脱硫塔浆液喷淋系统存在问题的原因分析及改进措施

周 明

(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，上海200540)

脱硫塔浆液喷淋系统存在问题的原因分析及改进措施

周 明

(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，上海200540)

脱硫脱硝项目投用后，浆液喷淋系统存在浆液喷淋分布不均、喷淋效果差、急冷喷淋喷嘴折断等问题，分析产生的原因，认为主要是系统缺少压力控制措施造成的，通过加装压力调节控制阀门，问题得到了解决。

浆液喷淋 压力不均 喷嘴折断 原因分析 改进措施

中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)烯烃部3号烯烃装置的两台超高压蒸汽锅炉是上海石化700 kt/a乙烯装置的关键动力设备，为乙烯装置主压缩机驱动汽轮机提供超高压蒸汽。自2015年10月1日起，锅炉开始执行国家大气污染物排放限值，因此对两台超高压蒸汽锅炉烟气排放系统进行改造，增加脱硫脱硝系统。该项目于2015年9月下旬动工，A炉和B炉分别于2016年5月20日和6月12日改造完成并投入使用。

1 脱硫塔浆液喷淋系统工艺流程简述

上海石化烯烃部脱硫脱硝装置采用两炉一塔形式，两台锅炉尾部的烟气经过引风机加压后，烟气在洗涤吸收塔前汇合进入到同一洗涤吸收塔。洗涤吸收塔前设有水平入口段，来自锅炉的烟气在进入洗涤吸收塔前先进入水平入口段。入口段设有急冷降温浆液喷淋喷嘴，浆液经过喷淋喷嘴形成水雾，将整个入口段截面封住，烟气与水雾同向，烟气在此过程中被饱和、降温，同时烟气中一部分二氧化硫以及烟尘一同被洗涤下来。被冷却的饱和烟气经水平入口段进入到洗涤吸收塔，烟气在分布板导流作用下由水平方向转竖直向上，与吸收喷淋喷嘴喷下的雾化液滴接触，在此区域形成气液充分混合的高效吸收区，二氧化硫溶于喷淋浆液并与浆液中的碱性物质反应而被脱除。此区域亦是气固充分混合的高效截留区，喷淋小液滴通过碰撞、截留、扩散截取等作用将润湿的烟尘洗涤下来，使烟气得到净化。为更有效地除去烟气中的烟尘，在吸收区上方设有文丘里除尘组件，进行强化除尘。烟气流经除尘组件，烟气被加速，使气、液、固三相相互碰撞、截留、扩散截取等作用更加明显，进一步增强了除尘的效果。

烟气经过吸收区竖直向上，经过吸收区上方除雾器除雾后的净化烟气，经烟道进入烟囱排入大气。

急冷降温喷淋及塔内吸收喷淋浆液由共同的塔底浆液循环泵提供，另有少部分浆液外排。塔釜内设溢流口，在温度异常升高时补充冷却水，并溢流排放至污水中和池。

浆液喷淋系统主要分为两部分，即急冷降温喷淋和吸收喷淋。洗涤吸收塔水平入口段设计有急冷降温喷淋系统，在洗涤吸收塔内设计安装有3层吸收喷淋层；脱硫系统的循环喷淋浆液均由3台浆液循环泵(两用一备，参数见表1)提供。

表1 浆液循环泵参数

洗涤吸收塔底部储存一定量浆液，经浆液循环泵增压后分两路送到塔入口段的急冷降温喷嘴和吸收段的吸收喷嘴，其中降温喷嘴将浆液雾化，并与烟气充分接触使烟气饱和降温，大部分浆液通过吸收喷嘴将大量浆液雾化，喷淋到烟气中，将二氧化硫和烟尘除去，达到脱除污染物的目的。

