氨法脱硫工艺存在的问题及解决办法(什么是氨法脱硫工艺)
氨法脱硫是利用气氨或氨水做为吸收剂,气液在脱硫塔内逆流接触,脱除烟气中的SO2。
氨是一种良好的碱性吸收剂,从吸收化学机理上分析,二氧化硫的吸收是酸碱中和反应,吸收剂碱性越强,越有利于吸收,氨的碱性强于钙基吸收剂;而且从吸收物理机理分析,钙基吸收剂吸收二氧化硫是一种气固反应,反应速率慢,反应不完全,吸收剂利用率低,需要大量的设备和能耗进行磨细、雾化、循环等以提高吸收剂利用率,设备庞大、系统复杂、能耗高;氨吸收烟气中的二氧化硫是气液反应,反应速率快,反应完全、吸收剂利用效率高,可以做到很高的脱硫效率。同时相对于钙基脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、能耗低。
脱硫副产品硫酸铵是一种农用废料,销售收入能降低一部分成本。就吸收SO2而言,氨是一种比任何钙基吸收剂都理想的脱硫吸收剂,就技术流程可知,整个脱硫系统的脱硫原料是氨和水,脱硫产品是固体硫铵,过程不产生新的废气、废水和废渣,既回收了硫资源,又不产生二次污染。
1、氨蒸发系统
液氨由储罐出来经蒸发变为气氨,气氨进入储罐,供中和吸收系统使用。
2、吸收系统
烟气进入吸收塔,经过下部喷淋的含氨母液和浮化层含氨母液充分吸收,反应后,达标排放,母液循环使用,氨气通过控制加入,母液循环到一定浓度,部分移入高倍中和槽,循环槽补充低浓度母液或清水继续吸收。
3、中和系统
母液打入中和槽后,根据比重、母液温度情况决定何时通氨母液温度适合时通氨,通入氨后定时测PH值和中和温度。根据中和温度控制通氨量,达到终点后,待溶液温度降下后通知包装工离料出产品,并取样,交化验进行质量检定。
4、循环水系统
因为母液吸收和中和过程均有热量,为了移走热量,在循环槽内和中和槽内均加装冷却管束,用循环水移走多余热量,热水经冷却塔降温后循环使用。
氨法脱硫工艺主要由脱硫洗涤系统、浓缩系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵生产系统(若非氨-硫铵法则是于其工艺相对应的副产物制造系统)、电气自动控制系统等组成。
锅炉排出的烟气通过引风机增压后进入FGD系统,引风机用来克服整个FGD系统的压降。烟道上设有挡板系统,以便于FGD系统正常运行或旁路运行,不考虑增设脱硫增压风机。烟气通过引风机后,进入脱硫塔。
吸收塔分为三个区域:分别为吸收区、浆池区和除雾区,烟气向上通过脱硫塔,从脱硫塔内喷淋管组喷出的悬浮液滴向下降落,烟气与氨/硫酸铵浆液液滴逆流接触,发生传质与吸收反应,以脱除烟气中的SO2、SO3。脱硫后的烟气经除雾器去除烟气中夹带的液滴后,从顶部离开脱硫塔,通过原烟道进入烟囱排放。脱硫塔下部浆池中的氨/硫酸铵浆液由循环泵循环送至浆液喷雾系统的喷嘴,产生细小的液滴沿脱硫塔横截面均匀向下喷淋。SO2和SO3与浆液中的氨反应,生成亚硫酸铵和硫酸铵。
在脱硫塔浆池中鼓入空气,将生成的亚硫酸铵氧化成硫酸铵,由于充分利用了烟气中的热量,使得脱硫塔中的水蒸气过饱和而析出硫酸铵结晶,硫酸铵浆液经过旋流器的脱水提浓厚再进入离心机进一步脱水,最后经干燥后得到硫酸铵产品。
整个脱硫系统的脱硫原料是氨和水,脱硫产品是固体硫铵,过程不产生新的废气、废水和废渣。既回收了硫资源,又不产生二次污染。 其主要技术特点如下:
1)单塔设计,有效降低成本,节约空间;
2)空塔喷淋,降低系统压降,节约电能;
3)大循环量,增大液气比来弥补因浓度上升,脱硫效率下降的缺点,保证脱硫效率;
4)烟气喷淋降温技术,使烟气温度尽快达到氨法脱硫的最佳温度,增加脱硫效率,从而尽量降低塔本身的高度;
5)烟气直排工艺,彻底解决了原烟囱腐蚀的问题,降低了烟气加热的设备投资,运行成本和维修成本;
