高澤磊， 邵志超， 王 政， 葉新軍， 呂瑞宏

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

煙氣脫硫脫硝

活性焦脫硫系統(tǒng)低耗能解吸技術(shù)研究及應(yīng)用

高澤磊， 邵志超， 王 政， 葉新軍， 呂瑞宏

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

介紹了活性焦脫硫系統(tǒng)再生解吸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)存在的高耗能問題，研究出一套低耗能的解吸方式，以活性焦硫容為解吸依據(jù)，活性焦降溫由驟變式改為連續(xù)式，電加熱器開啟數(shù)量及投用時(shí)間大幅降低，在保證脫硫效率的前提下，提高再生系統(tǒng)熱利用率。

活性焦 脫硫 低耗能 再生 解吸

金川集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱金川集團(tuán))化工廠活性焦脫硫系統(tǒng)包括2臺(tái)脫硫塔，每臺(tái)脫硫塔對(duì)應(yīng)4臺(tái)解吸塔，吸附飽和的活性焦通過輸送設(shè)備進(jìn)入再生塔加熱解吸，解吸合格后的活性焦繼續(xù)進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行吸附，在此過程中，活性焦在系統(tǒng)中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，即連續(xù)的脫硫吸附和再生解吸。

1 模塊式解吸技術(shù)應(yīng)用

活性焦吸附是個(gè)逐漸飽和的過程，單系列循環(huán)1個(gè)周期需要活性焦840 t，按該循環(huán)速度，循環(huán)1個(gè)周期需48 h，但在此過程中脫硫塔內(nèi)活性焦未完全吸附飽和，因此入口煙氣濃度恒定時(shí)，4臺(tái)再生塔解吸量遠(yuǎn)大于吸附量，解吸量和吸附量不匹配，從而導(dǎo)致再生系統(tǒng)過度解吸，增加加熱過程中電耗[1]，加熱解吸出的再生氣工況見表1。

由表1可見：雖達(dá)到了解吸溫度，但再生氣未到要求的φ(SO2)10%，說明存在過度解吸現(xiàn)象?；钚越刮竭^程中各元素變化趨勢(shì)見表2。

表1 加熱解吸出的再生氣工況

表2 活性焦吸附過程中各元素變化趨勢(shì)

由表2可見：活性焦中重金屬離子在吸附前后未出現(xiàn)明顯的變化，只有硫元素明顯上升，這是由于活性焦在吸附過程中將煙氣中的二氧化硫進(jìn)行吸附。

根據(jù)前端煙氣條件，采用2種解吸技術(shù)：

1) 間斷式解吸。連續(xù)吸附脫硫塔內(nèi)活性焦，根據(jù)尾氣中二氧化硫濃度判斷活性焦是否吸附飽和，當(dāng)活性焦完全吸附飽和時(shí)，再開啟再生系統(tǒng)解吸。由此減少再生解吸開車時(shí)間，降低解吸過程電耗。

2) 連續(xù)解吸。將原有4臺(tái)脫硫塔中的2臺(tái)孤立，采用1臺(tái)脫硫塔對(duì)應(yīng)2臺(tái)解吸塔運(yùn)行，減少2臺(tái)再生塔的運(yùn)行，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行電耗。

2 連續(xù)穩(wěn)定升溫、降溫模式研究

由于再生塔塔體本身為換熱器結(jié)構(gòu)，在升溫、降溫中操作不當(dāng)會(huì)造成塔體局部變形、拉裂，因此開停車時(shí)應(yīng)遵循緩慢升溫和降溫的原則，再生塔升溫曲線見圖1。

圖1 再生塔升溫曲線

由圖1可見：升溫初期，溫度上升速率較快；隨著溫度逐漸升高，升溫速率隨之降低。正常生產(chǎn)時(shí)，再生塔中部溫度升至300 ℃以上需70 h。再生塔降溫曲線見圖2。

