氨法煙氣脫硫塔壁掛料分析及解決方案

陳乾榮　易繼斌　周 輝（貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓563200）

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氨法煙氣脫硫塔壁掛料分析及解決方案

陳乾榮易繼斌周 輝
（貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓563200）

1　工藝流程

貴州赤天化桐梓化工有限公司鍋爐煙氣脫硫裝置采用液氨吸收煙氣中的二氧化硫、然后生產(chǎn)硫酸銨的氨法工藝。煙氣首先進(jìn)入脫硫塔濃縮段進(jìn)行降溫，在降溫的同時(shí)并不斷濃縮硫酸銨漿液，使煙氣溫度降至45～60℃后進(jìn)入吸收段。脫硫塔由上至下分為吸收段、濃縮段和氧化段。濃縮段的主要作用是降低煙氣溫度和濃縮硫酸銨溶液，使其達(dá)到過飽和并形成含固量10%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硫酸銨漿液，然后由結(jié)晶泵輸送至后系統(tǒng)進(jìn)行離心、干燥、包裝制得產(chǎn)品硫酸銨。吸收段的主要作用是將脫硫劑亞硫酸銨和部分溶解氨噴淋吸收煙氣中的二氧化硫，并除去煙氣中夾帶的水滴后將煙氣排出脫硫系統(tǒng)。氧化段的主要作用是將亞硫酸銨經(jīng)氧化生成不飽和硫酸銨溶液，并通過一級(jí)泵向濃縮段間歇補(bǔ)充生成的硫酸銨漿稀溶液。

氧化風(fēng)從氧化段底部一級(jí)布風(fēng)管均勻進(jìn)入氧化段，經(jīng)4層篩板2次打散，氧化風(fēng)與氧化段漿液充分混合并達(dá)到一定停留時(shí)間后，乏氣通過氧化段頂部倒U形管進(jìn)入濃縮段；乏氣進(jìn)入濃縮段二級(jí)布風(fēng)管后，均勻地向濃縮段曝氣，將系統(tǒng)中生成的硫酸銨結(jié)晶顆粒懸浮在漿液中，使其不沉降凝結(jié)在濃縮段底部；曝氣后的乏氣最終與煙氣一起排出系統(tǒng)。漿液通過濃縮段底部回流管回流至循環(huán)槽，經(jīng)攪拌器攪拌均勻后由二級(jí)泵升壓至濃縮段頂部的二級(jí)噴淋管均勻無死角噴淋下來。噴淋層外圓直接噴淋至塔壁耐磨板上，以降低塔壁防腐層溫度，并使煙氣無法繞過噴淋死角進(jìn)入吸收段。噴淋后的漿液在下降過程中充分接觸干熱煙氣，在降溫?zé)煔獾耐瑫r(shí)蒸發(fā)掉漿液中的水分，達(dá)到不斷濃縮漿液的目的，降溫后的漿液落入濃縮段底部后通過自流重新返回循環(huán)槽進(jìn)入下一循環(huán)。

2　濃縮段出現(xiàn)的問題

由于最外層二級(jí)噴淋在塔壁耐磨板上的飽和硫酸銨漿液在順著塔壁流下過程中接觸干熱煙氣后，受塔壁與塔內(nèi)溫度差影響致使硫酸銨附著在塔壁上，漿液不斷噴淋和凝結(jié)，使塔壁附著層越來越厚，最終形成塔壁掛料。

氧化段向濃縮段補(bǔ)充硫酸銨漿液時(shí)，設(shè)有對(duì)濃縮段頂部噴淋沖洗的稀硫酸銨上副線和對(duì)塔壁沖洗的稀硫酸銨下副線，其作用是在補(bǔ)充不飽和漿液的同時(shí)對(duì)濃縮段煙氣夾帶硫酸銨晶體附著頂部進(jìn)行沖洗溶解，對(duì)塔壁掛料沖洗溶解，但運(yùn)行效果并不理想。自2011年煙氣脫硫裝置運(yùn)行以來，出現(xiàn)3次緊急停運(yùn)事故，都是因?yàn)樗趻炝隙氯亓骺诩耙缌骺?，造成濃縮段硫酸銨漿液漫過煙道口流入原煙道而被迫停車。于2012年3月發(fā)生的溢流事故造成鍋爐1臺(tái)引風(fēng)機(jī)軸承變形，電流高起跳，導(dǎo)致1#鍋爐緊急停運(yùn)，生產(chǎn)裝置大幅緊急減負(fù)荷運(yùn)行。高固含量的硫酸銨漿液長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，甚至?xí)斐啥?jí)噴淋管支管管道堵塞、回流管回流閥卡死以及二級(jí)泵進(jìn)口濾網(wǎng)堵塞等問題。在多次裝置停運(yùn)開塔檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)硫酸銨掛料面積甚至大至4 m2左右、厚200 mm，二級(jí)布風(fēng)管均一定程度被塔壁掛料砸斷，二級(jí)布風(fēng)管支持鋼梁表面防腐層被多次砸壞，部分支撐鋼梁被漿液腐蝕。塔壁掛料問題已嚴(yán)重影響了煙氣脫硫裝置安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，同時(shí)給煙氣達(dá)標(biāo)排放帶來極大的環(huán)保壓力。