6)改进搅拌方式,降低成本,增强氨法脱硫技术的市场竞争力;
7)硫酸铵回收系统采用新工艺,根本上解决了传统硫酸铵回收;
8)整个过程中不产生废水、废气、废渣,无二次污染;
9)工艺与石灰石-石膏类似,但副产品是以硫酸铵的形式出现的,而硫酸铵是重要的化肥产品,它的工艺符合循环经济的原则。
1、氨逃逸
这里所述的氨逃逸专指气态氨随烟气排出脱硫装置的现象。在氨法脱硫工程中,通常造成氨逃逸的主要原因是脱硫循环液中游离氨含量高。氨是极易挥发的物质,常温常压下氨是气体。所以在氨法脱硫的工程中需要将氨的浓度和温度降到尽量低。脱硫所需要的氨是由脱除烟气中的二氧化硫的量所决定的,所以为了使吸收液中氨的浓度降低,只能加大吸收液的循环量,同时,吸收液温度降低。
另外,亚硫酸铵氧化率低也是造成氨逃逸严重的另一个原因。脱硫生成的亚硫酸铵是不稳定的化合物,如果不及时氧化成稳定的硫酸铵,容易分解成二氧化硫和氨,造成排放烟气中二氧化硫升高同时氨逃逸加剧。
2、气溶胶
在氨法脱硫方法中,所谓气溶胶是指气态酸性氧化物在一定条件下与气态氨反应,生成相应的极细的铵盐固体微粒,如同烟尘漂浮在气体中。根据生成气溶胶氧化物的酸性程度,可以分为弱酸性气溶胶和强酸性气溶胶,主要是亚硫酸铵和硫酸铵。
氨法脱硫的工程越来越多,规模越来越大,人们注意到所谓的“白烟”问题,主要是气溶胶的原因。在气态氨和水存在的条件下与烟气中的二氧化硫和三氧化硫反应生成了硫酸铵和亚硫酸铵固体微粒,不容易除去。
石灰石-石膏法脱硫工程中也出现了气溶胶问题,尤其是安装了脱硝装置的工程,会出现“蓝烟”、“黄烟”现象。不过这种气溶胶是硫酸酸雾,与硫酸铵气溶胶有区别。
1、选择合理的液气比
氨逃逸和气溶胶的形成与液气比关系密切,从抑制气溶胶的角度考虑,选择较大的液气比可以将液相游离氨含量控制的很低,也使气相氨的含量很低,这样就抑制了气溶胶的生成。美国Marsulex公司主张液气比在10以上,这是经过长期研究的结论,应该具有很高的参考价值。目前国内氨法脱硫液气比取5—10。
2、氨水浓度
避免脱硫过程中生成气溶胶的措施是将脱硫区域气态氨含量降低,由气液平衡得知,氨水的浓度降低可以有效的降低气态氨的浓度。一般工业上氨浓度控制在10%—20%。
3、设置氨回收段
在脱硫塔吸收段上方设置一个氨回收段,对于减少氨逃逸有一定效果。喷淋水会与上升的脱硫后烟气逆向接触,烟气中的氨被喷淋水吸收。脱硫塔吸收段与氨回收段之间由横断塔体的隔板隔开,隔板上装有升气帽。喷淋水清洗后下落到隔板上方,经管道流回喷淋罐。冲洗后的水可以作为脱硫塔补充水落入塔循环浆液,而喷淋水用新鲜水补充,以此降低氨浓度。
4、脱硫塔进口喷水
脱硫塔烟气进口区域或者进口烟道布置水喷淋设施,三氧化硫等强酸性氧化物都是极易溶于水的,喷水可以使这些氧化物迅速溶于水,从而避免气溶胶的产生。
5、脱硫塔出口高效除尘除雾装置
经过脱硫的烟气含有大量雾滴,雾滴由浆液液滴、凝结液滴和尘颗粒组成,当这部分烟气进入高效除尘除雾器,高效除尘除雾器筒内加设的气旋板使脱硫气旋转起来,在气旋器上方形成气液两相的剧烈旋转及扰动,从而使得烟气中的小液滴、粉尘颗粒、气溶胶等微小颗粒物相互碰撞团聚凝聚成大液滴,其与气旋筒壁碰撞,并被气旋筒壁捕获吸收,捕获的液滴进入多级气旋设置的一个桶内,脱硫后的烟气可以达到国家标准直排。
脱硫后颗粒物高,是和脱硫塔进口粉尘浓度相比较而言的。因为,湿法脱硫之后,不可避免烟气会携带一部分脱硫浆液(溶液),而这些脱硫浆液在粉尘测量干燥的过程中析出,被认为粉尘颗粒物。颗粒物的高低和脱硫副产物是有关系的,比如采用氨法或者镁法,因其副产物在水中的溶解度很大,造成测量之后的粉尘浓度更高,相对而言,石灰石-石膏法因石膏的溶解度低,对粉尘浓度影响较小。
