摘要：文章以日鋼2×180m2燒結煙氣氨法脫硫工程為藍本介紹了該項目的背景，重點介紹了氨法燒結煙氣脫硫在日鋼的應用情況，針對日鋼燒結煙氣的特點分析了氨法燒結煙氣脫硫在日鋼應用中出現(xiàn)的主要問題、產生原因以及解決措施，借此對氨法燒結煙氣脫硫系統(tǒng)的設計提出建議，最終實現(xiàn)氨法燒結煙氣脫硫應用的成熟和完善。


1 概述

隨著全社會對鋼鐵生產企業(yè)的環(huán)保要求越來越高，2008年初日鋼應日照市環(huán)保局要求開始嘗試對其燒結煙氣進行脫硫處理，首套脫硫系統(tǒng)經過全面調研比較后確定選用氨法脫硫方案。日照鋼鐵公司2×180m2燒結機(10#、11#)煙氣脫硫工程于2008年7月正式破土動工，2009年4月16日順利地生產出第一批硫銨結晶體，投運后系統(tǒng)運行中存在幾個關鍵困難，但經過技改后基本正常，脫硫效果及副產品硫銨質量均比較理想。

2010年日鋼再次上馬相同規(guī)模燒結脫硫系統(tǒng)時選擇了石灰半干法脫硫，兩種運用廣泛的脫硫方式都在日鋼落戶，日鋼也對兩者的運行情況和經濟指標進行了對比：


氨法燒結煙氣脫硫系統(tǒng)在實際運行中具有非常理想的脫硫效果，脫硫率一直都在95%以上，從表1和表2也能看出經濟指標也遠優(yōu)于石灰半干法脫硫，產生的副產品硫銨銷路好價格高。

2 日鋼氨法燒結煙氣脫硫

2.1 氨法燒結煙氣脫硫

氨-硫銨濕法脫硫是一種較先進的脫硫方式，F(xiàn)GD工藝系統(tǒng)主要由液氨稀釋系統(tǒng)、氨水儲運系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、循環(huán)吸收系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、排空系統(tǒng)和硫銨結晶干燥系統(tǒng)等組成。

氨法煙氣脫硫技術，以氨水為脫硫劑對煙氣中的SO2進行吸收脫除。煙氣經過吸收塔，其中的SO2被吸收劑吸收，生成亞硫酸銨與硫酸氫銨。因此用氨將煙氣中的SO2脫除，得到亞硫酸銨中間產品。采用空氣對亞硫銨直接氧化，可將亞硫銨氧化為硫銨，高濃度的硫酸銨先經過灰渣過濾器去塵，再通過濃縮結晶生產硫銨。

氨是一種良好的堿性吸收劑，從吸收化學機理上分析，SO2的吸收是酸堿中和反應，吸收劑堿性越強越利于吸收，氨的堿性強于鈣基吸收劑，而且從吸收物理機理上分析，氨吸收煙氣中的SO2是一種氣-液或氣-氣反應，反應速率快、反應完全吸收率利用率高，可以達到很高的脫硫效率，氨法脫硫還附有部分脫硝和除塵的功效。

2.2 日鋼氨法脫硫系統(tǒng)存在的問題

氨法脫硫雖然有脫硫效率高、運行能耗小和脫硫副產品具有良好的經濟效益等優(yōu)點，但是由于日鋼燒結礦品質和燒結工藝等原因，氨法脫硫在實際運行過程中前期存在兩個較大問題：一是腐蝕;二是灰渣富集。主要表現(xiàn)在以下三個方面：(1)換熱器設備腐蝕嚴重，換熱管堵塞嚴重;(2)金屬管道腐蝕嚴重;(3)硫銨溶液中灰渣含量太高，硫銨結晶困難產量低。

3 脫硫系統(tǒng)的腐蝕

3.1 設備管道腐蝕的原因

日鋼燒結脫硫存在的主要問題尤其以腐蝕問題最為突出，最初認為可能是供貨商沒有按合同約定采用合格的不銹鋼材質導致設備和管道腐蝕嚴重，但采用光譜分析儀對有防腐要求的設備和管道的金屬材質進行了現(xiàn)場檢測，結果證實這些不同種類的不銹鋼設備和材料的組分均符合相關標準。

