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煤氣發生爐-窯爐煤氣脫硫存在的問題及工藝優化
時間:2020-07-29

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隨著我國燃氣工業的發展,工業窯爐的燃料已在由燃煤、燃油逐步發展為燃氣。工業窯爐常用的燃氣有天然氣、焦爐煤氣、發生爐煤氣、水煤氣、液化石油氣等多種氣源。以煤為原料氣化生產的窯爐燃氣稱為窯爐煤氣。主要應用于玻璃、陶瓷、冶煉、水泥等行業。

我國雖是煤炭大國,但煤炭儲量中“四高”(高含硫2-3%,高灰分25-40%,高揮發份>25%,高灰熔點>1500℃,SiO2+Ai2O3/Fe2O3

+CaO+MgO>5),劣質煤比例較高。隨著我國經濟不斷發展,優質煤儲量不斷減少,由此促進了劣質煤氣化技術的不斷發展,劣質煤氣化工藝逐步走向成熟。主要的工業窯爐煤氣制氣工藝有恩德爐粉煤氣化工藝、航天爐粉煤氣化工藝、灰熔聚粉煤氣化工藝、兩段爐粉煤氣化工藝和兩段爐固定床常壓氣化工藝等。

上述煤氣化工藝所配套的脫硫工藝,基本采用了化肥行業固定床常壓造氣所配套的脫硫工藝。出現了較多生產問題。

1 粉煤氣化工藝脫硫

1.1 工藝流程

備煤工序(干粉煤)→氣化爐(煤氣)→旋風除塵器→廢熱鍋爐→洗滌冷卻塔→除塵捕滴器→煤氣進入脫硫工序。

1.2 存在問題及分析

粉煤氣化工藝50%以上的灰由煤氣帶出,致使煤氣中的含塵量過高,一般廢熱鍋爐出口處煤氣中含塵量50g/m3左右。經洗滌、冷卻、除塵捕滴,入脫硫煤氣中含塵量仍然有80mg/m3左右。洗滌冷卻過程中,洗滌冷卻水質不能保證,進脫硫塔煤氣含灰量過大;溶液中灰硫粘合顆粒過大,硫泡沫浮選不好;長期運行,填料層積灰、積硫,塔阻上升,脫硫效率下降;進塔溶液采用噴頭的,易造成部分噴嘴堵塞,溶液偏流,脫硫效率下降。

1.3 優化方案

(1)嚴格控制洗滌冷卻水懸浮物濃度,保持洗滌冷卻水質穩定。

(2)氣化溫度達1250℃,煤氣中含焦油量極少,可采用干式除塵設備除塵。

推薦在廢熱鍋爐后,安裝東獅公司生產的中高溫陶瓷除塵器,該設備運行溫度高,耐化學腐蝕和抗氧化性能強,除塵效率高,2.5微米灰塵凈化率可達99.9%以上,凈化后煤氣中粉塵濃度可達10mg/Nm3。洗滌冷卻塔的洗滌水質得以改善,洗滌后冷卻水處理負荷減小,排污壓力減小。

2 兩段爐固定床常壓氣化工藝脫硫

2.1 工藝流程

儲煤倉中的原料煤,經加煤機加入兩段式煤氣發生爐干餾段,受來自氣化段煤氣的加熱干餾,干餾后的半焦狀態下的煤焦,進入氣化段與氣化劑(空氣、蒸汽)發生反應,生成煤氣。氣化段生成的煤氣分為兩部分,一部分(約75%)從兩段爐下段煤氣出口,經旋風除塵器出爐,另一部分(約25%)經中心筒進入干餾段,干餾原料煤與干餾煤氣混合,從上段煤氣出口出爐。

