一種降低尾氣脫硫塔阻力的方法

朱培春，李明榮

（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南昆明 650113）

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，硫酸生產(chǎn)裝置增加尾氣脫硫系統(tǒng)已成為行業(yè)降低尾氣排放的有效方法。在氨法尾氣脫硫系統(tǒng)中，隨著使用年限的增加，填料層被硫酸銨結(jié)晶物堵塞造成系統(tǒng)阻力上升。硫酸裝置系統(tǒng)阻力上升，是影響硫酸裝置長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。阻力上升不僅增加了硫酸裝置的運(yùn)行成本，同時(shí)也增加硫酸裝置的運(yùn)行能耗。根據(jù)云南三環(huán)中化化肥有限公司2 套800 kt/a 硫酸裝置尾氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行阻力上升原因分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，技術(shù)人員采用鍋爐定排水作為沖洗水，使用酸洗填料層的方法來(lái)降低尾氣脫硫塔的阻力。

1 硫酸裝置尾氣脫硫系統(tǒng)介紹

硫酸裝置尾氣脫硫系統(tǒng)在2013 年8 月建成投用，主要承擔(dān)2 套800 kt/a 硫酸裝置的尾氣脫硫任務(wù)。該系統(tǒng)采用氨法脫硫工藝，即SO2與氨水（NH4OH）反應(yīng)生成亞硫酸氫氨（NH4HSO3），再進(jìn)入氧化塔中進(jìn)一步氧化生成硫酸銨[(NH4)2SO4]。尾氣脫硫工藝流程見(jiàn)圖1。

尾氣脫硫塔是尾氣脫硫的核心設(shè)備，采用塔槽一體結(jié)構(gòu)，下層為脫硫循環(huán)槽，中層為SO2吸收段，上層為除霧段。尾氣脫硫塔內(nèi)尾氣中SO2與脫硫液逆向接觸在填料層被除去，脫硫后氣體經(jīng)頂部電除霧器除霧后送入煙囪排放。除霧器頂部采用工藝水對(duì)填料層進(jìn)行自動(dòng)沖洗。吸收段采用聚丙烯（PP）材質(zhì)波紋填料。

公司2 套800 kt/a 硫酸裝置共用1 套尾氣脫硫塔。尾氣脫硫塔阻力上升后需要對(duì)2 套硫酸裝置進(jìn)行停車(chē)處理，且填料更換消耗時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行影響較大。近年來(lái)尾氣脫硫塔運(yùn)行中阻力變化情況見(jiàn)表1。

圖1 尾氣脫硫工藝流程

表1 尾氣脫硫塔運(yùn)行中阻力變化情況

由表1 可知：尾氣脫硫塔投用至今阻力不斷上升，最高為3.70 kPa。

2 尾氣脫硫塔阻力上升原因分析

使用過(guò)程中，尾氣脫硫塔阻力上升主要原因有：①尾氣脫硫塔沖洗水采用工藝水，工藝水水質(zhì)較差，含有部分淤泥，進(jìn)入系統(tǒng)后易造成填料層或分液器孔板堵塞；②脫硫液不斷濃縮形成結(jié)晶物，結(jié)晶物附著在填料層的孔板中，使氣路堵塞造成整體填料層阻力上升。硫酸銨晶體無(wú)法通過(guò)加大循環(huán)量來(lái)進(jìn)行清洗，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，被堵塞的空洞逐漸增多，由點(diǎn)即面對(duì)整個(gè)填料層的吸收影響較大，系統(tǒng)阻力不斷增加。脫硫系統(tǒng)需加大風(fēng)機(jī)風(fēng)壓才能保證高負(fù)荷運(yùn)行，增加了運(yùn)行成本。

