福建龙净助力渭化集团采用CFB干法脱硫装置协同实现克劳斯尾气超低排放
——减污降碳、协同治理系列报道之四
2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，即“30·60双碳”目标。目前，按照煤耗统计，煤电行业的碳排放量占中国总体碳排放量的30%以上，是我国实现双碳目标的重点工业领域。
2015年7月以来，渭化集团陆续采用福建龙净CFB干法脱硫工艺在已建的2台160吨煤粉炉、1台220吨CFB锅炉、2台240吨CFB锅炉，以及新建的3台320吨锅炉上创新以“多炉一塔”和“单炉单塔”的工艺布置组合方案，经济地实现全部燃煤锅炉的一揽子超低排放治理。
克劳斯尾气组分复杂，工况波动大
煤化工厂煤液化的过程产生部分副产物为一定浓度的H2S等酸性气体，若直接排放，不仅造成大量硫资源浪费，还会导致严重的大气环境污染。为此，煤化工企业一般都配有克劳斯工艺设备（硫回收设备），将H2S转化为硫磺，实现资源回收利用。
渭化集团采用的克劳斯尾气处理装置设计年产硫磺10000吨，硫回收率达99.98%，其工艺流程为两级克劳斯+加氢还原+SCOT+尾气焚烧，焚烧后的尾气组成成分见下表。
|
组分
|
CO2
|
N2
|
H2O
|
O2
|
SO2
|
NOx
（mg/Nm3）
|
|
%
|
21.2
|
57.5
|
15.2
|
5.4
|
1
|
34
|
渭化集团的克劳斯装置焚烧炉后尾气污染物排放值按SO2＜200mg/Nm3设计，可以满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）SO2＜960mg/Nm3的要求，故渭化集团早期克劳斯装置的尾气通过烟囱就地直排。
随着新标准《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）的发布，重点地区的克劳斯尾气按SO2＜50mg/Nm3(3%O2)标准执行。为此，渭化集团需要对克劳斯工艺装置尾气进行脱硫治理。
常规克劳斯尾气脱硫成本高、能耗高
渭化集团的克劳斯尾气脱硫，原计划在常规的两种脱硫工艺中进行比选：1）通过优化克劳斯工艺及技术参数优化以提高硫回收效率，如增加克劳斯反应级数，使尾气中的SO2浓度直接满足新排放标准；2）增设单独的尾气脱硫装置，通过吸收剂吸收克劳斯尾气中的SO2，使其达到新排放标准。
但上述两种做法，均存在一次投资高、运行成本高、能耗高等缺点。
采用第一种技术方案，由于渭化集团的克劳斯工艺的硫回收率已达99.98%，若通过再串接克劳斯反应级提高~0.02%硫回收，不仅投资费用会大大增加，且仍无法保证尾气中的SO2浓度稳定满足新标准排放。
为确保克劳斯硫磺回收装置尾气中的SO2能够满足新标准排放，同时考虑到渭河化工地处的汾渭平原属于大气污染治理重点区域，环保要求越来越严格，为此，渭化集团计划采用常规的在克劳斯装置焚烧炉后增设单独脱硫系统的工艺方案。
对于渭化集团这种克劳斯焚烧炉后尾气量较小的烟气脱硫装置，一般都采用碱洗法脱硫工艺，以碱液（NaOH）为脱硫剂，属于湿法脱硫工艺的一种，虽然规模小，但各种浆液罐、泵、池等一样都不能少，是一套“麻雀虽小五脏俱全”的化工装置。据测算，增设单独的克劳斯尾气碱洗法脱硫装置，一次投资需达约1300万元，年运行成本费用近百万元，相应年碳排放量增加1000吨以上。
此外，就碱洗法脱硫工艺技术本身来说，存在设备易腐蚀、浆液雾滴排放控制难、碱洗工艺调整反应慢易发生系统结垢等问题。
图1 碱洗涤法（NaOH）工艺流程图
协同龙净CFB干法脱硫成本低、效果好
福建龙净为渭化集团提供的CFB干法脱硫工艺装置，无论是采用“多炉一塔”配套煤粉炉、还是单炉单塔配套CFB锅炉，在不同工况下均能稳定满足超低排放，且运行成本低，自投运后多年来从未发生过“塌床、堵塞、结垢”等一般干法脱硫易发生的“顽疾”，且烟囱排放透明，无任何蓝烟拖尾问题，充分证明福建龙净的CFB干法脱硫工艺所特有的高密度、高湍动能干法脱硫塔不仅脱硫率高、具有多组分污染物协同净化的能力，还拥有良好的操作弹性。
为此，渭化集团认为其克劳斯尾气虽然烟气污染物组分复杂、工况波动大，但总体烟气量小、SO2浓度也不高，若能创新地将克劳斯尾气引入锅炉后CFB干法脱硫系统协同处置，一同实现SO2超低排放，则不仅可以降低一次投资一千万元以上，还能每年节省运行成本近百万元和减少大量的运行能耗，也即减少了每年上千吨的碳排放。
将克劳斯尾气引入福建龙净为渭化集团燃煤锅炉配套提供的CFB干法脱硫装置协同处置，仅仅需要增设少量的烟道和风挡，与碱液洗涤法脱硫工艺复杂的系统项目对比，运行的可靠性也大幅提高，还不需要额外增加运行、维修人员。
为此，渭化集团与福建龙净一起通过反复论证和设计，于2020年成功地将渭化集团全部的三套已建克劳斯装置的尾气，互备引入到不同锅炉的CFB干法脱硫装置协同处理，与锅炉烟气一起实现了“超超低”排放，为渭化集团节省了上千万元克劳斯尾气脱硫的投资费用，节省了每年近百万元的运行成本。
图2 渭化集团完成CFB干法脱硫协同克劳斯尾气超低排放改造后的整体照
福建龙净助力渭化集团，将克劳斯尾气成功地引入到CFB干法脱硫装置中协同实现超低排放，为煤化工装置尾气处理实现“减污降碳、协同治理”探索了一条新路。
