武斌，趙恒波，代成，馬銀華，李志

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

1 脫硫原理與工藝流程

1.1 脫硫原理

一塔式堿法深度脫硫裝置采用碳酸鈉法進(jìn)行脫硫，主要發(fā)生以碳酸鈉為堿源的液相催化氧化脫硫反應(yīng)。在催化劑作用下，整個反應(yīng)過程如下：

（1） 吸收反應(yīng)

（2）再生反應(yīng)

（3） 副反應(yīng)

1.2 工藝流程

一塔式堿法深度脫硫工藝包括脫硫再生、泡沫熔硫和脫硫液提鹽三部分，其工藝流程示意圖見圖1。

圖1 一塔式堿法深度脫硫工藝流程示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Deep Desulfurization Process by One-tower Alkali-washing Method

1.2.1 脫硫再生

將經(jīng)真空碳酸鉀脫硫塔凈化后的焦?fàn)t煤氣通入新增一塔式堿法深度脫硫塔（以下簡稱“脫硫再生塔”）進(jìn)行深度脫硫。焦?fàn)t煤氣進(jìn)入脫硫再生塔脫硫段下部，并沿脫硫段自下而上與頂部噴灑的脫硫液逆流接觸，進(jìn)行液相催化氧化的化學(xué)吸收，將焦?fàn)t煤氣中的大部分HS吸收在脫硫液中。為了保持一定的催化劑濃度并盡量減少其耗量，采用了連續(xù)補加少量催化劑的設(shè)施。將吸收了HS后的脫硫液通過塔底煤氣液封設(shè)施，由脫硫液循環(huán)泵打至脫硫再生塔頂，通過自吸式噴射器與空氣接觸，進(jìn)行氧化再生，再生的溶液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器自流到脫硫段頂部與煤氣逆流接觸，循環(huán)使用。

1.2.2 泡沫熔硫

將從脫硫再生塔溢流出、自流到硫泡沫槽的硫泡沫，用硫泡沫泵打入連續(xù)熔硫器中，熔融硫冷卻后裝袋外運；分離出的清液流入沉降槽進(jìn)一步沉降后返回脫硫系統(tǒng)。

1.2.3 脫硫液提鹽

為保證脫硫指標(biāo)的長期穩(wěn)定，要求脫硫液中NaSO、NaSO、NaSCN（以下簡稱“三鹽”）總 含 量不大于250 g/L，脫硫全系統(tǒng)日均廢液排放量不超過20 m。為保證脫硫液中的副鹽含量，增加脫硫液提鹽設(shè)施。將脫硫廢液送入提鹽蒸發(fā)釜進(jìn)行負(fù)壓蒸發(fā)，蒸發(fā)得到的冷凝液經(jīng)冷卻后流入地下放空槽，用泵送回脫硫系統(tǒng)，蒸發(fā)得到的混合鈉鹽經(jīng)過結(jié)片機結(jié)晶后作為粗鹽產(chǎn)品。

2 存在問題分析

2.1 設(shè)備問題

2.1.1 塔底液封槽“膨水”

脫硫再生塔塔底液封槽頂部距放散管仍有500 mm的高度差，當(dāng)脫硫段流出的脫硫液進(jìn)入液封槽淹沒放散管后，500 mm高的空間將全部充滿空氣且無法排出。隨著脫硫液液位升高，壓力隨之增大，頂部空間的空氣被逐步壓縮，當(dāng)壓縮到一定程度后，將形成大于大氣壓的壓力平衡系統(tǒng)，使脫硫段液體無法正常排到液封槽，即出現(xiàn)“膨水”現(xiàn)象，從而發(fā)生脫硫液淹沒煤氣管道事故，不僅造成脫硫指標(biāo)波動及煤氣管道腐蝕，嚴(yán)重時可能造成系統(tǒng)阻力增大，導(dǎo)致鼓風(fēng)機后負(fù)荷增大，引起焦?fàn)t煤氣放散事故，嚴(yán)重污染環(huán)境。

2.1.2 再生段泡沫溜槽淤積堵塞

脫硫再生塔再生段泡沫溜槽靠坡度自流，由于泡沫粘附性強，易堵塞泡沫溜槽，同時溜槽最頂端與拉筋下端的間距較小，僅為50 mm，加劇了泡沫淤積堵死情況的發(fā)生。

2.1.3 泡沫泵密封進(jìn)水

泡沫泵原設(shè)計為單密封面離心泵，冷卻水直接進(jìn)入泵體，與硫泡沫一同進(jìn)入熔硫器熔硫，不僅稀釋了硫泡沫濃度，而且會造成蒸汽耗量增加，影響熔硫效果。