2 浆液喷淋系统存在的问题

洗涤吸收塔及浆液循环系统基建施工完成后，进行开车前的水循环调试试验，发现系统存在一些问题，在后续投用过程中及运行至2017年3月停车检查时又陆续发现了不少问题。

2.1 各层浆液喷淋喷嘴的入口压力相差大

在浆液系统试验及运行过程中，洗涤吸收塔3层浆液喷淋喷嘴的入口压力一直相差很大，超出设计方提供的喷淋喷嘴压力(0.1～0.2 MPa)。试验过程中，下层压力为0.20 MPa时，中间层只有0.05 MPa，上层压力几乎为0，造成喷嘴喷淋后形成的喷淋覆盖率极不均衡，上层覆盖率太小，几乎没有，下层覆盖率太大，中间层覆盖率偏小，无法保证3层同时达到合理、有效的喷淋覆盖率[1]。喷淋覆盖率小，无法喷淋覆盖到全部烟气，除尘效果差；喷淋覆盖率太大，浆液直接喷射在洗涤吸收塔筒体上，直接冲刷塔体，同时急冷喷淋降温处的压力更高(0.30 MPa)，对水平烟道底部的冲刷更大。

2.2 急冷喷淋处喷嘴大量折断

2017年3月，浆液喷淋系统运行10个月后，停车入塔进行检查时，发现急冷喷淋处喷嘴损坏严重，有13只发生了折断现象，急冷喷淋浆液管线、支架上积聚了大量坚硬的灰垢。检查情况与投用前的状况可以从图1～4中进行对照。

图1 使用前的急冷喷嘴 图2 急冷喷嘴折断情况

图3 使用前的管线、支架 图4 管线、支架积灰垢情况

3 原因分析

3.1 缺少流量和压力控制系统，导致压力分布不均

由于整个浆液循环系统初始设计时没有流量和压力控制系统，洗涤吸收塔3层浆液喷淋喷嘴进料管线每层存在1.5 m的高度落差，浆液输送管线的管径都是相同的，使喷淋浆液产生很大的偏流现象，造成各层喷嘴的入口压力相差很大，底层高、上层低；同时急冷喷淋降温处又比底层浆液喷淋处位置低9 m，造成该处的压力更高，对水平烟道底部的冲刷更大。从水循环试验的情况看，当喷淋点压力控制在0.10～0.12 MPa时，喷淋覆盖效果最佳。当浆液喷淋喷嘴安装后，能对喷淋覆盖率起决定作用的就是喷淋点的浆液压力，而该装置浆液喷淋系统压力没有控制手段，唯一的方法是通过调整泵出口阀门的开度，但只能满足一个喷淋点的压力，无法兼顾其他3处。

根据其他企业的经验，喷淋浆液直接冲刷筒体危害巨大，类似的装置由于浆液喷淋层压力控制不合理，压力过高，喷淋覆盖率太大，导致脱硫洗涤吸收塔投用3个月后，塔体内壁防腐玻璃鳞片被冲坏，筒体被严重冲刷，冲蚀腐蚀减薄超过10 mm，超过了塔体壁厚的一半，后果相当严重。

为解决各喷淋点压力分布不均的问题，投用前在浆液循环泵出口管线上增加限流孔板，在底层、中层及降温层喷淋管线上也增加了限流孔板，设法来控制各层浆液喷淋的压力。由于限流孔板设计有偏差，各层浆液喷淋点的压力分布改善程度有限，没有达到很好的效果。限流孔板增设情况及压力分布变化见表2。

表2 增加限流孔板后各喷淋点压力

3.2 急冷喷淋处喷嘴折断的原因

急冷降温喷嘴折断是由多种因素共同作用造成的，与喷嘴的结构、结垢程度、安装位置方向、喷淋浆液压力、材质等各种因素密切相关。

3.2.1 喷嘴的结构

喷嘴的结构是较为纤细的螺旋形状，抗弯能力差，使得急冷喷淋喷嘴容易发生被折断现象。

3.2.2 喷嘴结垢

急冷降温喷嘴、喷淋浆液输送管线、支架外壁积聚的灰垢，主要原因是经过喷氨脱硝反应的烟气在急冷降温喷淋区域，遇到大量潮湿雾化的喷淋浆液而沉积下来，积聚在喷嘴、管线、支架上，烟气中的大量灰尘在喷嘴上不断结聚，形成一个巨大的灰垢坨。当坚硬的灰垢积聚到一定程度，灰垢产生的重力，就可能造成喷嘴发生折断现象。