对于现有的装置,可以考虑以下几种方法:
1、如果脱硫塔尾部无湿电,可以考虑增加湿电。这种是目前大型火电机组采用比较多的方法(为了超低排放),但投资比较大。
2、脱硫塔内采用高效的除雾器,目前超低排放的脱硫塔,其顶部安装的除雾器大多是三级屋脊除雾器,除雾器出口的雾滴含量在50mg/m3以内;还有一种技术是国电清新的旋流技术,也可以降低烟气中的雾滴含量。这两种办法目的都是为了减少烟气中的雾滴含量。
3、在脱硫的出口增加换热器,抬高净烟气温度,也可以降低雾滴的含量。
此种冷却方式,首期的投入比较的少,但是运营成本较高(水耗、电耗)。
2.闭式冷却塔的冷却原理是,简单来说是两个循环:一个内循环、一个外循环。没有填料,主核心部分为紫铜管表冷器。
①内循环:与对象设备对接,构成一个封闭式的循环系统(循环介质为软水)。为对象设备进行冷却,将对象设备中的热量带出到冷却机组。
②外循环:在冷却塔中,为冷却塔本身进行降温。不与内循环水相接触,只是通过冷却塔内的紫铜管表冷器进行换热散热。 在此种冷却方式下,通过自动控制,根据水温设置电机的运行。
两个循环,在春夏两季环境温度高的情况下,需要两个循环同时运行。秋冬两季环境温度不高,大部分情况下只需一个内循环
众所周知,目前化工企业的脱硫塔大都采用填料塔,因脱硫塔堵塔问题引起塔阻力升高,而被迫停车处理,较严重地影响了化工生产,这是许多化工企业最为感到头疼的问题。仅每次被迫停车扒填料,就使企业蒙受了不小的经济损失。这种状况是脱硫系统中不可避免的,同时也是脱硫行业较为普遍关注的问题。虽然随着脱硫催化剂技术的发展,许多新型催化剂已具备清塔降阻功能,使得堵塔问题有所缓解。但由于各企业工艺、设备状况及生产操作管理等方面的原因,特别是企业在改烧高硫煤后,为满足工艺要求,脱硫塔塔径不得不越做越大,这样气液在塔内就很难均匀分布,从而导致气液偏流。再加上塔内填料本身就易堵,虽然很多企业在填料的结构和气液的分布方面做了大量的技术改造工作,以缓解填料脱硫塔堵塔等问题。但从实际工业化装置运行状况来看,许多企业仍然没从根本上摆脱堵塔的困境,致使堵塔问题始终未能得到根本解决。
下面分析探讨一下脱硫塔堵塔成因,抛砖引玉,希望能从中找到一种从根本上解决堵塔的途径。
2、脱硫塔堵塔成因分析
造成塔堵,主要是硫堵和盐堵。究其原因,主要表现在以下几个方面:
(1)进塔气体质量差。气体夹带的煤灰、煤焦油和其它杂质等,长时间积累在填料上,形成塔阻力上升,时间一长,极易产生塔堵。
(2)脱硫液的吸收和析硫反应,80%是在脱硫塔内进行的。若塔内析出的硫(特别是入口H2S含量较高时),不能及时随脱硫液带出塔外,硫颗粒就粘结在填料表面,时间久了导致气体偏流,形成堵塔。
(3)溶液循环量不够。致使塔喷淋密度降低,一般要求喷淋密度在35~50立方米/㎡.h。塔喷淋密度偏小,易使塔内填料形成干区,气液接触不好,不仅使塔脱硫效率下降,且时间一长,就会形成局部堵塞,气液偏流,塔阻上升,造成塔堵。
(4)脱硫系统设备存在问题。一是脱硫塔填料选择不当。脱硫塔气液分布器、再分布器及除沫器结构不合理或安装出现偏差。脱硫塔在检修时,仅是将塔内填料扒出来清洗,而未将堵塞在除沫器和驼峰板的两驼峰之间的碎填料和积硫及时清理出去,造成除沫器和驼峰板的降液孔不畅通,以致开车后,形成气体偏流,塔阻上升,被迫二次停车处理。二是溶液再生有问题。单质硫浮选效果差,悬浮硫上升,脱硫效率下降。主要表现在,再生设备不配套,氧化再生槽在设计上存在诸多缺陷。比如氧化再生槽内无分布板,有则分布板孔径过大,一般分布板孔径为8~15㎜,孔距20~25㎜。分布板的作用是夹带无数气泡的脱硫液从尾管出来,便迅速形成无数气泡群,气泡群在其自身浮力的作用下,向上漂浮。同时游离在溶液中的单质硫便向气泡群周围聚集,并粘附在气泡表面。随着气泡群向上浮动,经2~3层分布板后,气泡群就会越聚越多,气泡表面粘附的单质硫相应就越多。而无分布板的再生槽气泡大且易碎,带出的单质硫就相对较少。