圖2 再生塔降溫曲線

由圖2可見：降溫初期，溫度下降速率較快；隨著溫度逐漸降低，降溫越來越緩慢。再生塔中部溫度由300 ℃降至60 ℃左右需48 h左右，為保證充分降溫，當(dāng)溫度降至60 ℃以下時(shí)，繼續(xù)運(yùn)行12 h，直至溫度不發(fā)生明顯變化，方可停止物料循環(huán)。

再生塔電加熱器控制方式采用3門6組，即每組電加熱器設(shè)6個(gè)加熱單元，升溫過程中，逐漸增加開啟電加熱器組數(shù)，通常開啟3～4組電加熱單元即可達(dá)到活性焦解吸所需的溫度300 ℃以上。通過調(diào)整換熱氮?dú)夤艿纼?nèi)出口壓力及氮?dú)庋h(huán)速率，進(jìn)而控制升溫速度。需要加快升溫時(shí)，則加快氮?dú)庋h(huán)速率，即增加熱對(duì)流強(qiáng)度。反之，則降低氮?dú)庋h(huán)速率。

再生塔在升溫或降溫時(shí)會(huì)造成塔體膨脹或收縮，因此減緩升溫、降溫速率可緩解再生塔膨脹和收縮，但若操作不當(dāng)，會(huì)引起塔體結(jié)構(gòu)損壞。為避免膨脹，塔體四周應(yīng)用螺栓連接，再生塔四面增加半徑為6 mm半圓形不銹鋼膨脹節(jié)，使塔體伸縮。

3 2段式解吸塔的研發(fā)與應(yīng)用

3.1 2段式換熱再生塔結(jié)構(gòu)

再生塔可看作列管式換熱器，活性焦在再生塔內(nèi)自上而下靠重力在殼程內(nèi)流動(dòng)，換熱介質(zhì)氮?dú)庠诠艹虄?nèi)流動(dòng)。再生塔內(nèi)分為2段，上部為加熱段，活性焦自上而下溫度逐漸升高；下部為冷卻段，活性焦自上而下溫度逐漸降低。加熱段主要依靠電加熱器升溫，冷卻段主要依靠水冷換熱器降溫。

3.1.1 加熱段

活性焦在加熱段被高溫氮?dú)庥?00 ℃加熱到400 ℃，同時(shí)高溫氮?dú)獗焕鋮s，冷卻后的中溫氮?dú)馔ㄟ^換熱高溫風(fēng)機(jī)送入一級(jí)冷卻段預(yù)冷活性焦。活性焦在一級(jí)冷卻段從400 ℃冷卻至270 ℃，中溫氮?dú)馑椭岭娂訜崞骷訜嶂?15 ℃，高溫氮?dú)膺M(jìn)入加熱段加熱活性焦。氮?dú)庠诩訜岫巍獡Q熱高溫風(fēng)機(jī)—一級(jí)冷卻段—電加熱器呈閉路循環(huán)。

3.1.2 冷卻段

活性焦在冷卻段從270 ℃冷卻至120 ℃，低溫氮?dú)鈴?0 ℃起加熱，冷卻段與換熱低溫風(fēng)機(jī)之間的氮?dú)夤苈飞显O(shè)置1臺(tái)水冷換熱器，利用冷卻水與冷卻段出來的氮?dú)鈸Q熱，將送入再生塔冷卻段的氮?dú)鉁囟群愣ㄔ?0 ℃，提高再生塔冷卻效果。氮?dú)庠诶鋮s段—換熱低溫風(fēng)機(jī)—水冷換熱器閉路循環(huán)。再生塔換熱氮?dú)庀到y(tǒng)設(shè)置2個(gè)循環(huán)，提高了再生系統(tǒng)操作性，降低了電加熱器負(fù)荷余量。氮?dú)庋h(huán)過程中的泄漏損失由全廠氮?dú)夤芫W(wǎng)補(bǔ)充。

