脫硫塔漿液噴淋系統(tǒng)存在問題的原因分析及改進(jìn)措施

周 明

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海200540)

脫硫塔漿液噴淋系統(tǒng)存在問題的原因分析及改進(jìn)措施

周 明

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海200540)

脫硫脫硝項(xiàng)目投用后，漿液噴淋系統(tǒng)存在漿液噴淋分布不均、噴淋效果差、急冷噴淋噴嘴折斷等問題，分析產(chǎn)生的原因，認(rèn)為主要是系統(tǒng)缺少壓力控制措施造成的，通過加裝壓力調(diào)節(jié)控制閥門，問題得到了解決。

漿液噴淋 壓力不均 噴嘴折斷 原因分析 改進(jìn)措施

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)烯烴部3號烯烴裝置的兩臺超高壓蒸汽鍋爐是上海石化700 kt/a乙烯裝置的關(guān)鍵動力設(shè)備，為乙烯裝置主壓縮機(jī)驅(qū)動汽輪機(jī)提供超高壓蒸汽。自2015年10月1日起，鍋爐開始執(zhí)行國家大氣污染物排放限值，因此對兩臺超高壓蒸汽鍋爐煙氣排放系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加脫硫脫硝系統(tǒng)。該項(xiàng)目于2015年9月下旬動工，A爐和B爐分別于2016年5月20日和6月12日改造完成并投入使用。

1 脫硫塔漿液噴淋系統(tǒng)工藝流程簡述

上海石化烯烴部脫硫脫硝裝置采用兩爐一塔形式，兩臺鍋爐尾部的煙氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)加壓后，煙氣在洗滌吸收塔前匯合進(jìn)入到同一洗滌吸收塔。洗滌吸收塔前設(shè)有水平入口段，來自鍋爐的煙氣在進(jìn)入洗滌吸收塔前先進(jìn)入水平入口段。入口段設(shè)有急冷降溫漿液噴淋噴嘴，漿液經(jīng)過噴淋噴嘴形成水霧，將整個入口段截面封住，煙氣與水霧同向，煙氣在此過程中被飽和、降溫，同時(shí)煙氣中一部分二氧化硫以及煙塵一同被洗滌下來。被冷卻的飽和煙氣經(jīng)水平入口段進(jìn)入到洗滌吸收塔，煙氣在分布板導(dǎo)流作用下由水平方向轉(zhuǎn)豎直向上，與吸收噴淋噴嘴噴下的霧化液滴接觸，在此區(qū)域形成氣液充分混合的高效吸收區(qū)，二氧化硫溶于噴淋漿液并與漿液中的堿性物質(zhì)反應(yīng)而被脫除。此區(qū)域亦是氣固充分混合的高效截留區(qū)，噴淋小液滴通過碰撞、截留、擴(kuò)散截取等作用將潤濕的煙塵洗滌下來，使煙氣得到凈化。為更有效地除去煙氣中的煙塵，在吸收區(qū)上方設(shè)有文丘里除塵組件，進(jìn)行強(qiáng)化除塵。煙氣流經(jīng)除塵組件，煙氣被加速，使氣、液、固三相相互碰撞、截留、擴(kuò)散截取等作用更加明顯，進(jìn)一步增強(qiáng)了除塵的效果。

煙氣經(jīng)過吸收區(qū)豎直向上，經(jīng)過吸收區(qū)上方除霧器除霧后的凈化煙氣，經(jīng)煙道進(jìn)入煙囪排入大氣。

急冷降溫噴淋及塔內(nèi)吸收噴淋漿液由共同的塔底漿液循環(huán)泵提供，另有少部分漿液外排。塔釜內(nèi)設(shè)溢流口，在溫度異常升高時(shí)補(bǔ)充冷卻水，并溢流排放至污水中和池。

漿液噴淋系統(tǒng)主要分為兩部分，即急冷降溫噴淋和吸收噴淋。洗滌吸收塔水平入口段設(shè)計(jì)有急冷降溫噴淋系統(tǒng)，在洗滌吸收塔內(nèi)設(shè)計(jì)安裝有3層吸收噴淋層；脫硫系統(tǒng)的循環(huán)噴淋漿液均由3臺漿液循環(huán)泵(兩用一備，參數(shù)見表1)提供。

表1 漿液循環(huán)泵參數(shù)

洗滌吸收塔底部儲存一定量漿液，經(jīng)漿液循環(huán)泵增壓后分兩路送到塔入口段的急冷降溫噴嘴和吸收段的吸收噴嘴，其中降溫噴嘴將漿液霧化，并與煙氣充分接觸使煙氣飽和降溫，大部分漿液通過吸收噴嘴將大量漿液霧化，噴淋到煙氣中，將二氧化硫和煙塵除去，達(dá)到脫除污染物的目的。

2 漿液噴淋系統(tǒng)存在的問題

洗滌吸收塔及漿液循環(huán)系統(tǒng)基建施工完成后，進(jìn)行開車前的水循環(huán)調(diào)試試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在一些問題，在后續(xù)投用過程中及運(yùn)行至2017年3月停車檢查時(shí)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了不少問題。