空气自吸式喷射器是再生系统的心脏,其选用和安装不合理均会严重影响溶液再生效果。主要表现在空气自吸式喷射器吸空气量小,造成再生空气量不够,使HS-氧化单质硫的程度变差,从而影响溶液再生效果;空气自吸式喷射器尾管出口到再生槽底部距离过大,一般尾管距槽底距离为400~600㎜,最多不超过800㎜。其尾管出口到再生槽底部距离过大,易形成槽内溶液死区过多,影响再生效果;喷射器在设计上要求溶液经过喷嘴的流速要达到18~25m/s,混合管的长度是其管径的20倍;空气自吸式喷射器在安装过程中,要求喷嘴、混合管、收缩管及尾管中心轴线要一致,其同心度≦1.0㎜。空气自吸式喷射器在设计及安装上比较专业,一般不要去盲目仿制,企业在选用自吸式喷射器时,建议找专业生产厂家来订制比较妥当些。
(5)催化剂选用不当。劣质催化剂价格虽较低,但在应用过程中,我们知道,不同种类的催化剂在催化氧化过程起作用是不尽相同的,特别是氧化后形成的单质硫晶体结构不一样,它的粘度和颗粒大小就不一样。因其使HS-氧化为单质硫的程度较差而造成脱硫液悬浮硫升高,较高的悬浮硫就会粘附在塔内填料上,时间一长,就会造成堵塔,使塔阻上升,严重时影响生产。
(6)我们知道,多溶质在脱硫液中的溶解度,较其单一在水中的溶解度,均有不同程度的降低。因此,浓度高或溶解度低的副盐,在溶液温度较低的情况下,往往会形成混合性过饱和析出结晶而堵塔。所以有的厂家脱硫系统在冬季停车,一夜之间再开车时,发生恶性堵塔,被迫通蒸汽加温而延误开车。
(7)操作和管理不到位。操作中脱硫液温度过高,一般温度控制在38-42℃为宜,超过45℃则气泡易碎,单质硫浮选不好。操作温度大于50℃则副盐生成大量增多。一般副盐三项(Na2S2O3、Na2SO4和NaCNS)之总和应小于250g/L,特别是溶液中Na2SO4的含量一般不超过40g╱L为宜。当副盐增加时,要及时采取措施(排放或引出部分脱硫液使其降温析出结晶)。否则脱硫液中过多的副盐在塔内易析出结晶,粘附在填料上,时间一长,就形成盐堵。发生盐堵后,不仅使塔阻力上升,而重要的是会引起设备严重腐蚀。脱硫塔发生盐堵后,再好的催化剂也是无能为力的,氧化再生槽浮选出的硫泡沫不能及时溢流出去,而在液面上停留时间过长,硫泡沫破碎后,其表面粘附的单质硫下沉进入贫液,造成贫液悬浮硫上升。而由脱硫泵带至塔内,沉积在填料上,时间久了就会形成硫堵;溶液循环量不能保证相对稳定,调节过频,造成系统波动较大。当遇到系统减量时,溶液循环量应保持稳定,可从溶液组份上来作些调整。当遇到系统大幅度减量时间较长时,溶液循环量可仍保持稳定运行3-4小时,以使塔内填料上沉积的硫得到冲刷;再生槽吹风强度在经过操作摸索后,可稳定在最佳量,一般不宜作过多调节。否则会影响单质硫的浮选,导致再生效果不佳;硫回收的熔硫残液,在变成低温处理时不达标,液温高、杂质多,影响吸收与再生效果,造成贫液质量差,悬浮硫含量高。熔硫残液在回收前要沉降冷却至≤45℃,使熔硫残液中的大量副盐结晶析出在沉降冷却池,清夜再返回系统循环使用。
综上所述,我们不难看出,产生堵塔的成因,一是入塔气体除尘效果不佳,二是塔内气液偏流严重,三是脱硫液再生不好,四是副盐控制超标严重,五是操作管理不到位。而造成堵塔的关键因素在于脱硫塔内填料,但入塔气体的降温除尘、再生系统的合理配置及生产操作有效管理也同等重要。既然如此,我们不妨去换个角度,从脱硫塔的设计入手来解决堵塔问题。
3、 脱硫塔堵塔的解决途径
3.1 常压脱硫
