淺談規(guī)整填料在硫磺制酸裝置上的應(yīng)用

馬付云

（云南磷化集團有限公司，云南昆明 650600）

云南磷化集團有限公司（以下簡稱云南磷化）1套800 kt/a硫磺制酸裝置配套835項目建設(shè)，以固體硫磺為原料，采用“3+1”二轉(zhuǎn)二吸+低溫熱回收工藝生產(chǎn)硫酸[1]。副產(chǎn)的中壓過熱蒸汽用于驅(qū)動透平機組，帶動空氣鼓風(fēng)機向系統(tǒng)供氧，并用于發(fā)電機組發(fā)電，實現(xiàn)了余熱資源綜合利用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。主產(chǎn)品硫酸供300 kt/a飼料級磷酸鈣裝置使用，裝置尾氣排放ρ(SO2)≤400 mg/m3，低于國家標準排放限值[2]。硫酸裝置配套的干燥塔尺寸φ7 670 mm×17 600 mm，填料高度為5 000 mm，分酸器為管式分酸器，塔頂設(shè)置金屬絲網(wǎng)除沫器，酸循環(huán)采用獨立循環(huán)槽。為了確保系統(tǒng)水平衡和合理控制液位，在干燥酸泵、二吸酸泵、高溫酸泵上酸管處增加了串酸管。

1 干燥塔現(xiàn)狀

在干燥塔運行過程中發(fā)現(xiàn)填料層阻力上升，絲網(wǎng)除沫器壓差下降，干燥塔整體阻力上升的情況。從視鏡處觀看塔內(nèi)情況，一側(cè)空氣帶液明顯，另一側(cè)比較干凈，判斷干燥塔一側(cè)有氣體走短路的情況。在該狀況下運行，增加了絲網(wǎng)除沫器負荷，縮短了絲網(wǎng)除沫器的使用壽命，導(dǎo)致了絲網(wǎng)除沫器穿孔。運行過程中干燥塔阻力變化情況見表1。

表1 干燥塔阻力變化統(tǒng)計

干燥塔填料為散堆填料，正常情況100%負荷整塔壓差7 kPa，當填料和金屬絲網(wǎng)除沫器故障時，整塔壓差上升至8.5 kPa，且是在絲網(wǎng)除沫器壓差下降的情況下；93%負荷時整塔壓差和正常時的壓差接近；負荷往下降，塔北面空氣帶液明顯減少，硫爐進口取樣管酸滴消除。結(jié)合上述塔內(nèi)情況，確認為干燥塔內(nèi)部分磁環(huán)出現(xiàn)粉碎現(xiàn)象，局部氣速過快，絲網(wǎng)除沫器有局部穿孔。根據(jù)該情況計劃篩分或更換填料。根據(jù)裝置情況和下游工序生產(chǎn)情況，考慮從降低能耗方面著手，分析透平機組用汽情況。硫酸廠透平機組用汽統(tǒng)計見表2。

表2數(shù)據(jù)收集過程中，裝置運行平穩(wěn)數(shù)據(jù)具有分析、參考意義，從表2中數(shù)據(jù)看硫酸負荷由98%至100%時透平機組進氣量增幅較大。同時統(tǒng)計了不同負荷下透平機組用汽變化時發(fā)電量的變化情況，結(jié)果見表 3。

表2 硫酸廠透平機組用汽統(tǒng)計

表3 不同負荷下發(fā)電量的變化統(tǒng)計

從表3可以看出，發(fā)電機組發(fā)電量受背壓壓力和裝置負荷影響。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論：90%以下的負荷時發(fā)電量不小于50 kWh/t；裝置負荷大于90%時，用汽量增大，發(fā)電量下降至小于45 kWh/t，降低系統(tǒng)阻力是降低能耗的關(guān)鍵因素[5]。

2 技改思路

填料按裝填形式可分為散堆填料和規(guī)整填料。原干燥塔使用的是散堆填料，存在阻力大、填料易碎等缺陷；技改從降低系統(tǒng)阻力出發(fā)，采用阻力小、使用周期長的規(guī)整填料代替散堆填料，從而降低能耗。最終選擇了江西某公司生產(chǎn)的S流線型規(guī)整波紋填料，讓液體、氣體均勻分布充分吸收，提升干燥效果滿足生產(chǎn)所需，同時該公司的規(guī)整填料有生產(chǎn)上使用的案例，有效降低了資金投入風(fēng)險。規(guī)整填料直角流道和S流線型流道對比示意見圖1。

