戴炳慧

（南京博納能源環(huán)?？萍加邢薰荆K南京 210048）

石油化工及煤化工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含硫化氫的氣體。對(duì)于這部分氣體通常采用克勞斯硫回收工藝將硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫加以回收。但常規(guī)的克勞斯硫回收工藝排放的尾氣中含有少量的硫化氫，液硫以及各種含硫化合物等，不能直接排放，因此需要尾氣處理裝置進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理。

以下是為某公司的硫回收尾氣及含氨酸性氣提出的處理工藝。

1 物料分析

1.1 含氨酸性氣

目前國(guó)內(nèi)含氨酸性氣的來源是排放至氨火炬的廢氣，主要來自煤化工裝置，一般來源于變換工段的變換氣，變壓吸附工段的尾氣及合成氨裝置的尾氣等；這些氣體的共同點(diǎn)是含氨氣，另外還夾雜著一些酸性氣如硫化氫、一氧化碳、羰基硫等；下面是某公司煤化工裝置的變換氣，成分特性見表1。

表1 某公司煤化工裝置的變換氣成分特性表

續(xù)表

NH3在氧含量充足的情況下會(huì)直接氧化成氮氧化物，對(duì)焚燒尾氣處理要求很高；硫化物會(huì)氧化生成二氧化硫及三氧化硫，溫度過低會(huì)形成露點(diǎn)腐蝕；采用ASPEN軟件算出此變%換氣熱值約為4 053kJ/m3。

1.2 硫回收尾氣

硫回收過程氣的來源主要是克勞斯硫回收排放的尾氣，尾氣中含少量的硫化物及少量的可燃?xì)怏w成分；以下是某公司煤化工裝置的硫回收過程氣，成分特性見表2。

表2 某公司煤化工裝置的硫回收過程氣成分特性表

續(xù)表

采用ASPEN軟件算出此變換氣熱值約為1 554kJ/m3，熱值過低，直接通過焚燒處理需要輔助燃料。

2 技術(shù)路線

2.1 分析及解決方案

通過對(duì)此裝置中的廢氣成分的分析，想要通過焚燒的方式處理，存在以下的問題：

（1）富氧環(huán)境會(huì)使氨反應(yīng)生成大量氮氧化物；完全欠氧環(huán)境會(huì)使得焚燒不完全，造成積碳。

（2）此裝置中的硫回收尾氣熱值較低，自身熱值不能維持焚燒溫度，需要伴燒燃料。

（3）從節(jié)能降耗角度，如何降低助燃劑的用量。

（4）如何避免溫度低帶來的設(shè)備本體腐蝕的問題。

以上的問題，給出的解決方案如下：

焚燒爐采用兩段，第一段采用欠氧燃燒，含氨酸性氣進(jìn)入焚燒，氨氣大部分氧化為氮?dú)?，化學(xué)反應(yīng)如下：

第二段補(bǔ)充空氣，硫回收過程氣及第一段出口未燃盡的組分進(jìn)入第二段焚燒，補(bǔ)充充足氧氣，充分燃燒。

將硫回收尾氣進(jìn)行預(yù)熱，提高進(jìn)焚燒爐的熱量。

降低助劑的用量可以采用提高進(jìn)焚燒的熱量，另外盡可能回收焚燒后煙氣的余熱。

焚燒煙氣中含有二氧化硫、三氧化硫等酸性氣，可以通過提高爐體壁溫，高出露點(diǎn)溫度40℃以上。

2.2 工藝路線

該焚燒凈化裝置采用兩段式焚燒爐，可高效處理硫回收尾氣以及含氨酸性氣；通過在第二焚燒爐后依次連接余熱鍋爐以及硫回收過程氣預(yù)熱裝置、助燃?xì)忸A(yù)熱裝置，可有效減少燃料氣的消耗并且回收余熱；助燃?xì)忸A(yù)熱裝置后連接選擇性催化還原脫硝裝置和脫硫裝置，可實(shí)現(xiàn)含氨酸性氣和硫回收尾氣有效脫硝脫硫；反應(yīng)后的煙氣進(jìn)入蒸汽-煙氣換熱裝置換熱升溫后再排放，可達(dá)到煙氣消白的效果。

