故噴淋管上的積料不斷增大，煙氣向兩側(cè)煙道壁沖擊，形成南北兩側(cè)煙道上形成大塊積料。最終次改造采取移除事故噴淋管，由于現(xiàn)有事故應(yīng)急噴淋管設(shè)計(jì)初衷為脫硫塔下段泵停機(jī)后，進(jìn)行事故噴淋防止脫硫塔內(nèi)溫度增加，造成脫硫塔內(nèi)部玻璃鱗片脫落。而在實(shí)際運(yùn)行中，事故噴淋啟動(dòng)最大量，脫硫塔下段溫度仍不斷升高，不具備事故噴淋的作用。結(jié)論移除該事故噴淋管，具備可行性。同時(shí)下一步攻關(guān)脫硫塔入口煙氣管道事故噴淋的位置及方式。具體改造方式如圖9。

圖9 脫硫塔入口應(yīng)急噴淋管切除示意圖

通過四次對(duì)脫硫塔入口煙氣管道積料攻關(guān)，現(xiàn)已徹底消除了煙道內(nèi)積料的情況，減少了定期清理煙道積料的工作，具體效果見圖10。

圖10 脫硫塔入口煙氣管道無積料

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)脫硫脫硝工藝在生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)的問題進(jìn)行理論分析、工藝改進(jìn)、效果檢修，得出以下結(jié)論：針對(duì)脫硫系統(tǒng)阻力及穩(wěn)定運(yùn)行等問題，優(yōu)化脫硫塔下段噴淋結(jié)構(gòu)、調(diào)整進(jìn)入脫硫塔入口煙氣管道角度，實(shí)現(xiàn)了脫硫塔系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，在焦化行業(yè)具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。