硫磺回收裝置煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)垢分析與對(duì)策

大氣網(wǎng)訊:摘要：介紹了某煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)垢情況、危害及清垢處理過(guò)程，分析了煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)垢的原因，包括補(bǔ)水水質(zhì)、pH值、脫前煙氣的組成和性質(zhì)、高鹽水外排量等。其中，補(bǔ)水為未經(jīng)去離子處理的新鮮水，總硬度達(dá)到130 mg/L左右，鈣質(zhì)量濃度達(dá)到100 mg/L左右，是導(dǎo)致結(jié)垢的根本原因。針對(duì)結(jié)垢原因，對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)采取了一系列的技術(shù)改造和預(yù)防措施，包括優(yōu)化工藝流程、調(diào)整操作參數(shù)、提升檢修質(zhì)量和加強(qiáng)日常維護(hù)，結(jié)垢問(wèn)題得到改善，保證了凈化煙氣SO2的達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：硫磺回收 煙氣脫硫 結(jié)垢 達(dá)標(biāo)排放

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，自2017年7月1日起，國(guó)家開始實(shí)施硫磺回收裝置煙氣SO2排放新標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)要求重點(diǎn)地區(qū)SO2排放的質(zhì)量濃度低于100 mg/m3[1]，要求硫磺回收尾氣達(dá)標(biāo)排放。為此，中石化某公司100 kt/a硫磺回收裝置新建了一套煙氣脫硫系統(tǒng)，運(yùn)行初期取得了較好脫硫效果，但隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢，影響了凈化煙氣SO2的達(dá)標(biāo)排放和裝置的正常運(yùn)行。為此，該公司進(jìn)行了研究分析，并采取了一系列應(yīng)對(duì)措施。

1、工藝原理

1.1工藝流程

該工藝采用煙氣濕式堿洗脫硫技術(shù)，工藝流程見圖1。焚燒后煙氣(230 ℃)以水平方式進(jìn)入洗滌塔入口段，入口段設(shè)有急冷噴嘴，經(jīng)降溫和洗滌后，煙氣再進(jìn)入洗滌塔一級(jí)吸收區(qū)，煙氣和吸收噴嘴噴下的液滴劇烈混合，SO2溶于噴淋液并與堿洗物質(zhì)反應(yīng)而被脫除，然后煙氣再進(jìn)入二級(jí)吸收區(qū)域，進(jìn)一步脫除SO2。為除去煙氣中夾帶的小液滴，在吸收區(qū)上方設(shè)有除霧器，以減少煙氣帶水及對(duì)周圍裝置的影響。一級(jí)循環(huán)泵出口有一小股含鹽廢水排至廢水氧化處理部分處理后外排至下游裝置。此外，洗滌塔底設(shè)有事故循環(huán)泵，僅在事故狀態(tài)下啟用。

1.2煙氣脫硫原理

該脫硫工藝技術(shù)采用氫氧化鈉為脫硫劑，首先，來(lái)自硫磺回收裝置焚燒爐煙氣中SO2與水接觸，生成亞硫酸，然后，亞硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉水溶液一部分作為吸收劑循環(huán)使用，另一部分排至氧化罐，經(jīng)氧化后生成硫酸鈉水溶液排放至污水處理單元。

2、煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)垢及危害

自2017年6月建成投產(chǎn)以來(lái)，煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行良好且脫硫效果明顯，但從2018年7月之后，一、二級(jí)循環(huán)泵電流開始明顯降低，同時(shí)系統(tǒng)漿液比較渾濁，在清洗機(jī)泵入口過(guò)濾器時(shí)發(fā)現(xiàn)有土黃色泥垢堵塞在過(guò)濾網(wǎng)上，如圖2所示。人工清洗過(guò)濾網(wǎng)后，循環(huán)泵再次啟用，流量立刻恢復(fù)正常。但隨著結(jié)垢惡化，入口過(guò)濾器的清洗頻次越來(lái)越高，且經(jīng)人工清洗后，流量回升趨于不明顯。

與此同時(shí)，洗滌吸收塔的吸收能力逐漸下降，從2018年7月中旬起凈化煙氣SO2含量開始上升，質(zhì)量濃度最高達(dá)到60 mg/m3以上，且波動(dòng)幅度增大。同期高鹽水外排也存在受阻問(wèn)題，對(duì)廢水處理部分氧化罐及相關(guān)管線進(jìn)行清垢時(shí)，發(fā)現(xiàn)氧化罐罐底沉積大量泥垢，且部分管線已嚴(yán)重堵塞。

