蒸氨系统优化技改方案

陈有明

【摘 要】通过将蒸氨废水技改引流至板式换热器，经过换热器换热至30℃以下，引入脱硫系统循环使用。以蒸氨废水做为碱源来替代外加纯碱，经过技术改进不但大幅降低了脱硫系统的纯碱添加量而且还弥补了日常的清水消耗，并更好的促进了脱硫系统碱源的循环利用，遏制了复盐的大幅提升，从而明显减少脱硫废液量，不但变废为宝，降低成本消耗，更为重要的是脱硫废液也得到了有效控制，促进水处理和废气处置双项共同达标，达到了环保效益和经济效益的双丰收。

【关键词】板式换热器 脱硫系统 脱硫废液 蒸氨废水

1绪论

1.1概述

1.1.1 利民煤焦焦化厂蒸氨工艺

从鼓冷装置来的剩余氨水经废水氨水换热器换热，预热后的剩余氨水由蒸氨塔上部进入蒸氨塔，塔底通入直接蒸汽进行蒸馏，塔顶蒸出的氨汽，经塔顶分缩器分缩成90～95℃的氨气进入预冷塔前的煤气中去[1]。塔底的废水经交通阀进入闪蒸室闪蒸，进一步降低废水中的含氨量，降低蒸汽耗量，其蒸氨废水由废水泵，打入废水冷却器冷却后送至生化水工段进行脱酚处理。为了降低剩余氨水中固定铵的含量，在原料氨水的进料口处加入一定量的NaOH溶液，以分解剩余氨水中的固定铵盐[2]。

1.1.2蒸氨废水的问题

常年来蒸氨废液输送至生化水系统处理，这为生化水系统带来了很大的负担，生化水处理能力为300吨/天，而蒸氨废水为200吨/天，生化水处理系统超负荷运行且蒸氨废水氨氮较高，处理后的复用水有超标现象，且由于复用水量较大，不能和好的自用消耗，还需外排洗煤厂使用，增加了处理大量废水的环保投入，也为废水处理与排放带来了很大的环保负担和运行风险[3，4]。

1.2本课题的内容

通过将蒸氨废水引流至脱硫系统运行，经过换热器换热至30℃以下，引入脱硫系统循环使用。以蒸氨废水做为碱源来替代外加纯碱，经过技术改进不但大幅降低了脱硫系统的纯碱添加量而且还弥补了日常的清水消耗，并更好的促进了脱硫系统碱源的循环利用，遏制了复盐的大幅提升，从而明显的减少了脱硫废液量，不但变废为宝，降低成本消耗，更为重要的脱硫废液也得到了有效控制，促进水处理和废气处置双项共同达标，达到了环保效益和经济效益的双丰收。由于脱硫液温度越高，副盐的增长速度就越快，所以通过降温后的蒸氨废水还能降低脱硫液温度，使脱硫液中的副盐含量得到控制。

2技术改造总体方案

2.1 蒸氨塔技改方案的确定技改目标

将蒸氨废水引流至脱硫系统运行，经过换热器换热至30℃以下，引入脱硫系统循环使用，以蒸氨废水做为碱源来替代外加纯碱。

2.2 蒸氨塔技改方案的预期效果

（1）大幅降低脱硫系统的纯碱添加量而且弥补日常的清水消耗。

（2）减少进入生化水处理的废液量，缓解生化水处理压力。

（3）由于脱硫液温度越高，副盐的增长速度就越快，所以通过降温后的蒸氨废水还能降低脱硫液温度，使脱硫液中的副盐含量得到控制。

2.3 蒸氨塔技改方案的总体思路

研究设计一套氨水截流塔盘装置，截流塔盘结构为316L不锈钢材质的泡罩塔式塔盘，安装于蒸氨塔顶分缩器下部，导液管为内径100mm的304不锈钢材质管道，经过换热器换热至30℃以下，冷却后的高浓氨水引流至脱硫循环槽。