2.1 各層漿液噴淋噴嘴的入口壓力相差大

在漿液系統(tǒng)試驗(yàn)及運(yùn)行過程中，洗滌吸收塔3層漿液噴淋噴嘴的入口壓力一直相差很大，超出設(shè)計(jì)方提供的噴淋噴嘴壓力(0.1～0.2 MPa)。試驗(yàn)過程中，下層壓力為0.20 MPa時(shí)，中間層只有0.05 MPa，上層壓力幾乎為0，造成噴嘴噴淋后形成的噴淋覆蓋率極不均衡，上層覆蓋率太小，幾乎沒有，下層覆蓋率太大，中間層覆蓋率偏小，無法保證3層同時(shí)達(dá)到合理、有效的噴淋覆蓋率[1]。噴淋覆蓋率小，無法噴淋覆蓋到全部煙氣，除塵效果差；噴淋覆蓋率太大，漿液直接噴射在洗滌吸收塔筒體上，直接沖刷塔體，同時(shí)急冷噴淋降溫處的壓力更高(0.30 MPa)，對水平煙道底部的沖刷更大。

2.2 急冷噴淋處噴嘴大量折斷

2017年3月，漿液噴淋系統(tǒng)運(yùn)行10個月后，停車入塔進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)急冷噴淋處噴嘴損壞嚴(yán)重，有13只發(fā)生了折斷現(xiàn)象，急冷噴淋漿液管線、支架上積聚了大量堅(jiān)硬的灰垢。檢查情況與投用前的狀況可以從圖1～4中進(jìn)行對照。

圖1 使用前的急冷噴嘴 圖2 急冷噴嘴折斷情況

圖3 使用前的管線、支架 圖4 管線、支架積灰垢情況

3 原因分析

3.1 缺少流量和壓力控制系統(tǒng)，導(dǎo)致壓力分布不均

由于整個漿液循環(huán)系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)時(shí)沒有流量和壓力控制系統(tǒng)，洗滌吸收塔3層漿液噴淋噴嘴進(jìn)料管線每層存在1.5 m的高度落差，漿液輸送管線的管徑都是相同的，使噴淋漿液產(chǎn)生很大的偏流現(xiàn)象，造成各層噴嘴的入口壓力相差很大，底層高、上層低；同時(shí)急冷噴淋降溫處又比底層漿液噴淋處位置低9 m，造成該處的壓力更高，對水平煙道底部的沖刷更大。從水循環(huán)試驗(yàn)的情況看，當(dāng)噴淋點(diǎn)壓力控制在0.10～0.12 MPa時(shí)，噴淋覆蓋效果最佳。當(dāng)漿液噴淋噴嘴安裝后，能對噴淋覆蓋率起決定作用的就是噴淋點(diǎn)的漿液壓力，而該裝置漿液噴淋系統(tǒng)壓力沒有控制手段，唯一的方法是通過調(diào)整泵出口閥門的開度，但只能滿足一個噴淋點(diǎn)的壓力，無法兼顧其他3處。

根據(jù)其他企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，噴淋漿液直接沖刷筒體危害巨大，類似的裝置由于漿液噴淋層壓力控制不合理，壓力過高，噴淋覆蓋率太大，導(dǎo)致脫硫洗滌吸收塔投用3個月后，塔體內(nèi)壁防腐玻璃鱗片被沖壞，筒體被嚴(yán)重沖刷，沖蝕腐蝕減薄超過10 mm，超過了塔體壁厚的一半，后果相當(dāng)嚴(yán)重。

為解決各噴淋點(diǎn)壓力分布不均的問題，投用前在漿液循環(huán)泵出口管線上增加限流孔板，在底層、中層及降溫層噴淋管線上也增加了限流孔板，設(shè)法來控制各層漿液噴淋的壓力。由于限流孔板設(shè)計(jì)有偏差，各層漿液噴淋點(diǎn)的壓力分布改善程度有限，沒有達(dá)到很好的效果。限流孔板增設(shè)情況及壓力分布變化見表2。

表2 增加限流孔板后各噴淋點(diǎn)壓力

3.2 急冷噴淋處噴嘴折斷的原因

急冷降溫噴嘴折斷是由多種因素共同作用造成的，與噴嘴的結(jié)構(gòu)、結(jié)垢程度、安裝位置方向、噴淋漿液壓力、材質(zhì)等各種因素密切相關(guān)。

3.2.1 噴嘴的結(jié)構(gòu)

噴嘴的結(jié)構(gòu)是較為纖細(xì)的螺旋形狀，抗彎能力差，使得急冷噴淋噴嘴容易發(fā)生被折斷現(xiàn)象。

3.2.2 噴嘴結(jié)垢

急冷降溫噴嘴、噴淋漿液輸送管線、支架外壁積聚的灰垢，主要原因是經(jīng)過噴氨脫硝反應(yīng)的煙氣在急冷降溫噴淋區(qū)域，遇到大量潮濕霧化的噴淋漿液而沉積下來，積聚在噴嘴、管線、支架上，煙氣中的大量灰塵在噴嘴上不斷結(jié)聚，形成一個巨大的灰垢坨。當(dāng)堅(jiān)硬的灰垢積聚到一定程度，灰垢產(chǎn)生的重力，就可能造成噴嘴發(fā)生折斷現(xiàn)象。

