四氯乙烯副产高废物焚烧烟气碱洗塔防结晶堵塞措施

荆松，钟磊，陈伍

(滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256619)

滨化集团股份有限公司(以下简称“滨化集团”)四氯乙烯装置自2016年8月开车以来已连续运行3年多，部分系统先后出现一系列影响装置长周期运行的问题，下面针对其中的瓶颈之一碱洗塔堵塞的问题进行原因分析并提出相应对策。

四氯乙烯装置危废焚烧会产生酸性烟气，酸性烟气的处理方式是用碱液将其吸收中和，采用的设备是碱洗塔。碱洗塔为填料塔，填料形式为鲍尔环散堆填料，分布器采用喷头形式[1]，主要是利用碱液循环泵的压头将NaOH水溶液直接喷洒到填料上端来洗涤烟气，除去其中的酸性物质。在实际运行中，碱洗塔对于酸性烟气的吸收中和效果良好，但是碱洗塔经常会出现结晶堵塞的情况。滨化集团根据实际运行情况不断优化工艺和操作，目前，碱洗塔结晶堵塞情况明显好转。

1 碱洗系统工艺流程

碱洗系统由碱洗塔、循环碱罐A/B和循环泵A/B组成，碱液由循环泵提供动力，在循环碱罐和碱洗塔中不断循环。烟气自碱洗塔下部进入，经工艺水和32%碱按一定比例配制的碱液喷淋吸收烟气中的酸性气体后，从碱洗塔顶部排出。循环碱罐中的碱液浓度随着不断吸收酸性气体而逐渐被中和，显中性后循环碱罐由在用罐切换至备用罐。将显中性的废液放出，然后配制新碱液备用。工艺流程如图1所示。

图1 碱洗系统工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of alkaline washing system

2 碱洗塔结晶堵塞后果

2.1 泵进口过滤器、管道及分布器喷淋嘴堵塞

泵进口过滤器、管道及分布器喷淋嘴堵塞时，碱液循环量明显下降，吸收效果也会变差，从而造成外排烟气中酸性气体超标的环保事故。

2.2 碱洗塔内部结晶

碱洗塔内部结晶堵塞时，会出现塔压差明显上升的趋势，造成碱洗塔内部憋压，烟气排放不畅，严重时将导致焚烧装置停车[2]。

3 碱洗塔结晶堵塞原因分析

3.1 盐结晶堵塞

碱液与酸性烟气发生中和反应后会生成大量的盐(氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等)，当碱液循环罐溶液中的盐浓度达到饱和时会有盐晶体析出。随着盐晶体析出量的增多，盐晶体会不断地聚集，从而造成管道、泵进口过滤器及塔顶分布器喷淋嘴等部位堵塞。

3.2 填料脱落堵塞

停车检修中，曾发现碱洗系统管线中堵塞了大量的碱洗塔填料。经研究分析，所选用的填料体积较小，支撑格栅空隙较大，在喷淋液的不断冲涮下，填料从碱洗塔底部的填料支撑格栅的空隙中掉入管线中，造成了填料在管线中的积聚，从而影响碱液的正常流通。在支撑格栅铺设细孔钛网，并更换体积较大的鲍尔环填料后，再没出现过因填料大量脱落而导致的碱洗塔管线堵塞情况。

3.3 烟气中的烟尘堵塞

烟气中的烟尘会附着在碱洗塔填料表面，经过长时间不断地附着堆积和碱液的不断冲洗，这些固体小杂质会进入管线，在管道、泵进口过滤器及塔顶分布器喷淋嘴等部位积聚从而造成堵塞。由于烟气中的烟尘而导致碱洗塔堵塞的情况很少发生，这种情况是日积月累形成的。正常工况下，烟气中烟尘的含量很低，废料刚投进焚烧炉时可能由于控制原因导致烟尘浓度偏高(不过这种情况一般很快就能调整到正常)；另一种情况就是在非正常工况下，烟气中的烟尘浓度偏高，通过调整也会恢复正常。总之，烟气中烟尘含量偏高的情况都是暂时性的。通过优化操作，完全可以避免由于烟气中的烟尘导致碱洗系统的堵塞。