3系统技改具体实施方案

由冷鼓工段送来的氨水进过混合后，沉淀，进一步清除焦油和杂质，然后进入蒸氨塔，氨水入塔温度为60—70℃，进入第三层塔板，由塔底通入0.4Mpa的直接蒸汽，一方面做热源，同时起蒸吹作用。原料氨水中的氨绝大部分由塔内蒸出，蒸氨塔底部的废水去脱酚处理。从蒸氨塔顶逸出的105℃氨蒸汽含氨、水蒸气、二氧化碳等混合气体，进入氨分缩器，管内走氨气，管外走冷却水，在分缩器内氨被冷却至98-100℃，氨部分冷凝液在塔顶入塔回流，而浓度为5-8%的浓缩氨气进入饱和器出口废水温度40℃。

设计一套氨水截流塔盘装置，截流塔盘结构为316L不锈钢材质的泡罩塔式塔盘，内设截流槽，塔盘分为上下两部分，各为半圆型结构，安装高度为分缩器下部约50cm，两塔盘间距约30cm，两塔盘呈中心扭转30°的夹角安装，下部塔盘设有溢流堰和导淋管，塔盘周边与塔体为满焊连接，回流液温度95℃，压力40kpa，流速1.5M3/h，相对密度980Kg/m3。

导液管为内径100mm的304不锈钢材质管道对接，至蒸氨塔底部以呈约15°弧度自流至换热面积为104㎡的螺旋板式换热器，后设有闸板阀控制流量，压力表和温度表检测氨水质量，冷却后的高浓氨水引流至脱硫循环槽，脱硫循环槽高度6.3 m，如图3-1。

图3-1 氨水蒸氨系统技改的运行模式简图

（1）回流液通过自压流入换热器，塔高20m，导液管离地高度2m，高度差18m，管径100mm，进入板式换热器前液体压力计算：

P1+ρgz1+ρv12/2=P2+ρgz2+ρv22/2

由于v1= v2

P2= P1+ρg（z1- z2）

P2=40*103+980*9.81*（20-2）

P2==213.04 kpa

换热器指标设计压力0.6Mpa，最高工作压力0.36 Mpa，通过计算进入板式换热器前液体压力满足换热器工作要求，符合技改要求。

（2）回流液通过自压流入换热器，进入6.3m脱硫循环槽，管线长度为53m，计算进入循环槽是液体压力：

P1+ρgz1+ρv12/2=P2+ρgz2+ρv22/2+ρ

其中P1=40*105pa，z1=20m，z1=6.3m，v1= v2 =1.5M3/h，氨水粘度1.3mPa.s

=（ + ）v12/2

=（ *53/0.1+1.5）1.52/2

0.1*1.5*980/1.3*10-3

1.13*105

取管壁绝对粗糙度e=0.2mm，则e/d=0.2/100=0.002，查摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系图，得 =0.031

=20.17J/kg

P2= P1+ρgz1-ρgz2-ρ

P2=40*103 +980*9.81*（20-6.3）- 980*20.17

P2=152 kpa

通过计算可知液体可由蒸氨塔自流入脱硫循环槽，符合技改要求。

（3）在螺旋板式换热器中由于水的传热是在无搅动的自然流动中进行的，故属于自然对流传热。

氨水流量：1500kg/h

入换热器冷却水温度：15℃

入换热器氨水温度：95℃

出换热器冷却水温度：18℃

出换热器氨水温度：22℃

换热器的换热效率：1440W/（㎡·K）

可计算出每小时需要冷却热量为：

Q1=Cm△t=4.3*103J/（kg·℃）*1500kg/h *（95-22）℃=4.71*108J

由于冷却热量Q2等于需要冷却热量Q1，可计算换热面积计算

F=Q2/K△tm=4.71*108J/1440W/（㎡·K）·（18-15）℃=30.28㎡

由于换热器面积为114㎡，所以满足技改要求。

4 蒸氨废水启车调试方案

待脱硫催化剂对苯二酚和PDS添加完毕，化验溶液PDS在10-20ppm以内时，则调节蒸氨系统至脱硫系统的蒸氨废水及废气的添加量。

（1）氨气的调节。蒸氨系统顶部的废气要全部回收介入脱硫系统，经分缩器将氨气冷凝冷却，其中冷却的煤气在40℃以下通入煤气系统，底部冷凝下的氨水由1#脱硫塔水封溢流至循环槽，进入溶液系统。

