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


1 概述

隨著全社會對鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保要求越來越高，2008年初日鋼應(yīng)日照市環(huán)保局要求開始嘗試對其燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硫處理，首套脫硫系統(tǒng)經(jīng)過全面調(diào)研比較后確定選用氨法脫硫方案。日照鋼鐵公司2×180m2燒結(jié)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(chǎn)出第一批硫銨結(jié)晶體，投運后系統(tǒng)運行中存在幾個關(guān)鍵困難，但經(jīng)過技改后基本正常，脫硫效果及副產(chǎn)品硫銨質(zhì)量均比較理想。

2010年日鋼再次上馬相同規(guī)模燒結(jié)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(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行了對比：


氨法燒結(jié)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(jīng)濟指標(biāo)也遠(yuǎn)優(yōu)于石灰半干法脫硫，產(chǎn)生的副產(chǎn)品硫銨銷路好價格高。

2 日鋼氨法燒結(jié)煙氣脫硫

2.1 氨法燒結(jié)煙氣脫硫

氨-硫銨濕法脫硫是一種較先進(jìn)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(jié)晶干燥系統(tǒng)等組成。

氨法煙氣脫硫技術(shù)，以氨水為脫硫劑對煙氣中的SO2進(jìn)行吸收脫除。煙氣經(jīng)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(chǎn)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(jīng)過灰渣過濾器去塵，再通過濃縮結(jié)晶生產(chǎn)硫銨。

氨是一種良好的堿性吸收劑，從吸收化學(xué)機理上分析，SO2的吸收是酸堿中和反應(yīng)，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(yīng)，反應(yīng)速率快、反應(yīng)完全吸收率利用率高，可以達(dá)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(chǎn)品具有良好的經(jīng)濟效益等優(yōu)點，但是由于日鋼燒結(jié)礦品質(zhì)和燒結(jié)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(shè)備腐蝕嚴(yán)重，換熱管堵塞嚴(yán)重;(2)金屬管道腐蝕嚴(yán)重;(3)硫銨溶液中灰渣含量太高，硫銨結(jié)晶困難產(chǎn)量低。

3 脫硫系統(tǒng)的腐蝕

3.1 設(shè)備管道腐蝕的原因

日鋼燒結(jié)脫硫存在的主要問題尤其以腐蝕問題最為突出，最初認(rèn)為可能是供貨商沒有按合同約定采用合格的不銹鋼材質(zhì)導(dǎo)致設(shè)備和管道腐蝕嚴(yán)重，但采用光譜分析儀對有防腐要求的設(shè)備和管道的金屬材質(zhì)進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，結(jié)果證實這些不同種類的不銹鋼設(shè)備和材料的組分均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

材質(zhì)檢驗合格后對系統(tǒng)各段溶液多次取樣檢測和分析。


經(jīng)現(xiàn)場運行，硫銨蒸發(fā)器、加熱器及316L不銹鋼管道等設(shè)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(jié)果見表5。


3.2 檢測結(jié)果分析

通過對幾次取樣結(jié)果的分析得出以下結(jié)論：(1)濃縮降溫塔中[Cl-]嚴(yán)重富集，幾次檢測的結(jié)果均超出脫硫系統(tǒng)設(shè)計控制限值(20g/L)，9月15日的檢測結(jié)果超過設(shè)計控制濃度3.5倍;(2)從以上檢測結(jié)果可以初步推算出，煙氣中[Cl-]含量不低于150mg/Nm3，遠(yuǎn)高于常規(guī)值(≤15mg/Nm3)，遠(yuǎn)高于合同中約定的性能保證和設(shè)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(yuǎn)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(yán)重超出了我們選用的設(shè)備材質(zhì)的防腐限度(濃縮循環(huán)泵為2605N雙相不銹鋼、硫銨設(shè)備換熱管為2205雙相不銹鋼)，對脫硫系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重的傷害。同樣材質(zhì)的加熱器等設(shè)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(dāng)，加劇了系統(tǒng)的腐蝕強度。按照設(shè)計要求，脫硫塔pH值應(yīng)控制在5.0以上，濃縮降溫塔pH值應(yīng)控制在3.0以上，低壓加熱蒸汽溫度應(yīng)控制在110℃～120℃等。但實際運行中，由于參數(shù)控制不當(dāng)，脫硫塔pH值最低達(dá)到過2.0，濃縮降溫塔pH值最低達(dá)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(yán)重腐蝕問題，其根本是原煙氣中[Cl-]的含量嚴(yán)重超出設(shè)計約定的條件，使工藝系統(tǒng)無法按設(shè)計技術(shù)措施平衡控制[Cl-]，形成嚴(yán)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(zhì);(2)進(jìn)料預(yù)熱器、蒸發(fā)器、硫銨加熱器換熱管及管板材質(zhì)調(diào)整，選用2507不銹鋼。殼程材質(zhì)不變，仍采用316L，但在管箱內(nèi)壁表面采用2507堆焊處理。嚴(yán)格控制低壓加熱蒸汽溫度不超過120℃;(3)關(guān)鍵部位的閥門采用2507材質(zhì)閥板和閥座，閥體材質(zhì)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(guān)鍵設(shè)備大量改采用2507不銹鋼材質(zhì)，基本能保證設(shè)備的抗腐蝕要求，但2507材質(zhì)大量使用導(dǎo)致建設(shè)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(zhì)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(shè)投資;鑒于高溫對金屬材質(zhì)的腐蝕顯著增強，通過嚴(yán)格控制低壓加熱蒸汽的溫度較好地控制了高溫加劇設(shè)備腐蝕。

3.4 儀表設(shè)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(zhì)接觸，盡量采用非接觸式的測量儀表，例如選用雷達(dá)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(zhì)接觸就必須選擇更高耐腐蝕等級的材質(zhì)，通過實際應(yīng)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(dǎo)致的后果

日鋼燒結(jié)廠電除塵效果較差，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣中煙塵濃度經(jīng)檢測一般為200mg/m3左右，遠(yuǎn)大于設(shè)計約定的條件<70mg/m3，導(dǎo)致原設(shè)計的灰渣過濾器不堪重負(fù)經(jīng)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(fù)循環(huán)，增加了設(shè)備和管道的磨損，特別是溶液中灰渣量增大后對硫銨結(jié)晶產(chǎn)生很不利影響，導(dǎo)致硫銨產(chǎn)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(fù)在濃縮塔和脫硫塔中循環(huán)，兩塔內(nèi)的硫銨溶液濃度遠(yuǎn)大于設(shè)計值，很容易在兩塔間的立式除霧器上結(jié)晶板結(jié)，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(shè)計量無法使用，最初增設(shè)一座40m3的沉淀池采用物理沉淀的方式進(jìn)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(chǎn)需要補充的硫銨溶液每天需要100m3左右，無法完全滿足生產(chǎn)要求，只能補充含灰渣量大的溶液保證生產(chǎn)，硫銨生產(chǎn)產(chǎn)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(shè)兩座占地較大的沉淀池輪換產(chǎn)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(jìn)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(shè)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(jié)構(gòu)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(chǎn)量從4噸/天提高至20噸/天，而且硫銨品質(zhì)較技改前有本質(zhì)性提高。

5 結(jié)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(dāng)初設(shè)計時參照的使用環(huán)境有很大的偏差，項目設(shè)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(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)方案的選擇上要根據(jù)需要盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單易于操作運行的方案，不見得技術(shù)越先進(jìn)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(jié)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(shù)指標(biāo)和運行指標(biāo)，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(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)都明顯較優(yōu)，氨法燒結(jié)煙氣脫硫有較好的應(yīng)用前景。