氨法煙氣脫硫塔壁掛料分析及解決方案

陳乾榮　易繼斌　周 輝（貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓563200）

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氨法煙氣脫硫塔壁掛料分析及解決方案

陳乾榮易繼斌周 輝
（貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓563200）

1　工藝流程

貴州赤天化桐梓化工有限公司鍋爐煙氣脫硫裝置采用液氨吸收煙氣中的二氧化硫、然后生產硫酸銨的氨法工藝。煙氣首先進入脫硫塔濃縮段進行降溫，在降溫的同時并不斷濃縮硫酸銨漿液，使煙氣溫度降至45～60℃后進入吸收段。脫硫塔由上至下分為吸收段、濃縮段和氧化段。濃縮段的主要作用是降低煙氣溫度和濃縮硫酸銨溶液，使其達到過飽和并形成含固量10%～30%（質量分數）的硫酸銨漿液，然后由結晶泵輸送至后系統進行離心、干燥、包裝制得產品硫酸銨。吸收段的主要作用是將脫硫劑亞硫酸銨和部分溶解氨噴淋吸收煙氣中的二氧化硫，并除去煙氣中夾帶的水滴后將煙氣排出脫硫系統。氧化段的主要作用是將亞硫酸銨經氧化生成不飽和硫酸銨溶液，并通過一級泵向濃縮段間歇補充生成的硫酸銨漿稀溶液。

氧化風從氧化段底部一級布風管均勻進入氧化段，經4層篩板2次打散，氧化風與氧化段漿液充分混合并達到一定停留時間后，乏氣通過氧化段頂部倒U形管進入濃縮段；乏氣進入濃縮段二級布風管后，均勻地向濃縮段曝氣，將系統中生成的硫酸銨結晶顆粒懸浮在漿液中，使其不沉降凝結在濃縮段底部；曝氣后的乏氣最終與煙氣一起排出系統。漿液通過濃縮段底部回流管回流至循環槽，經攪拌器攪拌均勻后由二級泵升壓至濃縮段頂部的二級噴淋管均勻無死角噴淋下來。噴淋層外圓直接噴淋至塔壁耐磨板上，以降低塔壁防腐層溫度，并使煙氣無法繞過噴淋死角進入吸收段。噴淋后的漿液在下降過程中充分接觸干熱煙氣，在降溫煙氣的同時蒸發掉漿液中的水分，達到不斷濃縮漿液的目的，降溫后的漿液落入濃縮段底部后通過自流重新返回循環槽進入下一循環。

2　濃縮段出現的問題

由于最外層二級噴淋在塔壁耐磨板上的飽和硫酸銨漿液在順著塔壁流下過程中接觸干熱煙氣后，受塔壁與塔內溫度差影響致使硫酸銨附著在塔壁上，漿液不斷噴淋和凝結，使塔壁附著層越來越厚，最終形成塔壁掛料。

氧化段向濃縮段補充硫酸銨漿液時，設有對濃縮段頂部噴淋沖洗的稀硫酸銨上副線和對塔壁沖洗的稀硫酸銨下副線，其作用是在補充不飽和漿液的同時對濃縮段煙氣夾帶硫酸銨晶體附著頂部進行沖洗溶解，對塔壁掛料沖洗溶解，但運行效果并不理想。自2011年煙氣脫硫裝置運行以來，出現3次緊急停運事故，都是因為塔壁掛料堵塞回流口及溢流口，造成濃縮段硫酸銨漿液漫過煙道口流入原煙道而被迫停車。于2012年3月發生的溢流事故造成鍋爐1臺引風機軸承變形，電流高起跳，導致1#鍋爐緊急停運，生產裝置大幅緊急減負荷運行。高固含量的硫酸銨漿液長時間高負荷運行，甚至會造成二級噴淋管支管管道堵塞、回流管回流閥卡死以及二級泵進口濾網堵塞等問題。在多次裝置停運開塔檢查時，發現硫酸銨掛料面積甚至大至4 m2左右、厚200 mm，二級布風管均一定程度被塔壁掛料砸斷，二級布風管支持鋼梁表面防腐層被多次砸壞，部分支撐鋼梁被漿液腐蝕。塔壁掛料問題已嚴重影響了煙氣脫硫裝置安全穩定長周期運行，同時給煙氣達標排放帶來極大的環保壓力。

