安钢活性炭脱硫脱硝再生气管道冲洗改进

刘文斌 李德勇 靳方方 曹 文 刘玖献

（安阳钢铁股份有限公司）

0 前言

随着环保形势的日益严峻，焦炉烟道废气指标逐渐成为制约焦炉生产的主要因素之一。安钢焦化厂地处河南省安阳市，该市属于国家京津冀及周边重点区域“2+26”城市，于2017 年10 月开始执行《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）特别排放限值。安钢焦化厂于2017 年10 月份投产运行五套活性炭脱硫脱硝系统，对焦炉烟气进行净化，脱硫脱硝后的洁净烟气从烟囱排放到大气中，降低了烟气中颗粒物的排放。装置投用后，运行稳定，效果明显，烟气中的二氧化硫、氮氧化物的含量远优于标准要求，达到了超低排放。在系统的运行过程中，活性炭的再生是系统循环不断运行的基础，再生气的顺利导出又是再生系统运行的必要保证。但是，目前再生气体结晶对再生气导出管道的堵塞问题频繁出现，合理有效地解决这一问题成为活性炭脱硫脱销系统正常运行的保障。

1 脱硫脱硝装置介绍及原理

活性炭脱硫脱硝技术装置主要包括：烟气系统、吸附系统、再生及热风炉系统、活性炭物料输送系统及副产品回收系统等。焦炉烟道气在进气烟管内被喷入足够的雾化氨水，然后进入烟气净化装置（吸附系统）。烟气净化装置使用活性炭作为吸附剂和催化剂，对烟气进行脱硫脱硝处理。吸附反应过程中生成的硫酸、硫酸铵、二氧化硫等产物被活性炭吸附。处理后的净烟气经换热器换热后再经烟囱排入大气。吸附饱和的活性炭进入再生塔进行再生活化。活化后的活性炭重新经物料系统进入净化塔内循环使用。活性炭的再生活化过程中，硫酸和硫酸铵在400 ℃的高温下分解、解析，产生的解析气体通过管道进入副产品回收系统。在副产品回收系统内，解析出的二氧化硫被吸收塔内喷洒的高浓度氨水吸收，重新生成硫酸铵，用以制备硫铵，解析气体内的氮气等尾气重新进入烟囱排出。烟气脱硫脱硝系统流程如图1所示。

图1 烟气脱硫脱硝系统流程

烟气SO2吸附及解析的原理[1]如下：

（1）SO2吸附过程 （* 表示吸附状态）

①物理吸附（ SO2分子向活性炭细孔移动）SO2→SO2*

②化学吸附（ 在活性炭细孔内的化学反应）SO2*+O*→SO3*SO3* + nH2O*→H2SO4*+（n-1）H2O*③生成硫酸盐H2SO4*+NH3→NH4HSO4*NH4HSO4*+NH3→（NH4）2SO4*

（2）SO2解析再生过程

①硫酸的分解反应H2SO4·H2O →SO3+2H2O SO3+1/2C →SO2+1/2CO2（ 化学损耗）H2SO4·H2O+1/2C →SO2+2H2O+1/2CO2

②硫酸铵盐的分解反应

NH4HSO4→SO3+NH3+H2O

SO3+2/3 NH3→SO2+H2O+1/3N2

NH4HSO4→SO2+H2O+1/3 N2+1/3 NH3

2 现状分析

活性炭在再生塔内再生活化后产生的解析气（主要成分是二氧化硫及氮气，并含有少量氨气、水蒸气、粉尘等，温度约400 ℃）经过再生气管道进入再生气吸收塔内。再生塔通往吸收塔的再生气管道上设置自动调节阀（PV101），通过自动调节阀门开度，将再生器内压力稳定在微负压（-350 Pa）状态，使得再生气可以顺利进入再生气吸附系统，且尽可能避免外部空气进入再生塔。气体流动动力源为烟囱及风机提供的吸力，再生气入吸收塔流程如图2 所示。

