淺析脫硫塔堵塔及其解決途徑
發(fā)布時間：2016/11/10 來源：煤化工999
眾所周知，目前化工企業(yè)的脫硫塔大都采用填料塔，因脫硫塔堵塔問題引起塔阻力升高，而被迫停車處理，較嚴(yán)重地影響了化工生產(chǎn)，這是許多化工企業(yè)最為感到頭疼的問題。僅每次....
眾所周知，目前化工企業(yè)的脫硫塔大都采用填料塔，因脫硫塔堵塔問題引起塔阻力升高，而被迫停車處理，較嚴(yán)重地影響了化工生產(chǎn)，這是許多化工企業(yè)最為感到頭疼的問題。僅每次被迫停車扒填料，就使企業(yè)蒙受了不小的經(jīng)濟(jì)損失。這種狀況是脫硫系統(tǒng)中不可避免的，同時也是脫硫行業(yè)較為普遍關(guān)注的問題。雖然隨著脫硫催化劑技術(shù)的發(fā)展，許多新型催化劑已具備清塔降阻功能，使得堵塔問題有所緩解。但由于各企業(yè)工藝、設(shè)備狀況及生產(chǎn)操作管理等方面的原因，特別是企業(yè)在改燒高硫煤后，為滿足工藝要求，脫硫塔塔徑不得不越做越大，這樣氣液在塔內(nèi)就很難均勻分布，從而導(dǎo)致氣液偏流。再加上塔內(nèi)填料本身就易堵，雖然很多企業(yè)在填料的結(jié)構(gòu)和氣液的分布方面做了大量的技術(shù)改造工作，以緩解填料脫硫塔堵塔等問題。但從實際工業(yè)化裝置運(yùn)行狀況來看，許多企業(yè)仍然沒從根本上擺脫堵塔的困境，致使堵塔問題始終未能得到根本解決。
下面分析探討一下脫硫塔堵塔成因，拋磚引玉，希望能從中找到一種從根本上解決堵塔的途徑。
脫硫塔堵塔成因分析
造成塔堵，主要是硫堵和鹽堵。究其原因，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)進(jìn)塔氣體質(zhì)量差。氣體夾帶的煤灰、煤焦油和其它雜質(zhì)等，長時間積累在填料上，形成塔阻力上升，時間一長，極易產(chǎn)生塔堵。
(2)脫硫液的吸收和析硫反應(yīng)，80%是在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行的。若塔內(nèi)析出的硫(特別是入口H2S含量較高時)，不能及時隨脫硫液帶出塔外，硫顆粒就粘結(jié)在填料表面，時間久了導(dǎo)致氣體偏流，形成堵塔。
(3)溶液循環(huán)量不夠。致使塔噴淋密度降低，一般要求噴淋密度在35～50立方米/㎡.h。塔噴淋密度偏小，易使塔內(nèi)填料形成干區(qū)，氣液接觸不好，不僅使塔脫硫效率下降，且時間一長，就會形成局部堵塞，氣液偏流，塔阻上升，造成塔堵。
(4)脫硫系統(tǒng)設(shè)備存在問題。一是脫硫塔填料選擇不當(dāng)。脫硫塔氣液分布器、再分布器及除沫器結(jié)構(gòu)不合理或安裝出現(xiàn)偏差。脫硫塔在檢修時，僅是將塔內(nèi)填料扒出來清洗，而未將堵塞在除沫器和駝峰板的兩駝峰之間的碎填料和積硫及時清理出去，造成除沫器和駝峰板的降液孔不暢通，以致開車后，形成氣體偏流，塔阻上升，被迫二次停車處理。二是溶液再生有問題。單質(zhì)硫浮選效果差，懸浮硫上升，脫硫效率下降。主要表現(xiàn)在，再生設(shè)備不配套，氧化再生槽在設(shè)計上存在諸多缺陷。比如氧化再生槽內(nèi)無分布板，有則分布板孔徑過大，一般分布板孔徑為8～15㎜，孔距20～25㎜。分布板的作用是夾帶無數(shù)氣泡的脫硫液從尾管出來，便迅速形成無數(shù)氣泡群，氣泡群在其自身浮力的作用下，向上漂浮。同時游離在溶液中的單質(zhì)硫便向氣泡群周圍聚集，并粘附在氣泡表面。隨著氣泡群向上浮動，經(jīng)2～3層分布板后，氣泡群就會越聚越多，氣泡表面粘附的單質(zhì)硫相應(yīng)就越多。而無分布板的再生槽氣泡大且易碎，帶出的單質(zhì)硫就相對較少。