2018 年尾氣脫硫循環(huán)泵出口流量逐步下降。技術(shù)人員對(duì)尾氣脫硫泵進(jìn)口濾板進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)濾板表面附著大量呈淡黃色結(jié)晶物，濾板孔洞被嚴(yán)重堵塞。對(duì)結(jié)晶物進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可見(jiàn)：結(jié)垢物主要成分是硫酸銨，同時(shí)含有大量鈣鎂鐵離子。這說(shuō)明在結(jié)垢物的組成中除硫酸銨有貢獻(xiàn)外，工藝水中雜質(zhì)對(duì)結(jié)垢物的組成也有貢獻(xiàn)。2018 年2 套硫酸裝置同時(shí)停車(chē)，對(duì)尾氣脫硫塔進(jìn)行檢查，在填料層中發(fā)現(xiàn)淡黃色的硫酸銨顆粒附著在填料層上。

表2 尾氣脫硫塔內(nèi)結(jié)晶物分析結(jié)果 w/%

尾氣脫硫塔中脫硫液在循環(huán)過(guò)程中逐漸被氧化形成硫酸銨結(jié)晶物，在經(jīng)過(guò)尾氣脫硫循環(huán)泵進(jìn)口濾板和尾氣脫硫塔內(nèi)填料層時(shí)附著在孔洞上，當(dāng)晶體逐漸變大形成顆粒物，最終堵塞孔洞造成脫硫循環(huán)泵出口流量下降、尾氣脫硫塔阻力上升。脫硫循環(huán)液流量下降后影響脫硫效果，且泵負(fù)荷過(guò)大出現(xiàn)震動(dòng)情況；脫硫塔阻力上升使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行成本增加，同時(shí)對(duì)玻璃鋼材質(zhì)的尾氣脫硫塔存在較大的安全隱患。

3 尾氣脫硫塔系統(tǒng)阻力優(yōu)化的措施

針對(duì)脫硫塔阻力上升問(wèn)題，技術(shù)人員認(rèn)真分析總結(jié)，采取了一系列優(yōu)化措施。

3.1 尾氣脫硫塔沖洗水改為硫酸鍋爐排污水

硫酸鍋爐定期排污水通常被用作脫鹽水補(bǔ)水或硫酸循環(huán)水進(jìn)行回收。鍋爐排污水與工藝水分析比對(duì)情況見(jiàn)表3。

由表3 可見(jiàn)：鍋爐排污水中鈉離子、磷酸根含量較高，排污水電導(dǎo)率、二氧化硅、氯離子、濁度、總硬度均比工藝水低，整體水質(zhì)好于工藝水。采用鍋爐排污水代替工藝水加入尾氣脫硫塔，可使尾氣脫硫塔補(bǔ)水及噴淋水水質(zhì)提高，不容易堵塞噴頭及泵進(jìn)口濾板，減少雜質(zhì)在塔內(nèi)填料的沉積，有利于緩解尾氣脫硫塔阻力上升。

表3 鍋爐排污水和工藝水分析對(duì)比

3.2 采用低濃度鹽酸對(duì)尾氣脫硫塔填料進(jìn)行清洗

由于公司2 套硫酸裝置共用尾氣脫硫塔，尾氣脫硫塔檢修時(shí)間較少，一般情況2～3 年才能有檢修機(jī)會(huì)。尾氣脫硫塔運(yùn)行至2020 年5 月，阻力已上升至3.7 kPa，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行。利用硫酸裝置停車(chē)機(jī)會(huì)，技術(shù)人員采用低濃度鹽酸對(duì)尾氣脫硫塔填料層進(jìn)行清洗。酸洗步驟及方法如下：