调节的过程中，要严格控制蒸氨塔的蒸汽量和塔顶温度，避免大量蒸汽进入脱硫煤气系统，而提高脱硫系统温度影响脱硫效率，甚至吹破1#脱硫塔水封等情况发生。其次，蒸氨系统要保证蒸氨效率及氨水量，以保证对脱硫系统提供充沛的氨气和氨水。

（2）氨水的调节。蒸氨塔的氨水溢流系由自主设计在蒸氨塔顶分缩器下第一层的塔盘下收集，由于塔顶温度高，压力较大，要认真做好第一层塔盘的浓氨水的收集调节工作。

首先要适当打开蒸氨塔顶第一层塔盘下的氨水阀门，输送管线有温度后，缓慢打开1#脱硫塔水封处的收集液阀门。如管线无温度，这适当打开蒸氨塔顶第一层塔盘下的氨水阀门开度，如水封顶部放散有蒸汽挥发甚至脱硫液喷出，要适当关闭该阀门开度，直至调节在适合开度上。其次，打开过程中，要认真观察脱硫处的氨水管线针型阀溢流液情况，如无明显溢流液，则适当打开蒸氨塔顶第一层塔盘下的氨水阀门，如有大量蒸汽挥发，则调节该阀门适当关闭，直至调节至预计状态。通过调节板式换热器蒸氨废水进出口阀门开度，对蒸氨废水进入脱硫系统的流量及温度进行调节，确保脱硫液液位处于正常状态，观察脱硫循环槽内液体温度，通过降温后的氨水进行温度调节。

（3）溶液的调节。待氨水及氨气均稳定进入脱硫系统，做好溶液的化验与分析，其中要保证1#脱硫塔循环溶液中的挥发氨含量在18g/L，以达到充沛的碱源，PH值要在8.5-9.5之间，为循环液提供合理的酸碱环境。如未能达到预期指标，则在化验脱硫效率的前提下，适当添加调节氨气和氨水的添加量，如经过蒸氨氨水及氨气的调节仍旧无法实现该预期指标，则考虑外购氨水作为氨源，并分析与硫化氢脱除效率的提升进行经济和环保的综合考量。

5技改效果分析

5.1经济效益

5.1.1 节省碱源原料消耗

技改前煤气脱硫效率每天添加纯碱量约6吨，技改后每天添加量控制在1吨以内即可保证环保要求，一年可实现纯碱节省：5吨/天*1093.99元/吨*365天/年=199.7万元/年。

5.1.2 节省废液处理费用

技改前脱硫液中的复盐增长很快，需要每日换液约30吨，技改后，每周换液不足30吨即可保证环保要求，可节省人工：（30-30/7）吨/天*2元/吨*365天/年=1.88万元/年。

5.1.3 节省清水消耗

技改前每天需要添加清水约40吨，技改后无任何清水添加，一年可实现清水节省：40吨/天*7.12元/吨*365天/年=10.4万元/年

5.1.4 节省催化剂消耗

技改后节约大量清水的同时，降低了伴随清水添加时外加的催化剂（PDS和对苯二酚），其中PDS节约0.5kg/天*165.25/kg*365天/年=3.02万元/年，对苯二酚节省1.2kg/天*85.47 /kg*365天/年=4.18万元/年。

5.1.5 其他方面节省消耗

减少了蒸氨废水的输送量，为生化水系统处理中的泵体运行消耗电量大量节省，另外还节省一定量生化水系统添加的葡萄糖和磷酸氢二钾的药剂消耗。

通过技改降低生产成本，可实现年节约成本约220万元。

5.2环保效益

通过对脱硫系统的双塔氨法碱法串联运行，将蒸氨系统的氨水引入脱硫系统后，脱硫系统的环保运行效率发生了显著的提升，经委托质检部中心对煤气脱硫系统运行效果的二个月的抽样化验，并与技改前的累积数据进行同期对比分析。