聶 娟

（凌源鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限公司，遼寧朝陽(yáng) 122500）

引言

凌鋼集團(tuán)焦化廠煤氣凈化車間由冷凝鼓風(fēng)、硫銨、終冷洗苯和粗苯蒸餾等工段組成，焦?fàn)t煤氣處理量為35000 m3/h。煤氣中H2S 含量12～14 g/ m3，HCN 含量1.5 g/m3，不滿足國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，為了改善煤氣質(zhì)量，達(dá)到環(huán)保要求，需增加脫硫脫氰裝置用來(lái)處理煤氣中的H2S 和HCN 等有害成分。結(jié)合凌鋼焦化廠實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇合理脫硫脫氰工藝，并對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)性改造。

1 脫硫脫氰工藝的選擇

目前國(guó)內(nèi)外常見的焦?fàn)t煤氣脫硫脫氰工藝有干法脫硫和濕法脫硫脫氰，干法脫硫存在占地面積大，脫硫劑更換、再生勞動(dòng)量大等缺點(diǎn)，一般不選擇使用。濕法脫硫脫氰工藝包括吸收法和氧化法，常見濕法脫硫工藝主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 常見濕法脫硫脫氰工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

從表1各工藝方法的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以看出HPF法在相同規(guī)模條件下運(yùn)行成本最低。雖然脫硫脫氰效率比其他工藝低，但凌鋼集團(tuán)屬于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，焦?fàn)t煤氣主要作為加熱爐和鍋爐燃料，不作為城市燃?xì)馐褂?，且HPF 工藝處理后的煤氣中H2S 含量小于20 mg/m3能夠滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。此外HPF工藝還具有占地面積小，工藝流程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)有設(shè)備總圖布置緊湊的情況。

2 HPF工藝流程

自鼓風(fēng)機(jī)出來(lái)的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入預(yù)冷塔，在預(yù)冷塔下段，噴灑的循環(huán)氨水與煤氣直接逆流接觸，在冷卻煤氣的同時(shí)將煤氣中的呈懸浮狀態(tài)的萘吸收下來(lái)。在預(yù)冷塔上段，用循環(huán)氨水對(duì)煤氣進(jìn)行直接洗滌，使煤氣的溫度被冷卻降溫到28～30 ℃。

預(yù)冷后的煤氣進(jìn)入三級(jí)脫硫塔，與塔頂噴淋下來(lái)的脫硫液逆流接觸以吸收煤氣中的硫化氫（同時(shí)吸收煤氣中的氨，以補(bǔ)充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣含硫化氫約20 mg/m3，送下一工序。

吸收了H2S、HCN 的脫硫液從塔底，進(jìn)入反應(yīng)槽，然后用脫硫液泵送入再生塔，同時(shí)自再生塔底部通入壓縮空氣，使脫硫液在塔內(nèi)得以氧化再生。再生后的脫硫液從塔頂經(jīng)液位調(diào)節(jié)器自流回脫硫塔循環(huán)使用。浮于再生塔頂部的硫磺泡沫，利用位差自流入泡沫槽，硫泡沫經(jīng)泡沫槽內(nèi)攪拌器攪拌、蒸汽加熱后由泡沫泵送入熔硫換熱器，硫泡沫在換熱器內(nèi)澄清分離，硫磺沉降至換熱器下部被蒸汽加熱熔融，冷卻后散裝外銷。

為避免脫硫液鹽類積累影響脫硫效果，排出少量脫硫廢液進(jìn)行濃縮，進(jìn)入真空結(jié)晶釜提取復(fù)鹽，然后進(jìn)入板框壓濾機(jī)壓濾外賣或送入煤場(chǎng)配煤。其工藝流程見圖1。

圖1 HPF工藝流程圖

2.1 HPF工藝特點(diǎn)

將HPF 工藝設(shè)置在煤氣鼓風(fēng)機(jī)后與硫銨工段之間，利用煤氣中含的氨作為堿源，減少外部氨水投入；經(jīng)過(guò)HPF工藝處理后的煤氣中的H2S、HCN 含量降低至20 mg/m3，減緩了對(duì)終冷和粗苯生產(chǎn)裝置腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；脫硫液中銨鹽積累緩慢，廢液量少處理簡(jiǎn)單，可以直接混入煉焦用煤中在炭化室中進(jìn)行高溫?zé)峤?，不必單?dú)建設(shè)廢液處理裝置。

