日照钢铁2×180m2烧结烟气氨法脱硫存在问题及解决措施

赵方亮

摘要：文章以日钢2×180m2烧结烟气氨法脱硫工程为蓝本介绍了该项目的背景，重点介绍了氨法烧结烟气脱硫在日钢的应用情况，针对日钢烧结烟气的特点分析了氨法烧结烟气脱硫在日钢应用中出现的主要问题、产生原因以及解决措施，借此对氨法烧结烟气脱硫系统的设计提出建议，最终实现氨法烧结烟气脱硫应用的成熟和完善。

关键词：烧结烟气；氨法脱硫；[Cl-]腐蚀；板框压滤；脱硫工程 文献标识码：A

中图分类号：X701 文章编号：1009-2374（2016）27-0086-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.040

1 概述

随着全社会对钢铁生产企业的环保要求越来越高，2008年初日钢应日照市环保局要求开始尝试对其烧结烟气进行脱硫处理，首套脱硫系统经过全面调研比较后确定选用氨法脱硫方案。日照钢铁公司2×180m2烧结机（10#、11#）烟气脱硫工程于2008年7月正式破土动工，2009年4月16日顺利地生产出第一批硫铵结晶体，投运后系统运行中存在几个关键困难，但经过技改后基本正常，脱硫效果及副产品硫铵质量均比较理想。

2010年日钢再次上马相同规模烧结脱硫系统时选择了石灰半干法脱硫，两种运用广泛的脱硫方式都在日钢落户，日钢也对两者的运行情况和经济指标进行了对比：

2012年1月能耗量和产量对比结果见表1。

2012年1月运行收入支出费用对比结果见表2。

氨法烧结烟气脱硫系统在实际运行中具有非常理想的脱硫效果，脱硫率一直都在95%以上，从表1和表2也能看出经济指标也远优于石灰半干法脱硫，产生的副产品硫铵销路好价格高。

2 日钢氨法烧结烟气脱硫

2.1 氨法烧结烟气脱硫

氨-硫铵湿法脱硫是一种较先进的脱硫方式，FGD工艺系统主要由液氨稀释系统、氨水储运系统、烟气系统、循环吸收系统、氧化系统、浓缩系统、排空系统和硫铵结晶干燥系统等组成。

氨法烟气脱硫技术，以氨水为脱硫剂对烟气中的SO2进行吸收脱除。烟气经过吸收塔，其中的SO2被吸收剂吸收，生成亚硫酸铵与硫酸氢铵。因此用氨将烟气中的SO2脱除，得到亚硫酸铵中间产品。采用空气对亚硫铵直接氧化，可将亚硫铵氧化为硫铵，高浓度的硫酸铵先经过灰渣过滤器去尘，再通过浓缩结晶生产硫铵。

氨是一种良好的碱性吸收剂，从吸收化学机理上分析，SO2的吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强越利于吸收，氨的碱性强于钙基吸收剂，而且从吸收物理机理上分析，氨吸收烟气中的SO2是一种气-液或气-气反应，反应速率快、反应完全吸收率利用率高，可以达到很高的脱硫效率，氨法脱硫还附有部分脱硝和除尘的功效。

2.2 日钢氨法脱硫系统存在的问题

氨法脱硫虽然有脱硫效率高、运行能耗小和脱硫副产品具有良好的经济效益等优点，但是由于日钢烧结矿品质和烧结工艺等原因，氨法脱硫在实际运行过程中前期存在两个较大问题：一是腐蚀；二是灰渣富集。主要表现在以下三个方面：（1）换热器设备腐蚀严重，换热管堵塞严重；（2）金属管道腐蚀严重；（3）硫铵溶液中灰渣含量太高，硫铵结晶困难产量低。