3、結(jié)垢處理

對(duì)于結(jié)垢問(wèn)題，當(dāng)前處理方法主要有兩種:一是在線清洗，二是停工清洗。

3.1在線清洗

該裝置煙氣脫硫系統(tǒng)采用在線清洗?？刂茲{液pH值在6左右，并加大新鮮水注水量和高鹽水外排量，但經(jīng)半個(gè)月的連續(xù)在線清洗后，并無(wú)明顯效果。經(jīng)后期局部停工并檢查，判斷為系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重所致。

3.2停工清洗

因在線清洗效果不佳，對(duì)裝置進(jìn)行局部停工處理，其中溶劑再生正常運(yùn)行，再生酸性氣送至同類裝置處理，制硫單元切斷酸性氣，克勞斯?fàn)t和焚燒爐停止運(yùn)行，然后對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行停工處理，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)脫硫塔內(nèi)幾乎所有洗滌噴嘴均存在明顯堵塞問(wèn)題，同時(shí)循環(huán)漿液系統(tǒng)的管線結(jié)垢嚴(yán)重，管內(nèi)流通面積明顯減小。

經(jīng)為期3 d的停工清洗處理，煙氣脫硫系統(tǒng)再次投用并立刻恢復(fù)正常操作，清洗前后的重要參數(shù)如表1所示，凈化煙氣SO2質(zhì)量濃度降至20 mg/m3以下，一級(jí)循環(huán)泵泵出口壓力由0.56 MPa降至0.43 MPa，機(jī)泵電流由55 A升至72 A，循環(huán)噴嘴前壓力由0.37 MPa降至0.26 MPa，急冷噴嘴壓力由0.38 MPa降至0.15 MPa，循環(huán)量明顯增加，清垢效果顯著。

4、結(jié)垢原因分析

煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)垢的原因有多種[4-6]。該裝置對(duì)吸收塔底垢樣進(jìn)行組分分析,結(jié)果為鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.75%，鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%,鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.16%，其他金屬基本未檢測(cè)出，此外，硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.60%。由此可見，鈣是垢樣中的主要金屬，即含鈣化合物的生成是導(dǎo)致結(jié)垢的主要原因。因吸收塔底漿液系統(tǒng)含有即主要結(jié)垢物質(zhì)為CaSO3。

4.1補(bǔ)水水質(zhì)

該裝置煙氣脫硫系統(tǒng)的補(bǔ)充水為未經(jīng)去離子處理的新鮮水，對(duì)新鮮水隨機(jī)抽樣4次，并進(jìn)行雜質(zhì)分析，見表2。其中平均總硬度為126 mg/L，平均鈣質(zhì)量濃度為96 mg/L，平均鎂質(zhì)量濃度為30 mg/L，平均SiO2質(zhì)量濃度為9.3 mg/L，還含有少量的鉀、鈉、鐵和鋅?？梢姡迈r水的總硬度較高，且以鈣為主。

新鮮水帶來(lái)的Ca2+會(huì)與循環(huán)漿液中的反應(yīng)產(chǎn)生CaSO3，極易達(dá)到過(guò)飽和并結(jié)晶在塔壁和部件表面，逐漸形成垢層，這是導(dǎo)致結(jié)垢的根本原因。

4.2 pH值

pH值對(duì)系統(tǒng)結(jié)垢有顯著影響。較低的pH值環(huán)境下不易出現(xiàn)結(jié)垢，而過(guò)高的pH值(pH值>9)會(huì)迅速導(dǎo)致結(jié)垢發(fā)生。

該裝置煙氣脫硫系統(tǒng)pH設(shè)計(jì)值為7，且嚴(yán)禁超過(guò)9。目前，因處理負(fù)荷偏大，pH值會(huì)間斷超過(guò)9，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，且設(shè)備內(nèi)表面的垢樣呈分層狀態(tài)，見圖4，這是多次發(fā)生pH值過(guò)高現(xiàn)象所致。

降低pH值有利于抑制CaSO3沉淀產(chǎn)生，但是pH值也不能過(guò)低，否則不利于SO2的吸收，從而影響煙氣SO2含量達(dá)標(biāo)排放。

4.3煙氣脫硫系統(tǒng)處理能力

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，當(dāng)脫前煙氣的SO2質(zhì)量濃度不大于1 500 mg/m3時(shí)，凈化煙氣SO2質(zhì)量濃度能控制在20 mg/m3以下，當(dāng)脫前煙氣的SO2質(zhì)量濃度大于2 000 mg/m3時(shí)，凈化煙氣SO2質(zhì)量濃度上升至40 mg/m3及以上。為保證凈化煙氣SO2含量達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)不得不加大注堿量，pH值控制值提高至8～9，但受到系統(tǒng)波動(dòng)影響，pH值會(huì)間斷超過(guò)9，這促使結(jié)垢問(wèn)題的發(fā)生和惡化。