2.1.4 熔硫器下料管堵塞

熔硫器下料管原設(shè)計為DN80夾套DN50管，蒸汽通道小，加熱量不足，導(dǎo)致下料管溫度低于119℃，液態(tài)硫經(jīng)常凝固堵塞管道，且由于溫度高不能在線清透，需要熔硫停產(chǎn)處理管道，最終造成系統(tǒng)硫多，影響HS吸收。

2.1.5 噴射器堵塞

噴射器沒有設(shè)計清掃裝置和方法，在運行實踐過程中，經(jīng)常發(fā)生堵塞情況。

2.2 工藝問題

2.2.1 提鹽原料堵料

熔硫清液去脫硫塔底與蒸發(fā)釜有一段共用管線，通過閥門切換。在蒸發(fā)釜進(jìn)料期間，切換閥門后的清液管道3 h不走液體，由于存于管道的熔硫清液內(nèi)含有大量的懸浮硫，經(jīng)過3 h冷卻沉淀后，將掛在管壁上堵塞管道，多次進(jìn)料后就會堵死，造成熔硫和提鹽同時停產(chǎn)，最終嚴(yán)重影響脫硫效果。

2.2.2 提鹽無法有效結(jié)晶

蒸發(fā)釜下料進(jìn)入結(jié)片機后粗鹽沉底，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動無法將粗鹽帶出，只有少許清液隨轉(zhuǎn)鼓帶出，無法實現(xiàn)將粗鹽帶出切片的功能，無法滿足正常提鹽生產(chǎn)。

2.3 運行參數(shù)分析

（1）脫硫液堿度

NaCO是脫硫過程中的主要脫硫劑，增大其含量可以提高溶液的堿度，有利于HS的吸收。但堿度過高會增加副反應(yīng)，過低則使脫硫效果變差，因此必須適當(dāng)控制溶液的堿度。

（2）脫硫液催化劑濃度

采用OMC-C催化劑取得了較好效果。OMC-C可以有效降低脫硫反應(yīng)的再生反應(yīng)的反應(yīng)能，但OMC-C濃度過高，會使硫磺生成的速度加快，導(dǎo)致單質(zhì)硫在脫硫段或再生段底部析出，堵塞設(shè)備，造成系統(tǒng)阻力增大。

（3）脫硫液三鹽含量

三鹽含量高會影響脫硫反應(yīng)平衡，降低硫化氫轉(zhuǎn)化率，降低催化劑反應(yīng)活性，不利于硫泡沫的懸浮，易出現(xiàn)結(jié)晶物堵塞設(shè)備和管道，系統(tǒng)密度增大，增加動力設(shè)備能耗等問題。

（4）脫硫液pH值

脫硫液pH值是堿度的重要補充參考指標(biāo)。當(dāng)堿度一定時，NaCO含量越高，溶液pH值越高。

（5）脫硫液懸浮硫

懸浮硫是判斷熔硫能力的重要依據(jù)。如果熔硫能力低，則懸浮硫含量會持續(xù)增加，當(dāng)增加到一定值時，即達(dá)到平衡狀態(tài)。

3 改進(jìn)措施及效果評價

3.1 設(shè)備改進(jìn)

3.1.1 塔底液封槽改進(jìn)

為了將脫硫再生塔塔底液封槽頂部空間的空氣及時有效地排出，在液封槽頂部靠下50 mm位置新增一個DN150的放散管連通管，徹底杜絕了“膨水”問題的發(fā)生。改進(jìn)后脫硫再生塔塔底液封槽結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 改進(jìn)后脫硫再生塔塔底液封槽結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure Diagram for Hydraulic Seal Tank at Bottom of Desulfurization Regeneration Tower after Improvement

3.1.2 再生段泡沫溜槽改進(jìn)

在脫硫再生塔再生段泡沫溜槽處增加8個循環(huán)液清掃頭；同時，在不影響設(shè)備強度的前提下，修改拉筋尺寸，將溜槽最頂端與拉筋下端的間距由50 mm提高至150 mm，杜絕了泡沫淤積堵死情況的發(fā)生。

3.1.3 泡沫泵改進(jìn)