3 脱硫系统的腐蚀

3.1 设备管道腐蚀的原因

日钢烧结脱硫存在的主要问题尤其以腐蚀问题最为突出，最初认为可能是供货商没有按合同约定采用合格的不锈钢材质导致设备和管道腐蚀严重，但采用光谱分析仪对有防腐要求的设备和管道的金属材质进行了现场检测，结果证实这些不同种类的不锈钢设备和材料的组分均符合相关标准。

材质检验合格后对系统各段溶液多次取样检测和分析。

2009年7月1日送检样品情况及结果见表3。

2009年7月24日送检样品情况及结果见表4。

经现场运行，硫铵蒸发器、加热器及316L不锈钢管道等设备出现腐蚀，故对脱硫塔、浓缩塔溶液及工业水、软化水分别取样检测。2009年9月15日送检样品情况及结果见表5。

3.2 检测结果分析

通过对几次取样结果的分析得出以下结论：（1）浓缩降温塔中[Cl-]严重富集，几次检测的结果均超出脱硫系统设计控制限值（20g/L），9月15日的检测结果超过设计控制浓度3.5倍；（2）从以上检测结果可以初步推算出，烟气中[Cl-]含量不低于150mg/Nm3，远高于常规值（≤15mg/Nm3），远高于合同中约定的性能保证和设备寿命保证的[Cl-]含量限值（2mg/Nm3）。而且烟气中[Cl-]含量与SO2含量比值也远高于常规，即在[Cl-]含量偏高的同时SO2含量偏低，初步推测烟气实际SO2浓度为600mg/Nm3，[Cl-]含量约为SO2含量的1/4，非常罕见的含量比值；（3）由于脱硫溶液中[Cl-]浓度高度富集，脱硫系统溶液腐蚀强度大大加强，严重超出了我们选用的设备材质的防腐限度（浓缩循环泵为2605N双相不锈钢、硫铵设备换热管为2205双相不锈钢），对脱硫系统构成了严重的伤害。同样材质的加热器等设备，在其他工程中运行2年多仍没有出现腐蚀漏液问题；（4）脱硫系统运行参数控制失当，加剧了系统的腐蚀强度。按照设计要求，脱硫塔pH值应控制在5.0以上，浓缩降温塔pH值应控制在3.0以上，低压加热蒸汽温度应控制在110℃～120℃等。但实际运行中，由于参数控制不当，脱硫塔pH值最低达到过2.0，浓缩降温塔pH值最低达到过1.0，加剧了系统的腐蚀伤害。低压加热蒸汽温度长期运行在130℃～145℃，加热温度控制过高，也急剧加重了腐蚀强度，还造成蒸发器换热管大量堵塞。

综上所述日钢氨法脱硫表现出的严重腐蚀问题，其根本是原烟气中[Cl-]的含量严重超出设计约定的条件，使工艺系统无法按设计技术措施平衡控制[Cl-]，形成严重的[Cl-]腐蚀。

3.3 解决方案

（1）浓缩循环泵泵体和叶轮改用2507材质；（2）进料预热器、蒸发器、硫铵加热器换热管及管板材质调整，选用2507不锈钢。壳程材质不变，仍采用316L，但在管箱内壁表面采用2507堆焊处理。严格控制低压加热蒸汽温度不超过120℃；（3）关键部位的阀门采用2507材质阀板和阀座，阀体材质还可选用316L；（4）将脱硫系统中小直径316L不锈钢管改为玻璃钢管道或者钢骨架塑料管。

此方案有一定的投入和工程量，但比较切实可行。

后期的技改将方案3付诸实施，关键设备大量改采用2507不锈钢材质，基本能保证设备的抗腐蚀要求，但2507材质大量使用导致建设成本显著加大；一些小直径常温或低温管道采用玻璃钢管道替代316L材质的不锈钢管道，既保证了系统的防腐要求又有效地降低了建设投资；鉴于高温对金属材质的腐蚀显著增强，通过严格控制低压加热蒸汽的温度较好地控制了高温加剧设备腐蚀。