空氣自吸式噴射器是再生系統(tǒng)的心臟，其選用和安裝不合理均會嚴(yán)重影響溶液再生效果。主要表現(xiàn)在空氣自吸式噴射器吸空氣量小，造成再生空氣量不夠，使HS-氧化單質(zhì)硫的程度變差，從而影響溶液再生效果;空氣自吸式噴射器尾管出口到再生槽底部距離過大，一般尾管距槽底距離為400～600㎜，最多不超過800㎜。其尾管出口到再生槽底部距離過大，易形成槽內(nèi)溶液死區(qū)過多，影響再生效果;噴射器在設(shè)計上要求溶液經(jīng)過噴嘴的流速要達(dá)到18～25m/s，混合管的長度是其管徑的20倍;空氣自吸式噴射器在安裝過程中，要求噴嘴、混合管、收縮管及尾管中心軸線要一致，其同心度≦1.0㎜?？諝庾晕絿娚淦髟谠O(shè)計及安裝上比較專業(yè)，一般不要去盲目仿制，企業(yè)在選用自吸式噴射器時，建議找專業(yè)生產(chǎn)廠家來訂制比較妥當(dāng)些。
(5)催化劑選用不當(dāng)。劣質(zhì)催化劑價格雖較低，但在應(yīng)用過程中，我們知道，不同種類的催化劑在催化氧化過程起作用是不盡相同的，特別是氧化后形成的單質(zhì)硫晶體結(jié)構(gòu)不一樣，它的粘度和顆粒大小就不一樣。因其使HS-氧化為單質(zhì)硫的程度較差而造成脫硫液懸浮硫升高，較高的懸浮硫就會粘附在塔內(nèi)填料上，時間一長，就會造成堵塔，使塔阻上升，嚴(yán)重時影響生產(chǎn)。
(6)我們知道，多溶質(zhì)在脫硫液中的溶解度，較其單一在水中的溶解度，均有不同程度的降低。因此，濃度高或溶解度低的副鹽，在溶液溫度較低的情況下，往往會形成混合性過飽和析出結(jié)晶而堵塔。所以有的廠家脫硫系統(tǒng)在冬季停車，一夜之間再開車時，發(fā)生惡性堵塔，被迫通蒸汽加溫而延誤開車。
(7)操作和管理不到位。操作中脫硫液溫度過高,一般溫度控制在38-42℃為宜,超過45℃則氣泡易碎,單質(zhì)硫浮選不好。操作溫度大于50℃則副鹽生成大量增多。一般副鹽三項(Na2S2O3、Na2SO4和NaCNS)之總和應(yīng)小于250g/L，特別是溶液中Na2SO4的含量一般不超過40g╱L為宜。當(dāng)副鹽增加時，要及時采取措施(排放或引出部分脫硫液使其降溫析出結(jié)晶)。否則脫硫液中過多的副鹽在塔內(nèi)易析出結(jié)晶，粘附在填料上，時間一長，就形成鹽堵。發(fā)生鹽堵后，不僅使塔阻力上升，而重要的是會引起設(shè)備嚴(yán)重腐蝕。脫硫塔發(fā)生鹽堵后，再好的催化劑也是無能為力的，氧化再生槽浮選出的硫泡沫不能及時溢流出去，而在液面上停留時間過長，硫泡沫破碎后，其表面粘附的單質(zhì)硫下沉進(jìn)入貧液，造成貧液懸浮硫上升。而由脫硫泵帶至塔內(nèi)，沉積在填料上，時間久了就會形成硫堵;溶液循環(huán)量不能保證相對穩(wěn)定，調(diào)節(jié)過頻，造成系統(tǒng)波動較大。當(dāng)遇到系統(tǒng)減量時，溶液循環(huán)量應(yīng)保持穩(wěn)定，可從溶液組份上來作些調(diào)整。