材質檢驗合格后對系統(tǒng)各段溶液多次取樣檢測和分析。


經現(xiàn)場運行，硫銨蒸發(fā)器、加熱器及316L不銹鋼管道等設備出現(xiàn)腐蝕，故對脫硫塔、濃縮塔溶液及工業(yè)水、軟化水分別取樣檢測。2009年9月15日送檢樣品情況及結果見表5。


3.2 檢測結果分析

通過對幾次取樣結果的分析得出以下結論：(1)濃縮降溫塔中[Cl-]嚴重富集，幾次檢測的結果均超出脫硫系統(tǒng)設計控制限值(20g/L)，9月15日的檢測結果超過設計控制濃度3.5倍;(2)從以上檢測結果可以初步推算出，煙氣中[Cl-]含量不低于150mg/Nm3，遠高于常規(guī)值(≤15mg/Nm3)，遠高于合同中約定的性能保證和設備壽命保證的[Cl-]含量限值(2mg/Nm3)。而且煙氣中[Cl-]含量與SO2含量比值也遠高于常規(guī)，即在[Cl-]含量偏高的同時SO2含量偏低，初步推測煙氣實際SO2濃度為600mg/Nm3，[Cl-]含量約為SO2含量的1/4，非常罕見的含量比值;(3)由于脫硫溶液中[Cl-]濃度高度富集，脫硫系統(tǒng)溶液腐蝕強度大大加強，嚴重超出了我們選用的設備材質的防腐限度(濃縮循環(huán)泵為2605N雙相不銹鋼、硫銨設備換熱管為2205雙相不銹鋼)，對脫硫系統(tǒng)構成了嚴重的傷害。同樣材質的加熱器等設備，在其他工程中運行2年多仍沒有出現(xiàn)腐蝕漏液問題;(4)脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)控制失當，加劇了系統(tǒng)的腐蝕強度。按照設計要求，脫硫塔pH值應控制在5.0以上，濃縮降溫塔pH值應控制在3.0以上，低壓加熱蒸汽溫度應控制在110℃～120℃等。但實際運行中，由于參數(shù)控制不當，脫硫塔pH值最低達到過2.0，濃縮降溫塔pH值最低達到過1.0，加劇了系統(tǒng)的腐蝕傷害。低壓加熱蒸汽溫度長期運行在130℃～145℃，加熱溫度控制過高，也急劇加重了腐蝕強度，還造成蒸發(fā)器換熱管大量堵塞。

綜上所述日鋼氨法脫硫表現(xiàn)出的嚴重腐蝕問題，其根本是原煙氣中[Cl-]的含量嚴重超出設計約定的條件，使工藝系統(tǒng)無法按設計技術措施平衡控制[Cl-]，形成嚴重的[Cl-]腐蝕。

3.3 解決方案

(1)濃縮循環(huán)泵泵體和葉輪改用2507材質;(2)進料預熱器、蒸發(fā)器、硫銨加熱器換熱管及管板材質調整，選用2507不銹鋼。殼程材質不變，仍采用316L，但在管箱內壁表面采用2507堆焊處理。嚴格控制低壓加熱蒸汽溫度不超過120℃;(3)關鍵部位的閥門采用2507材質閥板和閥座，閥體材質還可選用316L;(4)將脫硫系統(tǒng)中小直徑316L不銹鋼管改為玻璃鋼管道或者鋼骨架塑料管。

此方案有一定的投入和工程量，但比較切實可行。

后期的技改將方案3付諸實施，關鍵設備大量改采用2507不銹鋼材質，基本能保證設備的抗腐蝕要求，但2507材質大量使用導致建設成本顯著加大;一些小直徑常溫或低溫管道采用玻璃鋼管道替代316L材質的不銹鋼管道，既保證了系統(tǒng)的防腐要求又有效地降低了建設投資;鑒于高溫對金屬材質的腐蝕顯著增強，通過嚴格控制低壓加熱蒸汽的溫度較好地控制了高溫加劇設備腐蝕。