1）提前拆除尾氣脫硫塔1.5 m 以下儀表。

2）提前將硫酸銨溶液存入氧化塔、硫酸銨槽，氧化塔、硫酸銨槽液位保持上限，用作開(kāi)車(chē)母液。

3）停車(chē)并關(guān)閉尾氣脫硫塔進(jìn)口煙氣閥，停尾氣脫硫泵，并用硫酸銨泵將硫酸銨液送走，待尾氣脫硫塔液位約0.7 m 時(shí)停送。

4）開(kāi)底部排液閥，將尾氣脫硫塔底部硫酸銨液全部排入圍堰內(nèi)。

5）將分液槽、底部硫酸銨液沖干凈后，封孔，并將尾氣脫硫塔內(nèi)液位控制在1.0 m。

6）沖洗完成后，先進(jìn)水提高脫硫塔內(nèi)液位，控制在1.0 m，從底部排液閥加入鹽酸。

7）配置w(HCl)4%～8% 鹽酸，提前聯(lián)系酸車(chē)到現(xiàn)場(chǎng)。尾氣脫硫塔截面積為58 m2，液位在1.2 m，需w(HCl)30% 鹽酸9.3 t。

8）配藥時(shí)先通過(guò)1 臺(tái)尾氣脫硫泵運(yùn)行混合藥劑，進(jìn)完藥劑后2 臺(tái)尾氣脫硫泵運(yùn)行，酸洗循環(huán)時(shí)間為4～6 h。

9）清洗過(guò)程中，每1 h 取樣分析鹽酸濃度，以便補(bǔ)充藥劑，w(HCl) 不能低于1%。

10）清洗完成后，將廢液排入圍堰內(nèi)，排廢液前需在尾氣脫硫塔加氨水中和。

11）廢液至人孔以下，開(kāi)打人孔檢查較果。

12）廢液排完后，再次檢查、封孔。進(jìn)脫硫母液并調(diào)整液位、pH 值正常，以便開(kāi)車(chē)。

化學(xué)清洗前先對(duì)填料層進(jìn)行采樣，以便清洗前后效果對(duì)比。

3.3 酸洗優(yōu)化后裝置壓降變化

酸洗優(yōu)化后尾氣脫硫裝置阻力變化見(jiàn)表4。

表4 酸洗優(yōu)化后裝置阻力變化情況

由表4 可見(jiàn)：系統(tǒng)阻力最高在4.60 kPa，2019年采用鍋爐排污水代替工藝水對(duì)填料層進(jìn)行自動(dòng)沖洗后，系統(tǒng)阻力降至4.10 kPa ；2020 年采取酸洗填料層的優(yōu)化措施后，系統(tǒng)阻力降至3.20 kPa左右。

4 結(jié)論

4.1 減少風(fēng)機(jī)蒸汽消耗

通過(guò)對(duì)尾氣脫硫塔內(nèi)填料進(jìn)行酸洗，相同負(fù)荷下風(fēng)機(jī)蒸汽消耗得到減少。根據(jù)廠家提供的KK&K風(fēng)機(jī)性能特性圖及數(shù)據(jù)表，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)總阻力降低1 kPa 即KK&K 風(fēng)機(jī)出口壓力降低1 kPa，風(fēng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)功率可降低約73 kW/h，降低蒸汽消耗0.98 t/h。

4.2 降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行成本

電費(fèi)按0.35 元/kWh 計(jì)算，裝置總阻力降低1 kPa，運(yùn)行費(fèi)用可降低約20.4 萬(wàn)元/a。鍋爐排污水替換工藝水后，裝置阻力下降約0.50 kPa ；酸洗填料后，裝置阻力下降1.00 kPa，運(yùn)行費(fèi)用可降低30.6 萬(wàn)元/a。

技術(shù)人員將硫酸尾氣脫硫塔沖洗水改為鍋爐排污水，解決了工藝水水質(zhì)差的問(wèn)題。采用低濃度鹽酸尾氣脫硫塔填料進(jìn)行酸洗，可將堵塞填料層的硫酸銨進(jìn)行清除。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較短，目前無(wú)法確認(rèn)酸洗對(duì)尾氣脫硫塔中填料的影響，還需繼續(xù)觀察。從目前運(yùn)行情況看，低濃度酸洗填料降低了尾氣脫硫塔阻力，可滿(mǎn)足硫酸裝置長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行的要求。