3.4 碱性杂质结晶堵塞

碱洗系统运行较长时间后，会有一些不溶于碱性溶液的固体物质甚至是过饱和碱液析出的碱结晶聚集在碱洗塔内部，不断地积聚，与填料连成一块，形成更大块的结晶，导致碱洗塔的吸收面积大大减小，严重影响了其吸收效果，造成碱洗塔憋压及烟气指标超标，严重时造成焚烧装置停车。

4 碱洗塔防结晶堵塞措施

4.1 调整配碱浓度

碱液浓度在一定范围内与一罐循环碱液所用时间成正比。若碱液浓度偏高，当循环碱罐溶液中盐达到饱和后，生成的盐就会析出而发生堵塞。如何控制好碱液浓度，使碱液将要显中性时正好达到饱和状态，是防止盐结晶堵塞的关键。根据多次平行试验(只改变配制碱液浓度，不改变碱液罐中碱液的体积和温度)，得出图2曲线关系。

图2 30 ℃时碱液浓度与一罐碱液所用时间关系Fig.2 Alkali solution concentration and the correspondingusage time of a tank of alkali solution at 30 ℃

从图2可以看出，当碱液体积分数小于30%时的曲线斜率明显大于碱液体积分数大于30%时的曲线斜率，说明碱液体积分数为30%时，碱液全部显中性后所生成的盐接近在溶液中达到饱和状态。之后，按此比例配制碱液，废碱液放净后的溶液中盐结晶较少。

4.2 适当提高碱液罐中碱液的温度

碱液中所含部分物质在不同温度下的溶解度[3]如表1所示。

表1 碱液中所含部分物质在不同温度下的溶解度

循环碱罐及碱洗塔设计温度为60 ℃，除Na2CO3外，碱液罐中其他物质的溶解度在60 ℃范围内都随溶剂温度的提高而升高。在循环碱罐配制碱液时，适当添加蒸汽凝液，提高循环碱液的温度在循环碱罐及碱洗塔设计温度之内，可有效地减少盐结晶堵塞碱洗塔。

4.3 定时冲洗碱洗塔

定时冲洗是防止碱洗塔结晶堵塞非常有效的方法。工作原理是利用稀碱溶解碱洗塔内结晶，具体步骤为：废碱罐放净后，同时打开废碱罐放净阀门和补水阀门，继续冲洗废碱罐30～60 min；关闭废碱罐放净阀门，按95%水与5%碱的比例配制稀碱液；配制完成后，对循环碱罐进行切换，由循环泵提供动力使稀碱液循环于碱洗塔与循环碱罐之间，从而达到冲洗碱洗塔的目的。再按照以上方法冲洗另一个循环碱罐和碱洗塔，两个循环碱罐与碱洗塔都冲洗一次后按正常比例配制碱液。冲洗频率为每天一次。此方法既可达到短时间内吸收酸气的目的，又起到了冲洗碱洗塔的作用。

4.4 适当扩大碱洗塔分布器喷淋嘴直径

碱洗塔塔顶分布器喷淋嘴为整个碱洗系统管径最小处，是最易堵塞的位置。适当扩大喷淋嘴直径，可有效缓解喷淋嘴堵塞情况。喷淋嘴直径应根据实际情况进行改造，过大会造成碱液分布不均，对酸性烟气的吸收效果造成影响。

4.5 定时酸洗

对于不溶于碱性溶液的固体杂质或析出的碱结晶堵塞情况，采取定期酸洗的方法最为有效。由于采用该方法时碱洗系统吸收废气的作用失效，所以只能在焚烧系统停工的情况下使用。具体步骤为：废碱液放净后，由循环泵提供动力使配制好的稀盐酸循环于碱洗塔与循环碱罐之间， 循环一段时间后碱洗塔内部的碱性结晶物质基本去除干净，再将废酸液经碱液中和后放至地沟；之后，冲洗另一碱罐和碱洗塔。全部冲洗完成后，在两循环碱罐配制碱液备用。采用该方法前，须确认循环罐、管线及机泵是否耐酸，防止设备被损坏。

5 结语

通过以上原因分析，当采用以下措施时，可以有效减少碱洗塔结晶堵塞。

(1)正常生产情况下，严格按操作规程调控，减少烟尘等固体杂质的产生。

(2)根据温度、工况等情况配制合适浓度碱液。

(3)在设备设计温度范围内适当提高碱液温度。

(4)定时冲洗碱洗塔，或停工条件下酸洗碱洗塔。

(5)确定碱洗塔支撑格栅空隙要小于填料直径，防止填料掉落。