3.4 儀表設備防腐

氨法脫硫中儀表的腐蝕問題是最為突出的問題，防止腐蝕的最好辦法是不與腐蝕介質接觸，盡量采用非接觸式的測量儀表，例如選用雷達液位計替代常規(guī)的纜式液位計和磁翻板液位計。還有些位置沒有辦法不與腐蝕介質接觸就必須選擇更高耐腐蝕等級的材質，通過實際應用，最后比較得出316L母材外襯PTFE護套具有較好的耐硫銨溶液腐蝕效果。

4 除灰渣問題及解決措施

4.1 灰渣富集的原因和導致的后果

日鋼燒結廠電除塵效果較差，進入脫硫系統(tǒng)的煙氣中煙塵濃度經檢測一般為200mg/m3左右，遠大于設計約定的條件<70mg/m3，導致原設計的灰渣過濾器不堪重負經常堵塞無法持續(xù)運行，系統(tǒng)中的灰渣無法清除出去，隨著運行時間的增加系統(tǒng)中的灰渣聚集越來越多。

灰渣隨硫銨溶液在脫硫系統(tǒng)中反復循環(huán)，增加了設備和管道的磨損，特別是溶液中灰渣量增大后對硫銨結晶產生很不利影響，導致硫銨產量低，能耗加大，硫銨溶液無法消耗，破壞了脫硫系統(tǒng)的水平衡。不能及時被消耗的硫銨溶液無處排放，只能反復在濃縮塔和脫硫塔中循環(huán)，兩塔內的硫銨溶液濃度遠大于設計值，很容易在兩塔間的立式除霧器上結晶板結，最后會使除霧器完全被堵塞。

4.2 解決方案

脫硫系統(tǒng)投運前期由于除灰渣的過濾器因灰渣量大大超出設計量無法使用，最初增設一座40m3的沉淀池采用物理沉淀的方式進行灰渣收集。但實際使用效果有限，含大量灰渣的硫銨溶液如果要使90%的灰渣沉降下來需要大約24小時，而硫銨生產需要補充的硫銨溶液每天需要100m3左右，無法完全滿足生產要求，只能補充含灰渣量大的溶液保證生產，硫銨生產產量依然受很大影響，系統(tǒng)除灰渣問題沒有有效解決。物理沉淀的方案需要建設兩座占地較大的沉淀池輪換產生澄清液，而脫硫項目都屬改造項目場地緊張，且運行人員需人工清淤，此方案并不理想。

考慮到系統(tǒng)中的灰渣含量非常大，提出采用板框壓濾的方式直接將硫銨溶液進行壓濾，將溶液中所含灰渣壓制成泥餅清除。該方案主要增設一臺板框壓濾機和清液緩沖池，系統(tǒng)簡單可靠、可行性高。后期的脫硫系統(tǒng)技改時實施了該方案，后來實踐證明該方案的確效果非常好，能將系統(tǒng)中的絕大部分灰渣壓濾清除出來，而且壓濾系統(tǒng)結構簡單易于操作和維護，基本解決了系統(tǒng)中灰渣過多的問題，該系統(tǒng)投運以后硫銨產量從4噸/天提高至20噸/天，而且硫銨品質較技改前有本質性提高。

5 結語

從日鋼氨法脫硫系統(tǒng)表現(xiàn)出的問題來看，其根源在于實際使用環(huán)境和當初設計時參照的使用環(huán)境有很大的偏差，項目設計前一定要重視實際使用環(huán)境的核實，不能簡單地接受資料就進行設計。系統(tǒng)方案的選擇上要根據需要盡量選擇結構簡單易于操作運行的方案，不見得技術越先進投資越多的方案其效果就越好，除灰渣系統(tǒng)從粗、精過濾器系統(tǒng)改成板框壓濾系統(tǒng)就是一個典型案例。

針對日鋼燒結煙氣的特點，技改后的氨法脫硫系統(tǒng)較好地滿足了業(yè)主提出的技術指標和運行指標，且與日鋼采用的相同規(guī)模的石灰半干法脫硫系統(tǒng)比較，各項技術指標和經濟指標都明顯較優(yōu)，氨法燒結煙氣脫硫有較好的應用前景。