3.2 2段式再生塔溫度控制技術(shù)

3.2.1 控制再生塔循環(huán)速率

活性焦燃點(diǎn)高于400 ℃，因此選用外加熱方式，利用電爐先將惰性氣體氮?dú)饧訜?，電爐熱量傳遞給氮?dú)馐且粋€(gè)熱輻射過程，加熱后的氮?dú)膺M(jìn)入再生塔管程，首先經(jīng)歷的是一個(gè)熱傳導(dǎo)過程，將高溫氮?dú)獾臒崃總鬟f給鰭片換熱管，此時(shí)高溫氮?dú)庠诠艹虄?nèi)高速流動(dòng)，活性焦則在再生塔殼程內(nèi)依靠重力自上而下流動(dòng)，與換熱管內(nèi)的高溫氮?dú)庑纬蓪?duì)流，從而加熱活性焦。由于活性焦顆粒在再生塔內(nèi)流動(dòng)速度較慢，活性焦固體顆粒之間存在熱傳導(dǎo)，但在該狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)較對(duì)流方式的熱傳遞慢，活性焦降溫過程與升溫的傳熱過程一致。因此，再生塔活性焦加熱和冷卻過程中，同時(shí)存在熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射3種傳熱方式。

活性焦顆?？恐亓ψ陨隙铝鲃?dòng)，依次經(jīng)過高溫段和低溫段。高溫段完成活性焦加熱解吸，低溫段完成活性焦降溫冷卻。實(shí)際運(yùn)行過程中，通過調(diào)整再生塔底部卸料器來控制再生塔底部溫度，若活性焦在底部停留時(shí)間過長(zhǎng)，低溫氮?dú)獠粩嘟禍?，?huì)造成底部溫度降得過低，脫硫塔內(nèi)活性焦性能下降；若活性焦停留時(shí)間過短，未起到降溫效果，則造成再生塔底部活性焦超溫。因此，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)將再生塔底部溫度控制在90～120 ℃，既保證冷卻效果，又實(shí)現(xiàn)活性焦高效脫硫性能。

3.2.2 控制再生塔負(fù)壓

再生塔中部呈負(fù)壓，加熱過程中產(chǎn)生的高溫解吸氣在負(fù)壓狀態(tài)下由系統(tǒng)再生風(fēng)機(jī)送至制酸系統(tǒng)，系統(tǒng)負(fù)壓由再生系統(tǒng)風(fēng)機(jī)、制酸系統(tǒng)管道負(fù)壓共同提供。高溫解吸氣輸送過程中，塔內(nèi)的熱量隨煙氣進(jìn)入后續(xù)解吸氣管道，從而實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)熱量平衡。

再生塔中部負(fù)壓控制是運(yùn)行過程中的關(guān)鍵參數(shù)，隨著解吸溫度上升，活性焦內(nèi)部的水分首先被蒸發(fā)，此時(shí)有少量二氧化硫解吸，當(dāng)達(dá)到解吸溫度后，活性焦內(nèi)部二氧化硫完全解吸，此時(shí)需要將解吸出的高濃度二氧化硫及時(shí)輸送，其目的是使解吸后的活性焦恢復(fù)活性，使系統(tǒng)內(nèi)熱量平衡。若負(fù)壓控制不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)再生系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。負(fù)壓過小，煙氣和熱量無法移出再生塔，活性焦活性下降，影響脫硫效率，熱量在塔內(nèi)聚集，造成塔內(nèi)壓力過大，嚴(yán)重時(shí)塔體將變形。若負(fù)壓過大，會(huì)打破系統(tǒng)原有的熱平衡，需向系統(tǒng)提供熱量，增加電加熱器投運(yùn)時(shí)間，從而增加能耗，且小顆?；钚越狗勰?huì)抽入后續(xù)管道，嚴(yán)重時(shí)堵塞整條管道。