2.2 存在問(wèn)題

煤氣凈化車間增加煤氣脫硫脫氰裝置后，原有的電捕焦油器、蒸氨塔系統(tǒng)不能適應(yīng)新項(xiàng)目生產(chǎn)能力的要求，需對(duì)其配套設(shè)施進(jìn)行改造。

3 電捕焦油器改造

電捕焦油器主要作用是降低焦?fàn)t煤氣中焦油霧含量。其工作原理為：含焦油霧滴等雜質(zhì)的煤氣通過(guò)電場(chǎng)時(shí)，吸附了負(fù)離子和電子的雜質(zhì)在電場(chǎng)庫(kù)侖力的作用下，移動(dòng)到沉淀極后釋放出所帶電荷，并吸附于沉淀極上，從而達(dá)到凈化氣體的目的，當(dāng)吸附于沉淀極上的雜質(zhì)量增加到大于其附著力時(shí)就會(huì)自動(dòng)向下流淌，從電捕焦油器底部排出，凈煤氣則從上部離開進(jìn)入下道工序[1]。

煤氣脫硫脫氰過(guò)程中，焦油會(huì)與脫硫堿液發(fā)生皂化反應(yīng)，使溶液發(fā)泡變質(zhì)影響H2S 吸收及脫硫液再生，所以要求煤氣經(jīng)電捕焦油器除焦油后焦油霧含量控制在50 mg/m3以下。凌鋼焦化廠現(xiàn)有2 臺(tái)Φ4000 mm 新型高效的蜂窩式電捕焦油器，由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，失壓嚴(yán)重，電捕捕集焦油效果不佳。因此需要對(duì)原有兩臺(tái)電捕焦油器進(jìn)行改造。

電捕焦油器優(yōu)化改造內(nèi)容如下：

（1）氣體分布：電捕焦油器頂部側(cè)面出氣，使凈化后的煤氣直接均勻順暢的流出，可以使煤氣在凈化過(guò)程中分布的更加均勻、合理。設(shè)上下兩個(gè)泄爆孔，確保設(shè)備意外爆炸情況下的安全。

（2）筒體、絕緣箱：改造原有兩臺(tái)Φ4000 mm 電捕焦油器（筒體利舊），高度由13400 mm 增加到14400 mm。重新制作新絕緣箱，3點(diǎn)式吊掛，設(shè)3個(gè)絕緣箱，內(nèi)設(shè)支柱絕緣子，3 個(gè)瓷套筒（耐壓達(dá)到75 kV以上）。高壓電源經(jīng)穿墻套管引入，充分考慮輔助固定措施確保氣體沖擊時(shí)的擺動(dòng)允許值。

（3）噴淋裝置：充分考慮噴淋清掃裝置的覆蓋率，不能留有死角。噴頭材質(zhì)0Cr18Ni9，采用法蘭連接，便于拆卸清理。

（4）測(cè)溫裝置：在絕緣箱部分設(shè)有測(cè)溫點(diǎn)，配有傳感器可以在現(xiàn)場(chǎng)和操作室顯示絕緣箱溫度。

（5）電暈線采用單股不銹鋼，使用過(guò)程中始終保持一線垂直，確保電場(chǎng)強(qiáng)度分布合理。電暈線表面不準(zhǔn)有毛刺、硬彎和機(jī)械損傷痕跡。

（6）加熱系統(tǒng)：絕緣箱電加熱方式保溫，能力3×3 kW 9 組,電加熱器每組單獨(dú)控制。采用接觸器控制，兩地操作。新增氮?dú)饧訜崞饔糜陔姴督褂推鞅河玫獨(dú)饧訜?，氮?dú)饨?jīng)預(yù)熱后再進(jìn)入絕緣箱，給予電捕焦油器絕緣箱保護(hù)，避免由于低溫氮?dú)鈸p壞絕緣套管。

改造后的電捕焦油器技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 改造后電捕焦油器技術(shù)參數(shù)

通過(guò)對(duì)原有電捕焦油器的改造，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣中焦油含量降低，保證了后續(xù)化產(chǎn)回收操作，同時(shí)避免了由于新建電捕焦油器產(chǎn)生的場(chǎng)地緊張，安全距離不足，新舊設(shè)備過(guò)渡期間影響生產(chǎn)等問(wèn)題。