圖1 兩段式焚燒爐工藝路線圖

2.3 工藝流程描述

酸性氣、第一燃料氣和第一助燃?xì)膺M(jìn)入第一焚燒爐進(jìn)行欠氧燃燒，使得第一焚燒爐的溫度達(dá)到1 300~1 400℃。第一焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^管道進(jìn)入第二焚燒爐，硫回收尾氣進(jìn)入第二焚燒爐內(nèi)，與來自第二燃料氣和第二助燃?xì)膺M(jìn)行過氧燃燒，使得第二焚燒爐的升溫至800~1 000℃。來自第二焚燒爐的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行熱量回收，產(chǎn)生飽和蒸汽。經(jīng)余熱鍋爐冷卻后的煙氣進(jìn)入廢氣預(yù)熱裝置加熱硫回收過程氣至400~600℃，預(yù)熱后的硫回收過程氣通入第二級(jí)焚燒爐。來自廢氣預(yù)熱裝置的煙氣進(jìn)入助燃?xì)忸A(yù)熱裝置加熱助燃空氣，預(yù)熱后的助燃?xì)庖徊糠纸?jīng)第一燃燒裝置進(jìn)入第一焚燒爐，另一部分經(jīng)第二燃燒裝置進(jìn)入第二焚燒爐。來自助燃?xì)忸A(yù)熱裝置的煙氣被冷卻至200~400℃，送入選擇性催化還原脫硝裝置進(jìn)行脫硝，隨后進(jìn)入脫硫裝置脫硫。脫硫后的濕煙氣約80℃，再經(jīng)過蒸汽-煙氣換熱裝置增溫至120~160℃后通過引風(fēng)裝置送入煙囪排向大氣。

3 設(shè)備特點(diǎn)及選型

3.1 焚燒爐

焚燒爐采用鋼制“臥式圓筒雙段爐”爐體，一段絕熱爐膛焚燒含氨尾氣，爐溫控制在1 300~1 400℃。二段絕熱爐膛焚燒硫回收廢氣，爐溫控制在950℃±50℃。焚燒爐尾部煙氣水平出口接后工段的余熱回收裝置。爐膛的構(gòu)造采用鋼板筒體內(nèi)襯耐火磚結(jié)構(gòu)。爐壁設(shè)計(jì)溫度350℃，在殼體外涂防腐油漆，且設(shè)置防雨罩。在一段焚燒爐前部，含氨廢氣及燃料氣混合燃燒器，通過燃料氣點(diǎn)火啟爐后，待爐溫啟動(dòng)到允許廢氣投入的溫度后，噴入含氨廢氣，以保證焚燒爐內(nèi)溫度場(chǎng)平穩(wěn)均勻。爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸充分考慮了單位體積的熱容量，同時(shí)根據(jù)燃燒后的煙氣流速及停留時(shí)間綜合確定；流速選擇的合理性是結(jié)合機(jī)械強(qiáng)度及長(zhǎng)徑比?？紤]廢氣與空氣的充分混合后的熱氧化時(shí)間，一段焚燒爐爐內(nèi)煙氣停留時(shí)間≥1.1s，二段焚燒爐爐內(nèi)煙氣停留時(shí)間≥1.1s。爐膛本體上布置了運(yùn)行操作所需的儀表接口及附件，其中有觀火孔、檢修人孔門、爐膛溫度、負(fù)壓等供安裝監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)用儀表的接口等。

3.2 外防護(hù)裝置

助燃空氣及廢氣都是經(jīng)過預(yù)熱的，兩級(jí)焚燒爐的外表面溫度要求大于等于230℃以上，所以在焚燒爐燃燒器及爐體外部需設(shè)置防護(hù)罩，考慮到內(nèi)襯性能的不確定性、外部環(huán)境溫度的浮動(dòng)及外壁材質(zhì)的局限性，防護(hù)罩可以采用鋁皮或者不銹鋼材質(zhì)，整個(gè)筒體可以達(dá)到全方位即360°全覆蓋。防護(hù)罩與筒體之間留有100~200mm的間隙，內(nèi)部不填充保溫材料。在防護(hù)罩頂部及底部都設(shè)置通風(fēng)口，根據(jù)設(shè)備的長(zhǎng)短，在底部設(shè)置兩到三個(gè)長(zhǎng)條形的抽板，依靠頂部的高度差形成的自拔力來調(diào)整爐壁面的溫度，既防止酸露點(diǎn)腐蝕，又可以控制高溫帶來鋼體材料強(qiáng)度降低的風(fēng)險(xiǎn)。另外在防護(hù)罩兩側(cè)設(shè)置可方便打開的活頁式視窗，便于巡檢。