生产运行中发现，再生气在管道输送过程中，由于温度降低、设备漏入空气等原因，其中少量的氨气和二氧化硫在流动过程中重新反应生成硫酸铵结晶，析出，附着在管道内壁及管道上的控制阀门内部，长期堆积容易造成管道、阀门等设备的堵塞，再生塔中部压力升高，影响工序的正常运行。再生气管道堵塞情况分析见表1。

图2 再生气入吸收塔流程

表1 再生气管道堵塞情况分析

针对这种工况，最早采用的措施是在自动调节阀PV101 后端安装冲洗管道（如图2 所示）。当再生器管道出现堵塞时，打开冲洗阀，水从自动调节阀下部喷入，对管道进行冲洗，将管道内的硫酸铵溶解，从而达到疏通管道的目的。

采用上述措施后，管道内的结晶堵塞问题得到了一定的改善，但是冲洗过于频繁，尤其是后期堵塞严重时，每天要进行多次冲洗，严重影响系统运行的连续性。通过现场拆管道查看，发现堵塞都是首先发生在管道上部。经过认真分析可知，这是由于冲洗水经垂直段流入水平段时，水无法充满整个管道，只在管道下部1/4 高度处流动。管道上部的硫酸铵结晶污垢长期得不到冲刷，逐渐堆积，形成比较坚硬致密的结晶体，且逐渐向下生长，直至充满整个管道，将管道彻底堵死，如图3 所示。

图3 结晶堵塞示意图

一旦管道彻底堵死，整个管道需要进行切割，同时利用吊车，对整个管道进行拆除，逐段进行手动疏通，疏通完毕后进行安装焊接。整个处理时间需要2 天左右，作业时间过长，耗费较大，同时影响工艺系统的正常运行。由于管道内部富含硫酸铵结晶及再生气体，切割和焊接过程存在较大的安全隐患，而且PV101 调节阀长期得不到冲洗，会造成阀门卡顿，无法正常调节再生塔内的压力，最终损坏阀门内件。为维持阀门正常运行，需要定期对阀门进行拆除更换或维修清理，增加了劳动强度及资金投入。

3 措施改进

基于上述问题，必须对整个冲洗过程进行改进，使冲洗水可以充满整个管道，且不能使水进入再生塔内。同时，必须尽量提高硫酸铵结晶体的溶解速度，缩短清堵时间，保障环保设施的运行效率。为此，采取了以下改进措施：（1）在PV101 上部加装软连接式冲水阀；（2）在PV101 下部加装排水管线；（3）在再生器管道末端（最低端）加装三通，分别接入水和蒸汽；（4）在吸收塔入口处加装法兰连接，利用盲板进行封堵。改进后的冲洗装置如图4 所示。

图4 改进后的冲洗装置

经过改进后，首先通过法兰盲板将管道与吸收塔断开，然后将水和水蒸气由再生气管道末端导入，冲洗水经水平段后液位升至垂直端顶部，由顶部排水管排出，这样可使冲洗水充满整个管道，且冲洗水是流动状态，提高了冲洗效率。由于水蒸气的导入，可以提高冲洗水的温度，进一步提高溶解效率和改善冲洗效果。通过此方法可以使整个管道全部冲洗干净。冲洗完毕后将排水管、管道冲洗水入口、蒸汽入口用管堵封闭，抽去法兰盲板即可恢复系统。同时，软连接式冲洗管的安装使用又可以达到PV101 阀门冲洗效果，且由于阀门处于垂直段，可以在系统运行过程中进行冲洗，有效解决了阀门的在线冲洗维护问题，提高了阀门的运行效率。

4 结语

通过改进冲洗方法，整个冲洗作业仅需两个人就可以完成，耗时3 ～4 个小时，蒸汽的导入提高了冲洗水的温度，可以大幅度提高冲洗效果，且冲洗完毕后，自动调节阀的调节性能得到了显著提高。采用此方法后管道冲洗比较彻底，系统可以正常运行4 个月左右，极大地保障了环保设施的稳定运行率，同时可以节约大量的人力物力及时间，降低了运行成本。整个过程无需进行动火和吊装作业，不存在安全隐患，具有较大的推广价值。