一種降低尾氣脫硫塔阻力的方法

朱培春，李明榮

（云南三環中化化肥有限公司，云南昆明 650113）

隨著國家對環保要求越來越嚴，硫酸生產裝置增加尾氣脫硫系統已成為行業降低尾氣排放的有效方法。在氨法尾氣脫硫系統中，隨著使用年限的增加，填料層被硫酸銨結晶物堵塞造成系統阻力上升。硫酸裝置系統阻力上升，是影響硫酸裝置長周期、高負荷運行的關鍵問題。阻力上升不僅增加了硫酸裝置的運行成本，同時也增加硫酸裝置的運行能耗。根據云南三環中化化肥有限公司2 套800 kt/a 硫酸裝置尾氣脫硫系統運行阻力上升原因分析，結合生產實踐，技術人員采用鍋爐定排水作為沖洗水，使用酸洗填料層的方法來降低尾氣脫硫塔的阻力。

1 硫酸裝置尾氣脫硫系統介紹

硫酸裝置尾氣脫硫系統在2013 年8 月建成投用，主要承擔2 套800 kt/a 硫酸裝置的尾氣脫硫任務。該系統采用氨法脫硫工藝，即SO2與氨水（NH4OH）反應生成亞硫酸氫氨（NH4HSO3），再進入氧化塔中進一步氧化生成硫酸銨[(NH4)2SO4]。尾氣脫硫工藝流程見圖1。

尾氣脫硫塔是尾氣脫硫的核心設備，采用塔槽一體結構，下層為脫硫循環槽，中層為SO2吸收段，上層為除霧段。尾氣脫硫塔內尾氣中SO2與脫硫液逆向接觸在填料層被除去，脫硫后氣體經頂部電除霧器除霧后送入煙囪排放。除霧器頂部采用工藝水對填料層進行自動沖洗。吸收段采用聚丙烯（PP）材質波紋填料。

公司2 套800 kt/a 硫酸裝置共用1 套尾氣脫硫塔。尾氣脫硫塔阻力上升后需要對2 套硫酸裝置進行停車處理，且填料更換消耗時間長，對系統整體運行影響較大。近年來尾氣脫硫塔運行中阻力變化情況見表1。

圖1 尾氣脫硫工藝流程

表1 尾氣脫硫塔運行中阻力變化情況

由表1 可知：尾氣脫硫塔投用至今阻力不斷上升，最高為3.70 kPa。

2 尾氣脫硫塔阻力上升原因分析

使用過程中，尾氣脫硫塔阻力上升主要原因有：①尾氣脫硫塔沖洗水采用工藝水，工藝水水質較差，含有部分淤泥，進入系統后易造成填料層或分液器孔板堵塞；②脫硫液不斷濃縮形成結晶物，結晶物附著在填料層的孔板中，使氣路堵塞造成整體填料層阻力上升。硫酸銨晶體無法通過加大循環量來進行清洗，隨著運行時間延長，被堵塞的空洞逐漸增多，由點即面對整個填料層的吸收影響較大，系統阻力不斷增加。脫硫系統需加大風機風壓才能保證高負荷運行，增加了運行成本。

2018 年尾氣脫硫循環泵出口流量逐步下降。技術人員對尾氣脫硫泵進口濾板進行檢查，發現濾板表面附著大量呈淡黃色結晶物，濾板孔洞被嚴重堵塞。對結晶物進行化學分析，分析結果見表2。

由表2 可見：結垢物主要成分是硫酸銨，同時含有大量鈣鎂鐵離子。這說明在結垢物的組成中除硫酸銨有貢獻外，工藝水中雜質對結垢物的組成也有貢獻。2018 年2 套硫酸裝置同時停車，對尾氣脫硫塔進行檢查，在填料層中發現淡黃色的硫酸銨顆粒附著在填料層上。

表2 尾氣脫硫塔內結晶物分析結果 w/%

尾氣脫硫塔中脫硫液在循環過程中逐漸被氧化形成硫酸銨結晶物，在經過尾氣脫硫循環泵進口濾板和尾氣脫硫塔內填料層時附著在孔洞上，當晶體逐漸變大形成顆粒物，最終堵塞孔洞造成脫硫循環泵出口流量下降、尾氣脫硫塔阻力上升。脫硫循環液流量下降后影響脫硫效果，且泵負荷過大出現震動情況；脫硫塔阻力上升使整個系統運行成本增加，同時對玻璃鋼材質的尾氣脫硫塔存在較大的安全隱患。