对于常压脱硫系统,采用喷淋空塔段或填料段与空喷段组合的脱硫塔,不失为脱硫行业一个有益的探索和尝试。因为塔内填料的大幅度减少,再加上塔下部的喷淋空塔段也担负了一定的降温除尘作用,这样就可有效的避免填料塔堵塔的弊病。工业化实践证明,仅喷淋空塔段的脱硫效率就高达60%。
对于单塔配置的企业,可将脱硫塔下段填料扒出改为喷淋段,上两段填料保持不动;对于双塔或多塔配置的企业,可将前边的填料塔改为喷淋空塔,作为预脱硫塔;对于使用高硫煤的企业,可在首级脱硫中采用喷淋空塔技术。这样喷淋空塔既具有较高的脱硫效率,又起到降温除尘的效果,同时减轻了填料段的负荷,更加有效的防止了堵塔。
其实,空塔喷淋技术很早就被运用在化肥行业的脱硫领域,但当时由于受塔内喷头的雾化技术及设计安装的合理性而未能达到预期的效果,导致该技术没有被继续推广。显然,要想保证喷淋空塔的脱硫效果,首先喷头的雾化技术无疑是最为关键的因素,其次就是喷头安装的合理布局。而许多企业的预脱塔大都采用用于洗气、降温的喷头,由于喷头雾化效果差,加上喷头布局不太合理,致使塔内气液接触不彻底,预脱硫塔始终未能更好地发挥作用。我公司气体净化设计研究中心通过模拟实验,总结行业内诸多喷头的不足,经过反复模拟实验与改造,最终研制开发了DSP型系列高效雾化喷头,而且设计了一整套灵活巧妙的喷头布置形式,可将脱硫贫液雾化成高强度、高密度呈接近液化的“气态”。喷淋空塔设计参数:工艺气体线速V:0.8~1.2m/s;液气比值:10L/Nm3;有效的气液接触时间:10~15S。故高效雾化喷头能较好的满足在脱硫塔内气液两相传质界面大、传质动能大、传质时间短的传质三要素。
从我们收集到的诸多用户反馈信息来看,均取得了令人满意的效果。
3.2 加压脱硫
对于加压脱硫(变换气脱硫)系统,采用无填料塔技术,以QYD气液传质装置来取代填料,可从根本上解决塔堵问题。
我们知道,对于变换气脱硫,虽然其同常压脱硫脱除H2S的反应机理是一样的,但压力不同,气体组分也不一样,特别是CO2含量差别较大(变换气CO2含量为28%左右,而半水煤气中CO2的含量仅为8%左右)。变换气中的CO2对吸收和再生干扰较大,且变换压力较高。而现行的变换气脱硫工艺,大多套用半脱的设计,没有从根本上解决气体中CO2对变脱系统运行产生的干扰。从东狮脱硫技术协作网所收集的资料来看,变脱比半脱堵塔几率要高,变脱压力等级越高,堵塔机率就越大。虽然许多企业在工艺和设备上都做了大量技术改造,也取得了一定效果,但都未能从根本上解决塔堵问题。
基于此,我公司气体净化技术研究中心的技术人员根据多年的脱硫技术经验,经过多次试验,终于推出了QYD型气液传质装置,以此传质装置取代填料,从而解决了行业脱硫多年来悬而未决的问题,即硫塔堵塔问题。该装置是集传统的诸多塔内件的优点于一身,更加强化气液传质过程,它充分利用了脱硫反应机理H2S和碱溶液快速化学反应的原理,采用气液直接接触,并依据H2S含量高低设置特殊的气液接触装置、气泡再布装置,使气液之间动态接触,湍动传质。这不仅大大增加了气液接触面积,使气体在极短的时间内与液体充分混合接触,提高了气体的净化度。另外,由于气液接触时间大大缩短,从而使脱硫原料气中CO2对碱溶液吸收的影响得到极大地改善,溶液中NaHCO3的生成率也大幅度降低,从而大大地提高了贫液质量,促进了溶液循环吸收能力。该气液传质装置结构简单,安装简便,操作弹性大,不仅适应于旧脱硫塔改造,更适用于新塔设计。
4、结束语
对于常压脱硫系统,采用空塔喷淋段与填料段复式组合的脱硫塔,不仅脱硫效率高,而且可有效的防止填料塔的堵塔弊病;对于加压脱硫(变换气脱硫)系统,采用无填料塔技术,以QYD气液传质装置来取代填料,可从根本上解决塔堵问题。当然,要想完全从根本上解决脱硫堵塔问题,还需要有设计较为合理的再生和硫回收系统与之相配套;还需要有行之有效的工艺操作规程来规范操作;还需要强有力的工艺、设备管理措施来加强管理。只有这样,脱硫系统才能开得越来越好。