下段出口煤氣,經旋風除塵器降溫、除塵后,進入強制風冷器,繼續降溫、除塵,然后進入間冷器進一步降溫。

上段出口煤氣,經一級電捕除焦油器捕除焦油后,進入間冷器與下段出口煤氣混合降溫后,進入二級電捕除焦油器,捕除輕質焦油后,煤氣經煤鼓加壓后進入脫硫工序。

2.2 存在問題及分析

目前,投產的兩段爐固定床常壓氣化煤氣脫硫裝置,工藝設計上普遍采用了化肥行業固定床常壓造氣配套的煤氣脫硫工藝。由于兩段爐固定床常壓氣化爐選用劣質煤為氣化煤,干餾煤氣中含有較高的焦油、苯、萘、酚類等化學物質,而干餾煤氣凈化普遍采用干式電捕焦器、間接風冷器分離、冷卻煤氣。不經洗滌的煤氣對脫硫系統連續穩定生產造成了嚴重影響,具體表現如下。

(1)煤氣煤鼓加壓后無冷卻入塔溫度過高,達50—60℃,造成脫硫液中Na2S2O3、Na2SO4增長過快。

(2)再生槽泡沫少,煤氣中夾帶的焦油、苯、萘、酚類等化學物質進入脫硫液中,與單質硫混合形成質密的顆?;旌衔?,造成浮選困難泡沫稀少。

(3)脫硫塔阻力上升很快,運行2--3月即塔堵。從停車扒出填料上附著物觀察,下層填料附著物較上、中層填料附著物顏色偏深,上、中層填料附著物顏色較淺;取樣烘干、稱重,上層填料附著物明顯比下層填料附著物重;分析硫含量,上層填料附著物明顯比下層填料附著物高。由此判斷,下層填料附主要為焦油、萘、灰分、硫膏等混合物,堵塞主要原因是入塔煤氣夾帶的焦油、萘、灰分造成;上、中層填料附著物主要為硫膏,堵塞主要原因是再生浮選差,硫顆粒由貧液帶入塔內填料附著沉積造成。

2.3 技術改造

針對上述問題,通過對幾套窯爐煤氣脫硫裝置調試,逐步總結,形成了對現有窯爐煤氣脫硫裝置進行延緩塔堵技術改造方案,在技術交流中得到了多家企業的認同,目前已與一家公司簽署了技改合同。

具體方案:

(1)在脫硫塔入口煤氣管道上加裝東獅專有設備——煤氣管道對沖式反應器一臺。利用對沖反應器良好的洗滌能力,洗滌煤氣中夾帶的焦油、苯、萘、酚類、灰分等物質進入脫硫液中,減少煤氣夾帶焦油、萘、灰分淤積堵塞下層填料問題。利用對沖反應器良好的脫硫能力,脫除部分H2S(脫硫效率40-70%),穩定提高脫硫效率。

(2)增加硫泡沫過濾能力,加大再生溢流量,過濾量為脫硫溶液循環量的10-20%,降低貧液中懸浮硫。

2.4 工藝優化

在不改變造氣工藝流程的情況下,對脫硫工藝流程進行優化。在脫硫塔入口煤氣管道上,加裝東獅專利煤氣管道對沖式反應器一臺,達到對煤氣的洗滌和脫硫。煤氣管道對沖式反應器溶液循環系統與脫硫塔溶液循環系統分離各成獨立系統。

(1)煤氣流程:煤鼓→煤氣管道對沖式反應器→脫硫塔。

(2)對沖式反應器溶液循環流程:對沖式反應器→富液池→溶液過濾泵→溶液過濾機→貧液池→對沖式反應器。

說明:該循環溶液為全過濾工藝,對沖式反應器來的富液進入富液池析出單質硫,由溶液過濾泵,經溶液過濾機,過濾出硫顆粒形成濾餅,過濾后的溶液噴灑與空氣接觸,完成溶液的再生和冷卻,進入貧液槽。此循環解決煤氣臟,吸收脫出的硫浮懸不出的問題。

(3)脫硫塔溶液循環流程:脫硫塔→富液池→富液泵→再生槽→貧液槽→貧液泵→脫硫塔。

說明:經煤氣管道對沖式反應器對煤氣進行了充分洗滌、降溫和一級脫硫后,脫硫塔溶液循環采用常規設計即可。

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