3 尾氣脫硫塔系統阻力優化的措施

針對脫硫塔阻力上升問題，技術人員認真分析總結，采取了一系列優化措施。

3.1 尾氣脫硫塔沖洗水改為硫酸鍋爐排污水

硫酸鍋爐定期排污水通常被用作脫鹽水補水或硫酸循環水進行回收。鍋爐排污水與工藝水分析比對情況見表3。

由表3 可見：鍋爐排污水中鈉離子、磷酸根含量較高，排污水電導率、二氧化硅、氯離子、濁度、總硬度均比工藝水低，整體水質好于工藝水。采用鍋爐排污水代替工藝水加入尾氣脫硫塔，可使尾氣脫硫塔補水及噴淋水水質提高，不容易堵塞噴頭及泵進口濾板，減少雜質在塔內填料的沉積，有利于緩解尾氣脫硫塔阻力上升。

表3 鍋爐排污水和工藝水分析對比

3.2 采用低濃度鹽酸對尾氣脫硫塔填料進行清洗

由于公司2 套硫酸裝置共用尾氣脫硫塔，尾氣脫硫塔檢修時間較少，一般情況2～3 年才能有檢修機會。尾氣脫硫塔運行至2020 年5 月，阻力已上升至3.7 kPa，嚴重影響系統運行。利用硫酸裝置停車機會，技術人員采用低濃度鹽酸對尾氣脫硫塔填料層進行清洗。酸洗步驟及方法如下：

1）提前拆除尾氣脫硫塔1.5 m 以下儀表。

2）提前將硫酸銨溶液存入氧化塔、硫酸銨槽，氧化塔、硫酸銨槽液位保持上限，用作開車母液。

3）停車并關閉尾氣脫硫塔進口煙氣閥，停尾氣脫硫泵，并用硫酸銨泵將硫酸銨液送走，待尾氣脫硫塔液位約0.7 m 時停送。

4）開底部排液閥，將尾氣脫硫塔底部硫酸銨液全部排入圍堰內。

5）將分液槽、底部硫酸銨液沖干凈后，封孔，并將尾氣脫硫塔內液位控制在1.0 m。

6）沖洗完成后，先進水提高脫硫塔內液位，控制在1.0 m，從底部排液閥加入鹽酸。

7）配置w(HCl)4%～8% 鹽酸，提前聯系酸車到現場。尾氣脫硫塔截面積為58 m2，液位在1.2 m，需w(HCl)30% 鹽酸9.3 t。

8）配藥時先通過1 臺尾氣脫硫泵運行混合藥劑，進完藥劑后2 臺尾氣脫硫泵運行，酸洗循環時間為4～6 h。

9）清洗過程中，每1 h 取樣分析鹽酸濃度，以便補充藥劑，w(HCl) 不能低于1%。

10）清洗完成后，將廢液排入圍堰內，排廢液前需在尾氣脫硫塔加氨水中和。

11）廢液至人孔以下，開打人孔檢查較果。

12）廢液排完后，再次檢查、封孔。進脫硫母液并調整液位、pH 值正常，以便開車。

化學清洗前先對填料層進行采樣，以便清洗前后效果對比。

3.3 酸洗優化后裝置壓降變化

酸洗優化后尾氣脫硫裝置阻力變化見表4。

表4 酸洗優化后裝置阻力變化情況

由表4 可見：系統阻力最高在4.60 kPa，2019年采用鍋爐排污水代替工藝水對填料層進行自動沖洗后，系統阻力降至4.10 kPa ；2020 年采取酸洗填料層的優化措施后，系統阻力降至3.20 kPa左右。

4 結論

4.1 減少風機蒸汽消耗

通過對尾氣脫硫塔內填料進行酸洗，相同負荷下風機蒸汽消耗得到減少。根據廠家提供的KK&K風機性能特性圖及數據表，滿負荷運行時，系統總阻力降低1 kPa 即KK&K 風機出口壓力降低1 kPa，風機聯軸節功率可降低約73 kW/h，降低蒸汽消耗0.98 t/h。

4.2 降低風機運行成本

電費按0.35 元/kWh 計算，裝置總阻力降低1 kPa，運行費用可降低約20.4 萬元/a。鍋爐排污水替換工藝水后，裝置阻力下降約0.50 kPa ；酸洗填料后，裝置阻力下降1.00 kPa，運行費用可降低30.6 萬元/a。

技術人員將硫酸尾氣脫硫塔沖洗水改為鍋爐排污水，解決了工藝水水質差的問題。采用低濃度鹽酸尾氣脫硫塔填料進行酸洗，可將堵塞填料層的硫酸銨進行清除。系統運行時間較短，目前無法確認酸洗對尾氣脫硫塔中填料的影響，還需繼續觀察。從目前運行情況看，低濃度酸洗填料降低了尾氣脫硫塔阻力，可滿足硫酸裝置長周期、高負荷運行的要求。