▍
湿法:石灰石/石灰—石膏湿法,锅炉烟气经增压风机增压,通过气-气热交换器交换热降温后进入脱硫塔,自下而上流经脱硫塔,与自上而下的石灰石/石灰浆液形成逆向流动,同时发生热量交换和化学反应,除去烟气中的SO2。净化后的烟气经除雾器除去烟气中携带的液滴,通过气-气热交换器升温后从烟囱排出。反应生成物CaSO3进入脱硫塔底部的浆液池,被通过增氧风机鼓入的空气强制氧化,生成CaSO4,继而生成石膏。为了使浆液池中的硫酸钙保持一定的浓度,生成的石膏需不断排出,新鲜的石灰石/石灰浆液需连续补充,石膏浆经脱水后得到纯度较高的石膏。
半干法:喷雾干燥烟气脱硫以及循环流化床烟气脱硫(也可以为半干法,最后处理不同)。经破碎后石灰在消化池中经消化后,与脱硫副产物和部分煤灰混合,制成混合浆液,经浆液泵升压送入旋转喷雾器,经雾化后在塔内均匀分散。热烟气从塔顶切向进入烟气分配器,同时与雾滴顺流而下。雾滴在蒸发干燥的同时发生化学反应吸收烟气中的SO2。
1、脱硫塔烟气进口设计不合理,即进口烟道要插入脱硫塔,而且要深入一部分,特别是上部,一定要深入一定的尺寸,以挡住脱硫塔上部喷下来的浆液,以便减少涡流产生的带浆现象。再者,插入脱硫塔的烟道一般要设置的一定的坡度,一般为10-12°。
2、法兰处漏烟,由于天气冷,形成了冷凝水。一般法兰内部,都需要焊接的,以防止漏水。
脱硫系统在运行过程中,脱硫塔作为气液接触装置,普遍存在雾沫夹带现象,只是严重程度不同而已。雾沫夹带轻的系统,对后工序基本没有影响。雾沫夹带严重的话,硫沫会带到后系统,出现压缩机一段气阀堵硫沫,一段水冷器换热管被硫黄堵塞的现象。
脱硫塔的雾沫夹带不同于其它的气液接触装置。雾沫中携带的硫沫粘着性强而流动性差。在雾沫分离的过程中,硫沫容易粘附在分离装置等的表面上。
脱硫塔塔顶不安装除沫器,如果发生雾沫夹带的话,对后工序影响比较大。如果采用旋流板、丝网类除沫器的话,粘附硫沫后阻力会增大。在塔顶液体分布器上面加装一段填料的话,有***的效果。需要注意的是,如果填料表面得不到液体的冲刷也存在硫堵的的问题。如果使用折流板除沫器情况会相对好一些,但要根据脱硫塔的空塔气速对折流板的间距和角度认真核算。间距大而角度小了分离效果不好,间距小而角度大了阻力大且有吹翻的可能。在脱硫塔后加水洗塔,污水处理比较困难,含有脱硫液、硫沫的废水没办法消化。而在脱硫后加一级电捕,确实能有效地除去夹带的硫沫,但运行周期偏短。一旦电晕极上粘附了硫沫,其除硫沫作用马上消失,并且电极丝的清洗工作量也是很大的。
由此看来,被动地应付雾沫夹带问题,采用折流板除沫器还是***选择。而要***解决带硫沫问题还得从源头上想办法。气体中带硫沫的原因有如下几个:一是脱硫塔空塔气速高,否则夹带量就小;二是脱硫液副盐含量高,造成脱硫液易起泡;三是脱硫贫液的悬浮硫高,造成泡沫中含大量的硫沫。而这三种情况在大多数时候是同时存在的。而这一系列问题的发生是由于整个系统存在先天不足造成的,与生产管理和工人的操作没有多大关系。
2 副盐的积累
脱硫液中的副盐主要是NaSCN、Na2S2O3、Na2SO4,其中NaSCN是由于原料气中含有在煤制气过程中生成的HCN,在脱硫过程中生成NaSCN存在于脱硫液中,NaSCN的生成过程是不可控的。NaSCN还能进一步氧化成Na2SO4。脱硫液在再生过程中有Na2S2O3生成,这一副反应是脱硫过程中可控的副反应。Na2S2O3进一步氧化也生成Na2SO4,脱硫液中Na2SO4含量的高低与脱硫液中Na2S2O3、 NaSCN的生成量有关。