圖1 直角流道和S流線流道對比示意

由圖1可見：S流線流道解決了酸泥沉積問題，可有效降低填料層阻力。江西某公司生產(chǎn)S流線型規(guī)整波紋填料分為A、B型，鑒于填料的特性，S流線型規(guī)整波紋填料裝填至干燥塔內(nèi)可以明顯降低干燥塔壓差，壓差可以控制在 2 kPa以下（100%負荷），使系統(tǒng)阻力下降，從而降低裝置能耗。

3 規(guī)整填料運行狀況

規(guī)整填料更換后，填料層壓差滿負荷時小于2 kPa，干燥塔更換填料前后對比見表4。

表4 干燥塔更換填料前后對比

從表4可以看出，在系統(tǒng)裝置負荷提升至100%，干燥塔填料壓差和原正常值相比下降4.64 kPa，和異常時相比下降5.04 kPa。系統(tǒng)阻力下降后，透平機組轉(zhuǎn)速下降，從而減少了透平機組蒸汽用量，中壓發(fā)電蒸汽量增加，最終體現(xiàn)在發(fā)電量提升[6]。若將透平機組轉(zhuǎn)速提升至4 575 r/min時，裝置負荷提升至104%，尾排可以達到國家排放標準。同時干燥空氣水分指標合格率也提升。干燥空氣指標統(tǒng)計見表5。

表5 干燥空氣水分指標統(tǒng)計 單位: g/m3

從表5可以看出：規(guī)整填料不僅阻力較小，且干燥空氣指標合格率提升，同時在發(fā)電量和裝置負荷方面也產(chǎn)生了變化。發(fā)電量變化統(tǒng)計見表6，裝置負荷變化統(tǒng)計見表7。

表6 發(fā)電量變化統(tǒng)計

從表6可以看出：規(guī)整填料更換后發(fā)電量明顯上升；從表7可以看出，規(guī)整填料在100%負荷時所需要的透平機組轉(zhuǎn)速低于散堆填料93%負荷時的轉(zhuǎn)速。填料更換后對裝置進行了72 h性能考核，除發(fā)電量變化明顯外，裝置負荷也能提升至104%左右運行，且尾氣排放滿足GB 26132—2010《硫酸工業(yè)污染物排放標準》要求。但裝置負荷和催化劑的篩分、添加有密切關(guān)聯(lián)，故計算經(jīng)濟效益時不考慮負荷變化產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

表7 裝置負荷變化統(tǒng)計

4 經(jīng)濟效益

4.1 經(jīng)濟投入

在2019年年度檢修時，將散堆填料更換為規(guī)整填料，其投入的費用見表8。

表8 篩分/更換填料費用統(tǒng)計表

規(guī)整填料的更換包含貨款、增值稅、運雜費、清理費用等，合計產(chǎn)生費用93.9萬元。

4.2 經(jīng)濟效益

規(guī)整填料更換后，系統(tǒng)能耗損失下降，發(fā)電量上升。2017—2019年的年均電價分別為0.36元/kWh、0.33元/kWh、0.366元/kWh，3年的平均電價為0.352元/kWh，多發(fā)電量產(chǎn)生的效益見表9。

表9 多發(fā)電量產(chǎn)生的經(jīng)濟效益統(tǒng)計

從表9可以看出，規(guī)整填料更換前后發(fā)電量變化明顯。結(jié)合表8可看出，和2018年下半年數(shù)據(jù)比，投入經(jīng)費可以在9個月收回投資；和2019年上半年比，投入經(jīng)費可以在6個月收回投資。

5 結(jié)語

散堆填料更換為規(guī)整填料后，有效降低了塔阻力，降低了透平機組的能耗，提高了中壓發(fā)電機組的發(fā)電量，降低了硫酸生產(chǎn)成本。當散堆填料出現(xiàn)老化、粉碎時，更換為規(guī)整填料的投資較大，應(yīng)充分評估更換后產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，若沒有較大改觀則不建議更換，可采用篩分方式進行檢修。散堆填料更換為規(guī)整填料后，雖然可以提升裝置負荷，但在負荷提升時應(yīng)做好詳細的評估論證，以免發(fā)生不良后果。