此外，脫前煙氣的設(shè)計(jì)溫度為230 ℃，明顯高于設(shè)計(jì)值，最高時(shí)達(dá)到400 ℃左右，當(dāng)高溫?zé)煔馀c吸收塔漿液接觸時(shí)，加劇漿液蒸發(fā)濃縮，增強(qiáng)結(jié)垢趨勢(shì)。

4.4高鹽水外排量

當(dāng)高鹽水外排量偏小時(shí)，一方面會(huì)造成系統(tǒng)漿液中結(jié)垢物質(zhì)的富集、濃縮，另一方面導(dǎo)致漿液流速過(guò)低，結(jié)垢性物質(zhì)在管道內(nèi)表面沉積并結(jié)垢，促使管線流通面積減小甚至堵塞，從而進(jìn)一步抑制外排量的提高，形成惡性循環(huán)。目前，裝置外高鹽水管線已存在較明顯結(jié)垢問(wèn)題，且因外排管線與系統(tǒng)總管相連，不便單獨(dú)切出清洗，高鹽水外排逐漸降低，并間斷地低于設(shè)計(jì)值(0.51 m3/h)。

5、結(jié)垢預(yù)防對(duì)策

5.1改善補(bǔ)水水質(zhì)

為解決補(bǔ)水水質(zhì)這一根本問(wèn)題，現(xiàn)已增設(shè)除鹽水補(bǔ)水流程，將新鮮水補(bǔ)水改為除鹽水補(bǔ)水，因除鹽水幾乎不含結(jié)垢性物質(zhì)，所以從源頭上大大降低了系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)垢性物質(zhì)含量。

5.2控制pH值

進(jìn)入系統(tǒng)的介質(zhì)有焚燒爐煙氣、NaOH溶液、除鹽水，其中除鹽水、焚燒爐煙氣基本不含結(jié)垢性物質(zhì)，但NaOH溶液中含有微量雜質(zhì)離子，在脫硫系統(tǒng)內(nèi)累積可能產(chǎn)生結(jié)垢問(wèn)題。因此，要嚴(yán)格控制系統(tǒng)pH值在7左右，嚴(yán)禁超9。同時(shí)加強(qiáng)pH計(jì)的管理，每天進(jìn)行比對(duì)并定期效驗(yàn)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5.3控制脫前煙氣SO2含量

嚴(yán)格控制脫前煙氣SO2含量，防止過(guò)高。

5.4提高系統(tǒng)置換率

適當(dāng)增加高鹽水外排量，提高置換率。目前已增設(shè)一條高鹽水外排專線，高鹽水外排量得以增加，一方面防止了結(jié)垢性物質(zhì)的濃縮，另一方面有助于提高管道中漿液的流速，防止出現(xiàn)死區(qū)。

5.5加強(qiáng)日常維護(hù)

加強(qiáng)對(duì)循環(huán)泵電流、壓力等重要參數(shù)的監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)循環(huán)泵入口過(guò)濾器有堵塞問(wèn)題時(shí)，及時(shí)清理，盡量維持循環(huán)泵流量達(dá)到最大值。

5.6確保檢修質(zhì)量

煙氣脫硫系統(tǒng)檢修時(shí)，對(duì)系統(tǒng)管線、洗滌噴嘴等加強(qiáng)檢查，出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題要及時(shí)處理，提高檢修質(zhì)量。

6、防垢效果

針對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)的結(jié)垢問(wèn)題，通過(guò)新增除鹽水補(bǔ)水線和高鹽水外排專線，嚴(yán)格控制系統(tǒng)pH值、脫前煙氣SO2含量、系統(tǒng)置換率，并做好日常維護(hù)，使得系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題得到極大改善。不定期檢查一、二級(jí)循環(huán)泵入口過(guò)濾器，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾網(wǎng)干凈且基本無(wú)泥垢存在，同時(shí)，系統(tǒng)漿液水質(zhì)清澈且無(wú)明顯固體雜質(zhì)，凈化煙氣SO2含量得以很好控制，有效保證了裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。