再有就是煤气中的焦油除不尽,会与脱硫液发生皂化反应,导致脱液起泡。这一点已引起大多数的厂家的注意,不再赘述。
脱硫液再生过程中生成Na2S2O3的副反应与再生温度、脱硫液的PH值、富液槽(有的叫反应槽)停留时间有关。再生温度高的原因是进脱硫塔煤气温度高,需要考虑冷却塔降温效果。脱硫液实际上是Na2CO3-NaHCO3的缓冲溶液,PH值高了自然会多吸收煤气中的CO2,因而脱硫液的PH值不会太高。反而是副盐含量高了以后脱硫液的PH值会低。富液槽停留时间短说明富液槽太小了,需要对富液槽进行改造,增大富液槽容积。
再一个就是熔硫过程,在熔硫过程中到底发生了什么反应,目前还没***的文献发布可信的分析。但大家可以达成的共识是熔硫后的废液补入系统后对系统的冲击很大,并且补入贫液槽和补入富液槽变化不大。因此不少厂家都在熔硫废液的处理上想办法,什么沉淀、过滤、降温等,效果也是喜忧参半。
以上这些做法只能控制副反应的发生量,并不能***副反应的发生。即使碱液脱硫装置设备相互配套了,生产运行控制好了,只能是把副反应的量降低,并不能做到不发生副反应。并且按照物质不灭的原则,脱硫液中的副盐只会越积越多,不会消失。有的单位副盐积累到***程度,采取相应的措施后,用一段时间的调整就能使系统恢复正常,试问副盐去哪儿了?如果没有提取副盐的装置的话。结论应该是彼此心照不宣吧!
至于如何控制住副盐的积累,无非是带出系统。有几家脱硫运行比较稳定,没有副盐的积累的单位,有一点共性的东西值得大家思考,他们不炼硫黄,而是将硫膏过滤后直接卖掉了。其实这也是变相的一种置换。
即使不考虑卖硫膏,也应该考虑把硫沫过滤后再进行熔硫。这样废液量大大减少了,处理起来也好办一些。锅炉有烟气脱硫装置的可以喷到燃料煤上烧掉,有煤球装置的也可以加在原料煤里回炉,污水处理装置能力够的话也可送污水处理。
副盐的积累会造成脱硫液的比重增加,新鲜的脱硫液比重一般的1.1g/L以下,比重超过1.2g/L脱硫的运行状况就会恶化。用普通的比重计就可测量,也比较方便。
3 硫容与富液槽/再生槽容积
硫容高低能够反映出脱硫液状况的好坏,但目前认识上可能存在一个误区,即片面地追求高硫容。脱硫的目的是把煤气中的硫化氢降到设定的指标,比方说氮肥肥行业半水煤气脱硫出口H2S的指标是0.068g/Nm3,达到指标是主要的。不能仅仅为了提高硫容而提高碱度、提高催化剂浓度,因为这样做***保证有相应的富液槽停留时间与之相匹配。高硫容意味着富液中的高NaHS含量,如果没有相应的富液槽停留时间与之相匹配,富液中的NaHS不能在富液槽中充分氧化,在经过喷射再生时接触大量的空气,就会发生生成Na2S2O3的副反应。
另外当富液槽停留时间条件较好的话,可以控制脱硫液的高硫容,这样可以降低脱硫液的循环量,但是这又存在一个液气比和喷淋密度是否满足要求的问题,如果喷淋密度太小,不能将脱硫过程中形成的硫沫以及贫液带入的悬浮硫冲刷下去,日积月累就会导致堵塔现象的发生。
富液槽停时间重视程度不够,如果富液槽容积太小,导致副反应大量发生。就会造成脱硫效率下降,为了保证脱硫指标,只能被迫增加循环量,这样一来富液槽停留时间更短,形成恶性循环。富液槽的改造投资并不大,但却能够解决大问题。
再生槽是脱硫剂恢复携氧量和HS-氧化成S的设备,同时实现硫泡沫的浮选。如果再生槽偏小的话,不仅脱硫液再生不好,而且会造成贫液悬浮硫高。另外再生槽的体积指的是纯粹气液接触的体积。对于喷射再生槽,不包括环形槽贫液的体积。
富液槽/再生槽停留时间参考值15±5min,这一点可能与通常的看法不太一致。
4 堵塔
采用碱液脱硫后,当前比较普遍存在的问题是堵塔。可是,我们回顾一下,在九十年代初这一矛盾并不突出,一方面是部分厂家还在采用氨水脱硫,采用碱液脱硫的厂家少。另一方面是当时碱液脱硫的厂家堵塔的问题也确实不像现在这么突出。