3　原因分析

（1）在正常運(yùn)行情況下，氧化段硫酸銨相對(duì)密度控制在1.12～1.18，其溶解硫酸銨質(zhì)量濃度在200～400 g/L；在該運(yùn)行狀態(tài)下，濃縮段飽和硫酸銨質(zhì)量濃度在550 g/L左右。氧化段硫酸銨溶液密度越高，黏度越大，在接觸面一定的情況下，溶解硫酸銨的能力越低。原本氧化段已溶解較高濃度的硫酸銨，在噴淋過程中與濃縮段塔壁夾帶結(jié)晶顆粒的過飽和溶液混合后再對(duì)塔壁沖洗溶解，因此作用非常有限，根本無法滿足溶解塔壁掛料的要求。

（2）由于煙道進(jìn)口距濃縮段底部高度2.0 m，回流管頂部溢流管高度1.6 m。2臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵運(yùn)行，在回流閥全開的情況下，濃縮段液位基本能保持在1.2 m左右，一旦回流管被堵塞，濃縮段液位很快升至1.6 m，會(huì)出現(xiàn)溢流。如果溢流管出現(xiàn)堵塞或者回流管堵塞等情況，濃縮段液位很快高于2.0 m；而正常運(yùn)行情況下，濃縮段根本無任何可監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù)來反饋其液位高低，唯一能判斷液位的只有根據(jù)循環(huán)槽液位波動(dòng)趨勢(shì)來估計(jì)濃縮段液位高低。

（3）運(yùn)行初期，廢氨水中的尿素、煙氣中雜質(zhì)等成分導(dǎo)致循環(huán)槽中泡沫較多，超聲波液位計(jì)有時(shí)很難正常監(jiān)測(cè)循環(huán)槽液位；加之二級(jí)泵液位低聯(lián)鎖保護(hù)，使循環(huán)槽液位低至2.5 m后，稀硫酸銨上副線自動(dòng)全開向濃縮段補(bǔ)料。如果濃縮段出現(xiàn)回流受阻，循環(huán)槽液位就會(huì)很快降低，濃縮段液位也隨之升高，一旦操作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，稀硫酸銨上副線全開后，短短幾分鐘內(nèi)漿液就會(huì)漫過煙道口，造成系統(tǒng)停運(yùn)事故。另外，由于原設(shè)計(jì)初濃縮段塔壁溫度計(jì)位置安裝在二級(jí)噴淋層上部，塔壁掛料后，塔壁溫度降低根本無法顯示出來，更無法判斷塔壁掛料情況。

4　改進(jìn)思路及措施

要從根本上解決解決塔壁掛料問題首先應(yīng)考慮如何將掛料溶解，且溶劑的選擇是關(guān)鍵。實(shí)踐證明，目前所采用氧化段稀硫酸銨作為溶劑是不可行的，只能用清水作為溶劑。其次，應(yīng)設(shè)置一種穩(wěn)定持續(xù)操作模式，使塔壁生成的硫酸銨積料能定時(shí)被溶解，使其不會(huì)不斷加厚加重。由于受操作人員操作能力影響差異較大，人工定期定時(shí)開關(guān)塔壁沖洗水的定時(shí)定量穩(wěn)定性較差，故考慮將硫酸銨副線電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改為定時(shí)定量開關(guān)閥門，改善沖洗頻率和時(shí)間。另外，采用儀表顯示濃縮段液位，使操作人員能隨時(shí)監(jiān)視液位及塔壁溫度變化，可提前做出處理，也能較大程度地減少掛料帶來的事故隱患。通過在耐磨板底部位置增加溫度測(cè)點(diǎn)，將信號(hào)輸入操作系統(tǒng)中，操作人員可通過增加的溫度測(cè)點(diǎn)與原溫度測(cè)點(diǎn)顯示值對(duì)比，如發(fā)現(xiàn)溫度相差較大，說明塔壁已有掛料產(chǎn)生，便于及時(shí)對(duì)其沖洗溶解處理。在二級(jí)布風(fēng)管如塔倒U形管上增加壓力測(cè)點(diǎn)，通過壓力與密度關(guān)系初步能計(jì)算出濃縮段液位。

將原塔壁沖洗水改為工藝補(bǔ)水，補(bǔ)水電動(dòng)閥設(shè)置為每30 min開啟對(duì)塔沖洗1 min，設(shè)置投運(yùn)和切除鍵，便于操作人員根據(jù)運(yùn)行情況來調(diào)整，閥門開關(guān)時(shí)間和沖洗時(shí)間根據(jù)運(yùn)行情況由工藝技術(shù)員對(duì)其設(shè)置調(diào)整。在二級(jí)布風(fēng)管進(jìn)口增加壓力測(cè)點(diǎn)，并引入操作系統(tǒng)，通過檢測(cè)壓力趨勢(shì)變化，及時(shí)對(duì)回流管進(jìn)行正反沖洗或者停運(yùn)二級(jí)泵。另外，在運(yùn)行操作方面，規(guī)定系統(tǒng)運(yùn)行7 d后進(jìn)行1次濃縮段徹底化料，將原飽和漿液化至相對(duì)密度1.22左右并保持1 h以上，其目的是將塔內(nèi)管壁及噴頭積料徹底溶解，避免二級(jí)噴淋管堵塞影響裝置運(yùn)行。

5　結(jié)語

改進(jìn)后，2013至2014年度運(yùn)行情況良好，再未出現(xiàn)過濃縮段漿液倒流入煙道事故，塔壁掛料得到有效控制。多次停運(yùn)檢查，二級(jí)布風(fēng)管斷裂情況得到明顯改善，二級(jí)噴淋管堵塞情況得到有效控制，二級(jí)循環(huán)量長(zhǎng)期穩(wěn)定、恒定在一定范圍內(nèi)，結(jié)晶顆粒也有所改善。

收稿日期（2015-04-08）