當(dāng)遇到系統(tǒng)大幅度減量時間較長時，溶液循環(huán)量可仍保持穩(wěn)定運(yùn)行3-4小時，以使塔內(nèi)填料上沉積的硫得到?jīng)_刷;再生槽吹風(fēng)強(qiáng)度在經(jīng)過操作摸索后，可穩(wěn)定在最佳量，一般不宜作過多調(diào)節(jié)。否則會影響單質(zhì)硫的浮選，導(dǎo)致再生效果不佳;硫回收的熔硫殘液，在變成低溫處理時不達(dá)標(biāo)，液溫高、雜質(zhì)多，影響吸收與再生效果，造成貧液質(zhì)量差，懸浮硫含量高。熔硫殘液在回收前要沉降冷卻至≤45℃，使熔硫殘液中的大量副鹽結(jié)晶析出在沉降冷卻池，清夜再返回系統(tǒng)循環(huán)使用。
綜上所述，我們不難看出，產(chǎn)生堵塔的成因，一是入塔氣體除塵效果不佳，二是塔內(nèi)氣液偏流嚴(yán)重，三是脫硫液再生不好，四是副鹽控制超標(biāo)嚴(yán)重，五是操作管理不到位。而造成堵塔的關(guān)鍵因素在于脫硫塔內(nèi)填料，但入塔氣體的降溫除塵、再生系統(tǒng)的合理配置及生產(chǎn)操作有效管理也同等重要。既然如此，我們不妨去換個角度，從脫硫塔的設(shè)計入手來解決堵塔問題。
脫硫塔堵塔的解決途徑
1 常壓脫硫
對于常壓脫硫系統(tǒng)，采用噴淋空塔段或填料段與空噴段組合的脫硫塔，不失為脫硫行業(yè)一個有益的探索和嘗試。因為塔內(nèi)填料的大幅度減少，再加上塔下部的噴淋空塔段也擔(dān)負(fù)了一定的降溫除塵作用，這樣就可有效的避免填料塔堵塔的弊病。工業(yè)化實踐證明，僅噴淋空塔段的脫硫效率就高達(dá)60%。
對于單塔配置的企業(yè)，可將脫硫塔下段填料扒出改為噴淋段，上兩段填料保持不動;對于雙塔或多塔配置的企業(yè)，可將前邊的填料塔改為噴淋空塔，作為預(yù)脫硫塔;對于使用高硫煤的企業(yè)，可在首級脫硫中采用噴淋空塔技術(shù)。這樣噴淋空塔既具有較高的脫硫效率，又起到降溫除塵的效果，同時減輕了填料段的負(fù)荷，更加有效的防止了堵塔。
其實，空塔噴淋技術(shù)很早就被運(yùn)用在化肥行業(yè)的脫硫領(lǐng)域，但當(dāng)時由于受塔內(nèi)噴頭的霧化技術(shù)及設(shè)計安裝的合理性而未能達(dá)到預(yù)期的效果，導(dǎo)致該技術(shù)沒有被繼續(xù)推廣。顯然，要想保證噴淋空塔的脫硫效果，首先噴頭的霧化技術(shù)無疑是最為關(guān)鍵的因素，其次就是噴頭安裝的合理布局。而許多企業(yè)的預(yù)脫塔大都采用用于洗氣、降溫的噴頭，由于噴頭霧化效果差，加上噴頭布局不太合理，致使塔內(nèi)氣液接觸不徹底，預(yù)脫硫塔始終未能更好地發(fā)揮作用。我公司氣體凈化設(shè)計研究中心通過模擬實驗，總結(jié)行業(yè)內(nèi)諸多噴頭的不足，經(jīng)過反復(fù)模擬實驗與改造，最終研制開發(fā)了DSP型系列高效霧化噴頭，而且設(shè)計了一整套靈活巧妙的噴頭布置形式，可將脫硫貧液霧化成高強(qiáng)度、高密度呈接近液化的“氣態(tài)”。噴淋空塔設(shè)計參數(shù)：工藝氣體線速V：0.8～1.2m/s;液氣比值：10L/Nm3;有效的氣液接觸時間:10～15S。故高效霧化噴頭能較好的滿足在脫硫塔內(nèi)氣液兩相傳質(zhì)界面大、傳質(zhì)動能大、傳質(zhì)時間短的傳質(zhì)三要素。
從我們收集到的諸多用戶反饋信息來看，均取得了令人滿意的效果。
2 加壓脫硫