3　原因分析

（1）在正常運行情況下，氧化段硫酸銨相對密度控制在1.12～1.18，其溶解硫酸銨質量濃度在200～400 g/L；在該運行狀態下，濃縮段飽和硫酸銨質量濃度在550 g/L左右。氧化段硫酸銨溶液密度越高，黏度越大，在接觸面一定的情況下，溶解硫酸銨的能力越低。原本氧化段已溶解較高濃度的硫酸銨，在噴淋過程中與濃縮段塔壁夾帶結晶顆粒的過飽和溶液混合后再對塔壁沖洗溶解，因此作用非常有限，根本無法滿足溶解塔壁掛料的要求。

（2）由于煙道進口距濃縮段底部高度2.0 m，回流管頂部溢流管高度1.6 m。2臺二級循環泵運行，在回流閥全開的情況下，濃縮段液位基本能保持在1.2 m左右，一旦回流管被堵塞，濃縮段液位很快升至1.6 m，會出現溢流。如果溢流管出現堵塞或者回流管堵塞等情況，濃縮段液位很快高于2.0 m；而正常運行情況下，濃縮段根本無任何可監測儀表數據來反饋其液位高低，唯一能判斷液位的只有根據循環槽液位波動趨勢來估計濃縮段液位高低。

（3）運行初期，廢氨水中的尿素、煙氣中雜質等成分導致循環槽中泡沫較多，超聲波液位計有時很難正常監測循環槽液位；加之二級泵液位低聯鎖保護，使循環槽液位低至2.5 m后，稀硫酸銨上副線自動全開向濃縮段補料。如果濃縮段出現回流受阻，循環槽液位就會很快降低，濃縮段液位也隨之升高，一旦操作人員未能及時發現，稀硫酸銨上副線全開后，短短幾分鐘內漿液就會漫過煙道口，造成系統停運事故。另外，由于原設計初濃縮段塔壁溫度計位置安裝在二級噴淋層上部，塔壁掛料后，塔壁溫度降低根本無法顯示出來，更無法判斷塔壁掛料情況。

4　改進思路及措施

要從根本上解決解決塔壁掛料問題首先應考慮如何將掛料溶解，且溶劑的選擇是關鍵。實踐證明，目前所采用氧化段稀硫酸銨作為溶劑是不可行的，只能用清水作為溶劑。其次，應設置一種穩定持續操作模式，使塔壁生成的硫酸銨積料能定時被溶解，使其不會不斷加厚加重。由于受操作人員操作能力影響差異較大，人工定期定時開關塔壁沖洗水的定時定量穩定性較差，故考慮將硫酸銨副線電動調節閥改為定時定量開關閥門，改善沖洗頻率和時間。另外，采用儀表顯示濃縮段液位，使操作人員能隨時監視液位及塔壁溫度變化，可提前做出處理，也能較大程度地減少掛料帶來的事故隱患。通過在耐磨板底部位置增加溫度測點，將信號輸入操作系統中，操作人員可通過增加的溫度測點與原溫度測點顯示值對比，如發現溫度相差較大，說明塔壁已有掛料產生，便于及時對其沖洗溶解處理。在二級布風管如塔倒U形管上增加壓力測點，通過壓力與密度關系初步能計算出濃縮段液位。

將原塔壁沖洗水改為工藝補水，補水電動閥設置為每30 min開啟對塔沖洗1 min，設置投運和切除鍵，便于操作人員根據運行情況來調整，閥門開關時間和沖洗時間根據運行情況由工藝技術員對其設置調整。在二級布風管進口增加壓力測點，并引入操作系統，通過檢測壓力趨勢變化，及時對回流管進行正反沖洗或者停運二級泵。另外，在運行操作方面，規定系統運行7 d后進行1次濃縮段徹底化料，將原飽和漿液化至相對密度1.22左右并保持1 h以上，其目的是將塔內管壁及噴頭積料徹底溶解，避免二級噴淋管堵塞影響裝置運行。

5　結語

改進后，2013至2014年度運行情況良好，再未出現過濃縮段漿液倒流入煙道事故，塔壁掛料得到有效控制。多次停運檢查，二級布風管斷裂情況得到明顯改善，二級噴淋管堵塞情況得到有效控制，二級循環量長期穩定、恒定在一定范圍內，結晶顆粒也有所改善。

收稿日期（2015-04-08）