脱硫塔堵塔成为普遍问题是在2000年前后,由于化肥行业的大发展,无烟煤供应开始紧张,价格开始上涨。化肥企业为了降低生产成本,造气烧高硫煤成为主流。再加上一些企业对脱硫重视不够,生产规模不断扩大却未对脱硫系统做相应的改造。最终导致了脱硫系统高负荷甚至超负荷运行。因而脱硫堵塔现象也逐渐成为“主流”,不堵塔的反而成为少数了。
最近几年各方面在如何解决堵塔问题上也做了大量了偿试。熔硫残液处理、液体分布器改造、塔填料由规整填料改成散装填料、换催化剂等等,最终该堵还是堵。目前一些厂采用了空塔喷淋的脱硫塔,是不用考虑堵塔的问题,但脱硫效率不高,只能做为预脱硫使用。
某单位的一塔250规整填料,Ф4200的塔过20000m3/h的气量,进口H2S=1.0~1.5g/Nm3。用了两年阻力没有明显变化。后来气量加到30000m3/h,进口H2S=2.0~2.5g/Nm3。换成125规整填料,基本上也坚持不了一年。再后来换成了Ф76的塑料阶梯环,情况也没有明显的改善。
脱硫塔负荷小时作业周期长有如下几方面的原因:1、塔本身有余量,即使发生堵塔倾向,在带入物***的情况下,塔的通量维持的时间也较长。2、塔有余量的情况下,脱硫液的循环量也有相应的余量,可以定期大循环量对填料进行冲洗。3、进口H2S高的话,在脱硫塔内析硫就多,相应增加硫堵的机率。4、在贫液悬浮硫***的前提下,脱硫系统循环量较满,带入塔内的硫相对也多。
另外,脱硫系统在高负荷下运行,再生不好、副盐高、悬浮硫高的情况也更容易发生。这类情况出现后,对脱硫塔也造成不利影响。比如熔硫残液处理不好等造成的悬浮硫高,容易堵液体分布器,造成填料局部液量小,起不到应有的冲刷作用,也就很快堵掉了。
再有,如果脱硫塔在超负荷的情况下生产,溶液循环量超过了液体分布器的设计液量,会造成液体分布不均,不仅起不到冲刷作用,还会因局部液量小而很快发生堵塞。
脱硫塔的阻力正常情况下与塔径、塔负荷有关。新塔阻力上涨一般经历一个先慢后快再慢的过程。塔阻力有了明显的变化以后,此时塔内的气液分布已经发生了变化,部分填料已经出现了堵塞。脱硫塔开始在比较大的负荷下工作,如上一节所述,阻力就会明显地上涨。一般脱硫塔的阻力到80mmHg后系统运行就很困难了,电耗升高不说,罗茨风机出口压力升高伴随着温度升高,如果风机出口的冷却塔能力不足的话,连整个工艺状况也会恶化。阻力到100~120mmHg以上就***扒塔了。
5 扒塔与洗塔
扒塔是一项很繁重的工作,不仅劳动强度大,而且脱硫液对皮肤尤其是眼睛刺激性很大,扒一次填料,施工作业人员的眼睛得红肿疼痛两叁天。所以塔能不扒尽可能地不扒,能少扒一次少扒一次。另外就是扒填料之前要做好准备工作,要有详细的施工方案和、劳动保护措施。
大多数时候脱硫塔阻力大而被迫扒塔时,塔内的填料还能用,并不用更新。这就要对塔内填料进行回收,清理一下重新装到塔里。
有的单位扒塔工作做的很仔细,把填料扒出来后,用水冲洗后再装到塔里。这样一来必然要消耗大量的水,冲填料的水往哪儿去也是个大问题。
对于脱硫塔如何扒填料,我想打个比方。家里的抽油烟机隔一段时间要清一次,擦得干干净净地,像新买的一样,可是做完一顿饭后是不是还是这个样子呢?
对于规整填料,可能现在用的很少了,首先明确一点就是不要按厂家要求的那样新填料装好后把打包带剪断,那样的话扒塔的工作量就大了。在打包带完好的情况下,塔内用脱硫液边冲边扒,塔里的填料可以整块地从人孔运出来,少量散的也能分层规置规置单独存放。扒出的填料不用水冲,直接放到一片干净的场地晾干,摔打一下就行。用手提起来一块感觉很轻,说明硫沫基本掉干净了。散了的重新组成块用打包带打包