氨法烟气脱硫塔壁挂料分析及解决方案

2016-03-12陈乾荣易继斌贵州赤天化桐梓化工有限公司贵州桐梓563200

氮肥与合成气 2016年2期

陈乾荣　易继斌　周辉（贵州赤天化桐梓化工有限公司贵州桐梓563200）

氨法烟气脱硫塔壁挂料分析及解决方案

陈乾荣易继斌周辉
（贵州赤天化桐梓化工有限公司贵州桐梓563200）

1　工艺流程

贵州赤天化桐梓化工有限公司锅炉烟气脱硫装置采用液氨吸收烟气中的二氧化硫、然后生产硫酸铵的氨法工艺。烟气首先进入脱硫塔浓缩段进行降温，在降温的同时并不断浓缩硫酸铵浆液，使烟气温度降至45～60℃后进入吸收段。脱硫塔由上至下分为吸收段、浓缩段和氧化段。浓缩段的主要作用是降低烟气温度和浓缩硫酸铵溶液，使其达到过饱和并形成含固量10%～30%（质量分数）的硫酸铵浆液，然后由结晶泵输送至后系统进行离心、干燥、包装制得产品硫酸铵。吸收段的主要作用是将脱硫剂亚硫酸铵和部分溶解氨喷淋吸收烟气中的二氧化硫，并除去烟气中夹带的水滴后将烟气排出脱硫系统。氧化段的主要作用是将亚硫酸铵经氧化生成不饱和硫酸铵溶液，并通过一级泵向浓缩段间歇补充生成的硫酸铵浆稀溶液。

氧化风从氧化段底部一级布风管均匀进入氧化段，经4层筛板2次打散，氧化风与氧化段浆液充分混合并达到一定停留时间后，乏气通过氧化段顶部倒U形管进入浓缩段；乏气进入浓缩段二级布风管后，均匀地向浓缩段曝气，将系统中生成的硫酸铵结晶颗粒悬浮在浆液中，使其不沉降凝结在浓缩段底部；曝气后的乏气最终与烟气一起排出系统。浆液通过浓缩段底部回流管回流至循环槽，经搅拌器搅拌均匀后由二级泵升压至浓缩段顶部的二级喷淋管均匀无死角喷淋下来。喷淋层外圆直接喷淋至塔壁耐磨板上，以降低塔壁防腐层温度，并使烟气无法绕过喷淋死角进入吸收段。喷淋后的浆液在下降过程中充分接触干热烟气，在降温烟气的同时蒸发掉浆液中的水分，达到不断浓缩浆液的目的，降温后的浆液落入浓缩段底部后通过自流重新返回循环槽进入下一循环。

2　浓缩段出现的问题

由于最外层二级喷淋在塔壁耐磨板上的饱和硫酸铵浆液在顺着塔壁流下过程中接触干热烟气后，受塔壁与塔内温度差影响致使硫酸铵附着在塔壁上，浆液不断喷淋和凝结，使塔壁附着层越来越厚，最终形成塔壁挂料。

氧化段向浓缩段补充硫酸铵浆液时，设有对浓缩段顶部喷淋冲洗的稀硫酸铵上副线和对塔壁冲洗的稀硫酸铵下副线，其作用是在补充不饱和浆液的同时对浓缩段烟气夹带硫酸铵晶体附着顶部进行冲洗溶解，对塔壁挂料冲洗溶解，但运行效果并不理想。自2011年烟气脱硫装置运行以来，出现3次紧急停运事故，都是因为塔壁挂料堵塞回流口及溢流口，造成浓缩段硫酸铵浆液漫过烟道口流入原烟道而被迫停车。于2012年3月发生的溢流事故造成锅炉1台引风机轴承变形，电流高起跳，导致1#锅炉紧急停运，生产装置大幅紧急减负荷运行。高固含量的硫酸铵浆液长时间高负荷运行，甚至会造成二级喷淋管支管管道堵塞、回流管回流阀卡死以及二级泵进口滤网堵塞等问题。在多次装置停运开塔检查时，发现硫酸铵挂料面积甚至大至4 m2左右、厚200 mm，二级布风管均一定程度被塔壁挂料砸断，二级布风管支持钢梁表面防腐层被多次砸坏，部分支撑钢梁被浆液腐蚀。塔壁挂料问题已严重影响了烟气脱硫装置安全稳定长周期运行，同时给烟气达标排放带来极大的环保压力。