為保證熔硫效果，將泡沫泵改為雙端面密封離心泵，冷卻水一進(jìn)一出，不再連續(xù)進(jìn)入熔硫器；同時，針對泡沫泵啟動過程中經(jīng)常發(fā)生的汽蝕問題，在泡沫泵入口總管上增加一條補水管道，啟泵過程中先補充一部分清水保證泵正常啟動，待泵運行穩(wěn)定后關(guān)閉補水閥門。由此，解決了泡沫泵密封進(jìn)水的問題。

3.1.4 熔硫器下料管改進(jìn)

將夾套管改為DN100夾套DN50管，增大蒸汽通量和加熱時間，使下料管內(nèi)溫度保持在120℃以上，確保了下料的正常，保證了熔硫系統(tǒng)穩(wěn)定順行。

3.1.5 噴射器清掃裝置改進(jìn)

首先利用原動力風(fēng)管道，增加蒸汽切換閥門和管道，在再生段逐個噴射器進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行蒸汽清掃，取得了一定的運行效果；然后經(jīng)噴射器拆卸成分分析和試驗，在每個噴射器頂部大法蘭上增加4個蒸汽清掃頭，并合到一個環(huán)形管上，每次清掃將蒸汽通入環(huán)形管，清掃效果顯著提高，確保了一塔式堿法深度脫硫再生效果。

3.2 工藝改進(jìn)

3.2.1 提鹽原料改進(jìn)

將熔硫工藝和提鹽工藝分開，使熔硫清液連續(xù)穩(wěn)定回流至塔底，杜絕熔硫清液管道堵塞。從脫硫液循環(huán)泵出口直接引一條支管到提鹽蒸發(fā)釜，直接將脫硫液提鹽，進(jìn)料時間由3 h縮短至10 min，大大提高了提鹽效率，能夠有效保證提鹽效果，穩(wěn)定控制三鹽含量。改進(jìn)后一塔式堿法深度脫硫工藝流程示意圖見圖3。

圖3 改進(jìn)后一塔式堿法深度脫硫工藝流程示意圖Fig.3 Flow Diagram for Deep Desulfurization Process by One-tower Alkali-washing Method after Improvement

3.2.2 提鹽結(jié)晶改進(jìn)

將結(jié)片機拆除，改用結(jié)晶槽進(jìn)行結(jié)晶，并配套相應(yīng)工藝管線，每天的粗鹽產(chǎn)量可達(dá)5 t以上，能夠滿足提鹽生產(chǎn)需要。

3.3 工藝參數(shù)優(yōu)化

一塔式堿法深度脫硫操作主要控制指標(biāo)設(shè)計值與優(yōu)化值如表1所示。

表1 一塔式堿法深度脫硫操作主要控制指標(biāo)設(shè)計值及優(yōu)化值Table 1 Design Values and Optimization Values for Key Control Indexes for Operations of Deep Desulfurization by One-tower Alkali-washing Method

在實際生產(chǎn)中，應(yīng)用六西格瑪工具，經(jīng)過DMAIC五個階段，逐步優(yōu)化各工藝參數(shù)，并篩選出堿度、催化劑濃度和硫氰酸鈉三個關(guān)鍵指標(biāo)。HS含量、堿度、催化劑濃度和NaSCN的單值控制圖如圖4所示。

圖4 H2S含量、堿度、NaSCN含量和催化劑濃度的單值控制圖Fig.4 Control Diagram for Individual Values of H2S Content,Alkalinity and Concentration of NaSCN and Catalyst

由圖4可以看出，經(jīng)過各階段優(yōu)化后，參數(shù)控制水平逐步提高，解決了制約一塔式堿法深度脫硫裝置安全環(huán)保運行中存在的問題，取得了良好的運行效果。

3.4 綜合效果評價

采取各項改進(jìn)措施后，一塔式堿法深度脫硫脫硫效率提高至96%以上，塔后煤氣中HS含量穩(wěn)定在20 mg/m以下，符合煤氣質(zhì)量要求，能夠滿足環(huán)保需要。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部應(yīng)用一塔式堿法深度脫硫裝置進(jìn)行焦?fàn)t煤氣處理，分析了該裝置在設(shè)備、工藝及運行參數(shù)方面存在的問題。通過對塔底液封槽、再生段泡沫槽、泡沫泵、熔硫器下料管、噴射器清掃裝置等設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，同時采取提鹽原料、提鹽結(jié)晶工藝改進(jìn)措施，優(yōu)化運行參數(shù)，脫硫效率提高至96%以上，塔后煤氣中HS含量穩(wěn)定控制在20 mg／m以下，為后道煤氣用戶提供了優(yōu)質(zhì)的焦?fàn)t煤氣，具有極大的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。