4 蒸氨塔系統(tǒng)改造

蒸氨塔屬于解吸塔，是使溶解于循環(huán)水中的氨氣通過(guò)熱載體的傳熱而揮發(fā)釋放出來(lái)的操作設(shè)備。其工作原理為：剩余氨水與蒸氨塔底排出的蒸氨廢水換熱后進(jìn)入蒸氨塔，用直接蒸汽將氨蒸出，塔頂同時(shí)加堿分解剩余氨水中固定銨，蒸氨塔頂部的氨汽經(jīng)分縮器后進(jìn)入脫硫工段預(yù)冷塔。換熱后的蒸氨廢水進(jìn)入廢水冷卻器冷卻后送至酚氰污水處理站。

凌鋼焦化廠原有兩臺(tái)Φ1600 mm 鑄鐵泡罩蒸氨塔，塔高17106 mm，28 層鑄鐵泡罩塔盤。運(yùn)行方式一用一備，單臺(tái)處理量夏季15 m3/h,冬季最大20 m3/h。從運(yùn)行至今，多次進(jìn)行檢修，泡罩腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生堵塞，剩余氨水量稍微增加，便會(huì)發(fā)生淹塔。通過(guò)對(duì)比分析決定新建兩臺(tái)新型高效斜孔噴射蒸氨塔，并對(duì)原有配套設(shè)施進(jìn)行改造。

蒸氨系統(tǒng)優(yōu)化改造內(nèi)容：

（1）蒸氨塔前需要增加2 臺(tái)Φ2400 陶瓷膜過(guò)濾器，并設(shè)反沖洗泵，以最大限度地去除剩余氨水中的焦油，防止蒸氨塔堵塞，提高蒸氨塔效果。每個(gè)蒸氨塔設(shè)一個(gè)蒸汽調(diào)節(jié)閥。

（2）蒸氨塔氨汽出口至氨汽冷凝冷卻器管道采用鈦合金管道，氨汽冷凝冷卻器出口至脫硫液循環(huán)槽高濃度氨水管道采用鋼襯玻璃鋼管道。

（3）蒸氨塔底部設(shè)蒸氨廢水緩沖槽，用以緩解氨水過(guò)多造成的蒸氨塔堵塞問(wèn)題。同時(shí)設(shè)置緩沖槽液位自動(dòng)調(diào)節(jié)液位計(jì)與輸送泵出口閥門連鎖。槽中液位低于設(shè)定液位時(shí)，出口閥門開度變?。灰何桓哂谠O(shè)定液位時(shí)，出口閥門開度變大。

（4）剩余氨水進(jìn)蒸氨塔增加計(jì)量裝置。進(jìn)蒸氨塔剩余氨水管道，出蒸氨塔外送廢水管道，兩臺(tái)氨水換熱器和兩臺(tái)廢水冷卻器腐蝕嚴(yán)重需重新設(shè)置。

（5）考慮到現(xiàn)有循環(huán)水系統(tǒng)只能滿足現(xiàn)有煤氣凈化系統(tǒng)工藝需求，新增的脫硫脫氰工序和改造后的蒸氨工序所需循環(huán)水需要對(duì)原有制冷站進(jìn)行適當(dāng)改造來(lái)滿足。

改造后高效斜孔噴射蒸氨塔單塔處理能力夏季20 m3/h，冬季最大30 m3/h；蒸汽消耗低，蒸氨廢水指標(biāo)降低，為水處理提供更為可靠的水源；塔頂氨氣為脫硫脫氰提供高質(zhì)量的氨源。

5 結(jié)論

結(jié)合焦化廠現(xiàn)有工藝流程及總圖布置最終選定HPF 法脫硫脫氰工藝，該工藝具有投資省，占地小，處理后的煤氣指標(biāo)符合鋼鐵企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)原有電捕焦油器的改造，最終實(shí)現(xiàn)了電捕后煤氣焦油含量小于30 mg/m3的目標(biāo)，確保了凌鋼焦化廠新建煤氣脫硫脫氰項(xiàng)目；蒸氨系統(tǒng)采用先進(jìn)可靠的工藝技術(shù)和穩(wěn)定可靠的設(shè)備材料，以確保裝置長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定地連續(xù)生產(chǎn)，可靠的節(jié)能技術(shù)，降低能耗。