3　原因分析

（1）在正常运行情况下，氧化段硫酸铵相对密度控制在1.12～1.18，其溶解硫酸铵质量浓度在200～400 g/L；在该运行状态下，浓缩段饱和硫酸铵质量浓度在550 g/L左右。氧化段硫酸铵溶液密度越高，黏度越大，在接触面一定的情况下，溶解硫酸铵的能力越低。原本氧化段已溶解较高浓度的硫酸铵，在喷淋过程中与浓缩段塔壁夹带结晶颗粒的过饱和溶液混合后再对塔壁冲洗溶解，因此作用非常有限，根本无法满足溶解塔壁挂料的要求。

（2）由于烟道进口距浓缩段底部高度2.0 m，回流管顶部溢流管高度1.6 m。2台二级循环泵运行，在回流阀全开的情况下，浓缩段液位基本能保持在1.2 m左右，一旦回流管被堵塞，浓缩段液位很快升至1.6 m，会出现溢流。如果溢流管出现堵塞或者回流管堵塞等情况，浓缩段液位很快高于2.0 m；而正常运行情况下，浓缩段根本无任何可监测仪表数据来反馈其液位高低，唯一能判断液位的只有根据循环槽液位波动趋势来估计浓缩段液位高低。

（3）运行初期，废氨水中的尿素、烟气中杂质等成分导致循环槽中泡沫较多，超声波液位计有时很难正常监测循环槽液位；加之二级泵液位低联锁保护，使循环槽液位低至2.5 m后，稀硫酸铵上副线自动全开向浓缩段补料。如果浓缩段出现回流受阻，循环槽液位就会很快降低，浓缩段液位也随之升高，一旦操作人员未能及时发现，稀硫酸铵上副线全开后，短短几分钟内浆液就会漫过烟道口，造成系统停运事故。另外，由于原设计初浓缩段塔壁温度计位置安装在二级喷淋层上部，塔壁挂料后，塔壁温度降低根本无法显示出来，更无法判断塔壁挂料情况。

4　改进思路及措施

要从根本上解决解决塔壁挂料问题首先应考虑如何将挂料溶解，且溶剂的选择是关键。实践证明，目前所采用氧化段稀硫酸铵作为溶剂是不可行的，只能用清水作为溶剂。其次，应设置一种稳定持续操作模式，使塔壁生成的硫酸铵积料能定时被溶解，使其不会不断加厚加重。由于受操作人员操作能力影响差异较大，人工定期定时开关塔壁冲洗水的定时定量稳定性较差，故考虑将硫酸铵副线电动调节阀改为定时定量开关阀门，改善冲洗频率和时间。另外，采用仪表显示浓缩段液位，使操作人员能随时监视液位及塔壁温度变化，可提前做出处理，也能较大程度地减少挂料带来的事故隐患。通过在耐磨板底部位置增加温度测点，将信号输入操作系统中，操作人员可通过增加的温度测点与原温度测点显示值对比，如发现温度相差较大，说明塔壁已有挂料产生，便于及时对其冲洗溶解处理。在二级布风管如塔倒U形管上增加压力测点，通过压力与密度关系初步能计算出浓缩段液位。

将原塔壁冲洗水改为工艺补水，补水电动阀设置为每30 min开启对塔冲洗1 min，设置投运和切除键，便于操作人员根据运行情况来调整，阀门开关时间和冲洗时间根据运行情况由工艺技术员对其设置调整。在二级布风管进口增加压力测点，并引入操作系统，通过检测压力趋势变化，及时对回流管进行正反冲洗或者停运二级泵。另外，在运行操作方面，规定系统运行7 d后进行1次浓缩段彻底化料，将原饱和浆液化至相对密度1.22左右并保持1 h以上，其目的是将塔内管壁及喷头积料彻底溶解，避免二级喷淋管堵塞影响装置运行。