3.3 余熱鍋爐及汽包

余熱鍋爐采用自然水循環(huán)原理；頂部設(shè)置汽包，鍋爐與汽包之間以上升下降管連接，由于上升管在余熱鍋爐的水側(cè)吸熱，一部分水發(fā)生相變變成了蒸汽，形成氣液兩相的狀態(tài)；下降管是來自汽包中的水，是液相，水汽相的密度相對(duì)于液相而言比較低；兩者之間的密度差就形成了推動(dòng)力，使汽水混合物沿著上升管向上流動(dòng)，進(jìn)入汽包，汽包中的水經(jīng)下降管流入余熱鍋爐中，從而形成水的自然循環(huán)流動(dòng)。

余熱鍋爐采用管殼式結(jié)構(gòu)，高溫?zé)煔馔ㄟ^管內(nèi)輸送，殼程內(nèi)承載滿容量的鍋爐水；此型式可以成為煙管式也可以成為火管式。這種型式最大的問題是換熱管壁的溫度最好控制在酸露點(diǎn)溫度以上，根據(jù)煙氣中的硫含量及濕度的不同，產(chǎn)汽的壓力可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

為避免高溫?zé)煔庵苯記_刷余熱鍋爐的前煙箱管板，在前管板表面澆筑耐高溫的耐火保護(hù)層，并在每根煙管進(jìn)口處安裝了耐高溫保護(hù)套管。常規(guī)的高溫防護(hù)套管的材質(zhì)為陶瓷剛玉，但是這種材質(zhì)受碰撞就會(huì)損壞。此高溫保護(hù)套管的材質(zhì)采用0Cr25Ni20不銹鋼，伸出的部分也需要用耐火材料覆蓋。

汽包殼體上設(shè)置有安全閥接管、壓力表接管、放空接管、就地液位計(jì)接管、遠(yuǎn)傳液位計(jì)接管，加藥口接管、給水接管、連續(xù)排污管，以及上升管和下降管接管。

汽包內(nèi)部設(shè)有連排管，加藥裝置和給水分配管。下降管入口處設(shè)有防旋渦裝置，為減少汽水循環(huán)阻力，汽水分離裝置采用一次擋板和絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能保證飽和蒸汽出口含水率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足蒸汽品質(zhì)的要求。

3.4 脫硝處理裝置

脫硝裝置采用選擇性催化還原法（SCR）。采用氨水或者尿素作為原料經(jīng)過蒸汽加熱后變成氣相，作為選擇性催化還原的還原劑。SCR脫硝工藝是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇地把煙氣中的NOx還原為無毒無污染的N2和H2O，核算后，反應(yīng)溫度選取在300℃附近，可以達(dá)到較高的脫硝效率，同時(shí)保證較高的熱能利用率及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

SCR工藝包括煙道系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)和供氨系統(tǒng)，主要設(shè)備由整流器、稀釋風(fēng)機(jī)、催化劑等組成。

還原劑由管道帶壓輸送至界區(qū)，與稀釋風(fēng)機(jī)引來的熱風(fēng)混合加熱后通入整流器內(nèi)，并進(jìn)一步在反應(yīng)器中完成脫硝反應(yīng)。

3.5 脫硫裝置

脫硫裝置采用二段堿洗塔。脫硫工藝采用雙堿法；采用氫氧化鈉和氫氧化鈣作為堿液原料，脫酸效果好，噴口及除霧器不易產(chǎn)生污垢堵塞；生成的硫酸鈉鹽與氫氧化鈣在置換沉淀池中發(fā)生反應(yīng)，將鈉堿再生循環(huán)利用，同時(shí)生成固體硫酸鈣、亞硫酸鈣的沉淀。生成的沉淀可壓濾后直接填埋，相比鈉鹽更易于處理。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后只需少量補(bǔ)充鈉堿，運(yùn)行成本低、可靠性高、脫硫效果好，適合小規(guī)模的煙氣治理項(xiàng)目。

4 主要的工藝參數(shù)

表3 焚燒出口的控制指標(biāo)

表4 工藝路線中主要的技術(shù)參數(shù)

5 結(jié)語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，此裝置至少具有以下有益效果：

1）此焚燒凈化裝置采用了兩段式焚燒爐，對(duì)于含氨酸性氣和硫回收尾氣的焚毀去除率高；采用余熱鍋爐以及硫回收過程氣預(yù)熱裝置、助燃?xì)忸A(yù)熱裝置，有效減少了燃料氣的消耗并且回收了余熱。

2）硫回收尾氣焚燒凈化裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，安全可靠，硫回收尾氣去除率高，無二次污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。