3.2.3 喷嘴安装位置方向

急冷降温喷嘴是水平安装的，积聚了大量灰垢的喷嘴在重力的作用下，喷嘴根部应力集中，向下弯曲发生折断现象。同样的喷嘴垂直安装在吸收喷淋区，所有喷嘴没有发生折断现象。

3.2.4 喷淋浆液压力

急冷喷淋处浆液的压力特别高(0.18 MPa)，积聚了大量灰垢的喷嘴，在急冷喷淋浆液喷淋的反作用力冲击下，更容易发生折断现象。

3.2.5 喷嘴材质

急冷降温喷淋喷嘴使用的材料为碳化硅陶瓷，优点是耐磨、耐腐蚀和硬度高，缺点是断裂韧性较低、脆性较大、容易折断。碳化硅的抗弯强度为15.5 MPa[2],铸铁的抗弯强度相当于其抗拉强度的1.6～1.9倍，为280～650 MPa[3],显然碳化硅的抗弯强度还不到铸铁抗弯强度的1/18，喷嘴材质特性决定了喷淋喷嘴容易发生折断现象。

4 改进措施及效果

2017年3月，脱硫洗涤吸收塔停用，设计方与使用方共同制定了整改方案，在各路浆液喷淋点前加装调节控制阀门，用以调节压力，具体加装点的情况如表3所示。

对于损坏的急冷喷淋喷嘴全部进行了更换，同时在运行时严格控制急冷喷淋喷嘴的压力，喷淋压力由原来的0.18 MPa降到0.10 MPa，这将大大减少急冷喷淋喷嘴折断的概率。

表3 阀门加装及调整前后各喷淋点压力情况

通过在各喷淋点加装压力调节控制阀门，各路喷淋点的压力得到了很好的控制，可以根据装置运行的具体要求进行相应调整，使3层浆液喷淋压力的控制在0.10～0.12 MPa的最佳喷淋压力状态下。每层的喷淋效果都得到了改善，排放烟气的指标达到要求，装置运行平稳。特别是急冷降温喷淋处的压力得到了很好的控制，可以有效地减少急冷降温喷淋对水平烟道的冲蚀；同时避免由于急冷喷淋压力过高造成喷嘴的折断，具体效果待下一次停车检查时再验证。

5 结语

脱硫塔浆液循环系统喷淋压力分布不均、急冷喷淋喷嘴折断等问题，通过增加压力控制阀门、控制急冷喷淋压力、更换急冷喷嘴等措施，得到了有效的改善，系统投用后运行状况良好，调整方便，证明脱硫塔停车整改取得了理想的效果，解决了前期运行中存在的问题，为装置长周期安稳运行提供了保障。同时对急冷降温喷嘴材料的选用也提出了新的课题，包括对喷嘴的检查，特别是急冷降温喷嘴的检查、更换周期也要进行合理的安排，这是下一步需要继续改进的方向。

[1] 周山明，金宝升，孙志翱.喷淋脱硫塔喷嘴外流动数值模拟与实验研究[J].热能动力工程，2007，22(6)：673-676.

[2] 李缨,黄凤萍,梁振海.碳化硅陶瓷的性能与应用[J].陶瓷,2007(5)：36-41.

[3] 束德林.工程材料力学性能[M].3版.北京：机械工业出版社，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年毕业于华东化工学院化工机械系流体机械专业，工程师，长期从事石油化工设备管理工作。

1674-1099 (2017)03-0039-04

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