對于加壓脫硫(變換氣脫硫)系統(tǒng)，采用無填料塔技術(shù)，以QYD氣液傳質(zhì)裝置來取代填料，可從根本上解決塔堵問題。
我們知道，對于變換氣脫硫，雖然其同常壓脫硫脫除H2S的反應(yīng)機(jī)理是一樣的，但壓力不同，氣體組分也不一樣，特別是CO2含量差別較大(變換氣CO2含量為28%左右，而半水煤氣中CO2的含量僅為8%左右)。變換氣中的CO2對吸收和再生干擾較大，且變換壓力較高。而現(xiàn)行的變換氣脫硫工藝，大多套用半脫的設(shè)計，沒有從根本上解決氣體中CO2對變脫系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾。從東獅脫硫技術(shù)協(xié)作網(wǎng)所收集的資料來看，變脫比半脫堵塔幾率要高，變脫壓力等級越高，堵塔機(jī)率就越大。雖然許多企業(yè)在工藝和設(shè)備上都做了大量技術(shù)改造，也取得了一定效果，但都未能從根本上解決塔堵問題。
基于此，我公司氣體凈化技術(shù)研究中心的技術(shù)人員根據(jù)多年的脫硫技術(shù)經(jīng)驗，經(jīng)過多次試驗，終于推出了QYD型氣液傳質(zhì)裝置，以此傳質(zhì)裝置取代填料，從而解決了行業(yè)脫硫多年來懸而未決的問題，即硫塔堵塔問題。該裝置是集傳統(tǒng)的諸多塔內(nèi)件的優(yōu)點(diǎn)于一身，更加強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程，它充分利用了脫硫反應(yīng)機(jī)理H2S和堿溶液快速化學(xué)反應(yīng)的原理，采用氣液直接接觸，并依據(jù)H2S含量高低設(shè)置特殊的氣液接觸裝置、氣泡再布裝置，使氣液之間動態(tài)接觸，湍動傳質(zhì)。這不僅大大增加了氣液接觸面積，使氣體在極短的時間內(nèi)與液體充分混合接觸，提高了氣體的凈化度。另外，由于氣液接觸時間大大縮短，從而使脫硫原料氣中CO2對堿溶液吸收的影響得到極大地改善，溶液中NaHCO3的生成率也大幅度降低，從而大大地提高了貧液質(zhì)量，促進(jìn)了溶液循環(huán)吸收能力。該氣液傳質(zhì)裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡便，操作彈性大，不僅適應(yīng)于舊脫硫塔改造，更適用于新塔設(shè)計。
該氣液傳質(zhì)裝置已先后在山東、河南、安徽、山西、河北、湖北、江西、廣西等幾十家化肥行業(yè)得到成功應(yīng)用。通過用戶反饋的信息來看均為發(fā)生過堵塔現(xiàn)象。
結(jié)束語
對于常壓脫硫系統(tǒng)，采用空塔噴淋段與填料段復(fù)式組合的脫硫塔，不僅脫硫效率高，而且可有效的防止填料塔的堵塔弊病;對于加壓脫硫(變換氣脫硫)系統(tǒng)，采用無填料塔技術(shù)，以QYD氣液傳質(zhì)裝置來取代填料，可從根本上解決塔堵問題。當(dāng)然，要想完全從根本上解決脫硫堵塔問題，還需要有設(shè)計較為合理的再生和硫回收系統(tǒng)與之相配套;還需要有行之有效的工藝操作規(guī)程來規(guī)范操作;還需要強(qiáng)有力的工藝、設(shè)備管理措施來加強(qiáng)管理。只有這樣，脫硫系統(tǒng)才能開得越來越好。
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