原有4臺(tái)再生塔呈并聯(lián)方式，利用風(fēng)機(jī)控制中部負(fù)壓，調(diào)整1臺(tái)再生塔的負(fù)壓會(huì)引起其他再生塔負(fù)壓發(fā)生變化，操作難度加大，負(fù)壓難以精確控制。為此，金川集團(tuán)化工廠優(yōu)化再生塔管路，將2臺(tái)再生塔并聯(lián)，分別設(shè)置電動(dòng)蝶閥，在出口設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)，根據(jù)壓力值自動(dòng)調(diào)節(jié)中部負(fù)壓；在管路中增加壓力測(cè)點(diǎn)，將4臺(tái)再生塔壓力平均值作為調(diào)整的重要依據(jù)，將多變量調(diào)整改為單變量調(diào)整。再生塔結(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3 再生塔結(jié)構(gòu)示意

4臺(tái)再生塔分別設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥和負(fù)壓測(cè)點(diǎn)，PT01、PT02、PT03、PT04分別對(duì)再生塔中部負(fù)壓進(jìn)行監(jiān)控，PT05為4個(gè)壓力的平均值，PT06為輸送管網(wǎng)的壓力。正常調(diào)節(jié)時(shí)，參考PT06壓力點(diǎn)的數(shù)值，調(diào)整風(fēng)機(jī)變頻使PT05數(shù)值穩(wěn)定在-200 Pa，觀察4臺(tái)再生塔中部負(fù)壓變化，對(duì)各自的負(fù)壓微調(diào)，使每臺(tái)再生塔的壓力保證在-300～-50 Pa。

由于再生氣管道直接通入再生塔，會(huì)將再生塔中的灰分抽入抽氣管道，灰分和水蒸氣在管道中混合，形成酸泥堵塞抽氣管道，無法將再生氣正常抽出再生塔，再生氣在再生塔內(nèi)富集從而腐蝕再生塔，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。此外，當(dāng)再生塔內(nèi)負(fù)壓不足或解吸出的再生氣過多，再生塔中上部的再生氣富集后會(huì)向再生塔頂流動(dòng)，若不及時(shí)抽出，會(huì)腐蝕再生塔頂部。

利用負(fù)壓分段控制，再生塔負(fù)壓在規(guī)定區(qū)間，從而保證再生解吸氣正常輸送，系統(tǒng)內(nèi)熱量平衡。

4 結(jié)語(yǔ)

該技術(shù)在金川集團(tuán)化工廠活性焦脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了與冶煉煙氣匹配化生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并在煙氣達(dá)標(biāo)前提下，降低了系統(tǒng)運(yùn)行過程中電能的消耗，實(shí)現(xiàn)了活性焦干法脫硫技術(shù)穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

[1] 李曉蕓，鄒炎．活性炭/焦干法煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J]．電力建設(shè)，2009，30(5)：47-51．

Researchandapplicationoflowpowerconsumptionactivecokedesorptiontechnologyindesulphurizationsystem

GAOZelei,SHAOZhichao,WANGZheng，YEXinjun，LVRuihong

(Chemical Plant，Jinchuan Group Go., Ltd., Jinchang, Gansu, 737100, China)

Operation of regeneration and desorption device in active coke desorption desulphurization system are introduced. According to high power consumption, a set of desorption technology with low power consumption were studied. Active coke sulphur capacity as desorption base，active coke cooling turned into continuous course from macrogenesis, electrical heater opening times and operation time reduced greatly. Under the premise of ensuring desulphurization efficiency, the process raised heat utilization efficiency in regeneration system.

active coke； desulphurization； low power consumption； regeneration； desorption

2017-08-05。

高澤磊，男，金川集團(tuán)股份有限公司化工廠工藝技術(shù)員、一級(jí)助理工程師，主要從事煙氣脫硫工藝技術(shù)工作。電話：18093505699；E-mail：hggzl@jnmc.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)10-0038-03