3.2.3 噴嘴安裝位置方向

急冷降溫噴嘴是水平安裝的，積聚了大量灰垢的噴嘴在重力的作用下，噴嘴根部應(yīng)力集中，向下彎曲發(fā)生折斷現(xiàn)象。同樣的噴嘴垂直安裝在吸收噴淋區(qū)，所有噴嘴沒有發(fā)生折斷現(xiàn)象。

3.2.4 噴淋漿液壓力

急冷噴淋處漿液的壓力特別高(0.18 MPa)，積聚了大量灰垢的噴嘴，在急冷噴淋漿液噴淋的反作用力沖擊下，更容易發(fā)生折斷現(xiàn)象。

3.2.5 噴嘴材質(zhì)

急冷降溫噴淋噴嘴使用的材料為碳化硅陶瓷，優(yōu)點(diǎn)是耐磨、耐腐蝕和硬度高，缺點(diǎn)是斷裂韌性較低、脆性較大、容易折斷。碳化硅的抗彎強(qiáng)度為15.5 MPa[2],鑄鐵的抗彎強(qiáng)度相當(dāng)于其抗拉強(qiáng)度的1.6～1.9倍，為280～650 MPa[3],顯然碳化硅的抗彎強(qiáng)度還不到鑄鐵抗彎強(qiáng)度的1/18，噴嘴材質(zhì)特性決定了噴淋噴嘴容易發(fā)生折斷現(xiàn)象。

4 改進(jìn)措施及效果

2017年3月，脫硫洗滌吸收塔停用，設(shè)計(jì)方與使用方共同制定了整改方案，在各路漿液噴淋點(diǎn)前加裝調(diào)節(jié)控制閥門，用以調(diào)節(jié)壓力，具體加裝點(diǎn)的情況如表3所示。

對于損壞的急冷噴淋噴嘴全部進(jìn)行了更換，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格控制急冷噴淋噴嘴的壓力，噴淋壓力由原來的0.18 MPa降到0.10 MPa，這將大大減少急冷噴淋噴嘴折斷的概率。

表3 閥門加裝及調(diào)整前后各噴淋點(diǎn)壓力情況

通過在各噴淋點(diǎn)加裝壓力調(diào)節(jié)控制閥門，各路噴淋點(diǎn)的壓力得到了很好的控制，可以根據(jù)裝置運(yùn)行的具體要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使3層漿液噴淋壓力的控制在0.10～0.12 MPa的最佳噴淋壓力狀態(tài)下。每層的噴淋效果都得到了改善，排放煙氣的指標(biāo)達(dá)到要求，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。特別是急冷降溫噴淋處的壓力得到了很好的控制，可以有效地減少急冷降溫噴淋對水平煙道的沖蝕；同時(shí)避免由于急冷噴淋壓力過高造成噴嘴的折斷，具體效果待下一次停車檢查時(shí)再驗(yàn)證。

5 結(jié)語

脫硫塔漿液循環(huán)系統(tǒng)噴淋壓力分布不均、急冷噴淋噴嘴折斷等問題，通過增加壓力控制閥門、控制急冷噴淋壓力、更換急冷噴嘴等措施，得到了有效的改善，系統(tǒng)投用后運(yùn)行狀況良好，調(diào)整方便，證明脫硫塔停車整改取得了理想的效果，解決了前期運(yùn)行中存在的問題，為裝置長周期安穩(wěn)運(yùn)行提供了保障。同時(shí)對急冷降溫噴嘴材料的選用也提出了新的課題，包括對噴嘴的檢查，特別是急冷降溫噴嘴的檢查、更換周期也要進(jìn)行合理的安排，這是下一步需要繼續(xù)改進(jìn)的方向。

[1] 周山明，金寶升，孫志翱.噴淋脫硫塔噴嘴外流動數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[J].熱能動力工程，2007，22(6)：673-676.

[2] 李纓,黃鳳萍,梁振海.碳化硅陶瓷的性能與應(yīng)用[J].陶瓷,2007(5)：36-41.

[3] 束德林.工程材料力學(xué)性能[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

Cause Analysis and Improvement Measures of the Problems in the
Spraying System of Desulfurization Tower

Zhou Ming

(OlefinsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

After the desulfurization and denitrification project was launched for use,there are several problems existing in the slurry spray system such as uneven distribution of slurry spray pressure,poor spraying effect,and breakage of quenching spray nozzle.Based on analysis,the main reason was considered to be lack of pressure control measures in the system.Through the installation of pressure control valve,the problems were resolved.

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2017-04-07。

周明，男，1966年出生，1988年畢業(yè)于華東化工學(xué)院化工機(jī)械系流體機(jī)械專業(yè)，工程師，長期從事石油化工設(shè)備管理工作。

1674-1099 (2017)03-0039-04

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