3.4 仪表设备防腐

氨法脱硫中仪表的腐蚀问题是最为突出的问题，防止腐蚀的最好办法是不与腐蚀介质接触，尽量采用非接触式的测量仪表，例如选用雷达液位计替代常规的缆式液位计和磁翻板液位计。还有些位置没有办法不与腐蚀介质接触就必须选择更高耐腐蚀等级的材质，通过实际应用，最后比较得出316L母材外衬PTFE护套具有较好的耐硫铵溶液腐蚀效果。

4 除灰渣问题及解决措施

4.1 灰渣富集的原因和导致的后果

日钢烧结厂电除尘效果较差，进入脱硫系统的烟气中烟尘浓度经检测一般为200mg/m3左右，远大于设计约定的条件<70mg/m3，导致原设计的灰渣过滤器不堪重负经常堵塞无法持续运行，系统中的灰渣无法清除出去，随着运行时间的增加系统中的灰渣聚集越来越多。

灰渣随硫铵溶液在脱硫系统中反复循环，增加了设备和管道的磨损，特别是溶液中灰渣量增大后对硫铵结晶产生很不利影响，导致硫铵产量低，能耗加大，硫铵溶液无法消耗，破坏了脱硫系统的水平衡。不能及时被消耗的硫铵溶液无处排放，只能反复在浓缩塔和脱硫塔中循环，两塔内的硫铵溶液浓度远大于设计值，很容易在两塔间的立式除雾器上结晶板结，最后会使除雾器完全被堵塞。

4.2 解决方案

脱硫系统投运前期由于除灰渣的过滤器因灰渣量大大超出设计量无法使用，最初增设一座40m3的沉淀池采用物理沉淀的方式进行灰渣收集。但实际使用效果有限，含大量灰渣的硫铵溶液如果要使90%的灰渣沉降下来需要大约24小时，而硫铵生产需要补充的硫铵溶液每天需要100m3左右，无法完全满足生产要求，只能补充含灰渣量大的溶液保证生产，硫铵生产产量依然受很大影响，系统除灰渣问题没有有效解决。物理沉淀的方案需要建设两座占地较大的沉淀池轮换产生澄清液，而脱硫项目都属改造项目场地紧张，且运行人员需人工清淤，此方案并不理想。

考虑到系统中的灰渣含量非常大，提出采用板框压滤的方式直接将硫铵溶液进行压滤，将溶液中所含灰渣压制成泥饼清除。该方案主要增设一台板框压滤机和清液缓冲池，系统简单可靠、可行性高。后期的脱硫系统技改时实施了该方案，后来实践证明该方案的确效果非常好，能将系统中的绝大部分灰渣压滤清除出来，而且压滤系统结构简单易于操作和维护，基本解决了系统中灰渣过多的问题，该系统投运以后硫铵产量从4吨/天提高至20吨/天，而且硫铵品质较技改前有本质性提高。

5 结语

从日钢氨法脱硫系统表现出的问题来看，其根源在于实际使用环境和当初设计时参照的使用环境有很大的偏差，项目设计前一定要重视实际使用环境的核实，不能简单地接受资料就进行设计。系统方案的选择上要根据需要尽量选择结构简单易于操作运行的方案，不见得技术越先进投资越多的方案其效果就越好，除灰渣系统从粗、精过滤器系统改成板框压滤系统就是一个典型案例。

针对日钢烧结烟气的特点，技改后的氨法脱硫系统较好地满足了业主提出的技术指标和运行指标，且与日钢采用的相同规模的石灰半干法脱硫系统比较，各项技术指标和经济指标都明显较优，氨法烧结烟气脱硫有较好的应用前景。

参考文献

[1] 雷仲存，王宇，等.工业脱硫技术[M].北京：化学 工业出版社，2001.

[2] 唐广福.韶关发电厂脱硫系统内的腐蚀环境及防腐对 策[J].电力环境保护，2008，（24）.

（责任编辑：王 波）