淺談濕法脫硫塔的技術(shù)改造

淺談濕法脫硫塔的技術(shù)改造北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)訊:0前言目前絕大多數(shù)濕法脫硫塔基本都采用填料塔，填料塔以其氣液傳質(zhì)面積大、脫硫效率高而被得到認(rèn)可，在行業(yè)內(nèi)廣為應(yīng)用。但近幾年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，改燒高硫煤以及后工序生產(chǎn)的需要，企業(yè)對(duì)脫硫要求也越來越嚴(yán)格，填料塔暴露出的弊病日見突出。比如，塔徑越做越大，溶液循環(huán)量越來越高，而凈化度卻不盡人意，很難完全滿足生產(chǎn)需要。這主要是塔徑大,氣液不易分布均勻所形成的。再是脫硫塔因堵塔而阻力增大更是行業(yè)內(nèi)比較普遍的現(xiàn)象。雖然隨著催化劑技術(shù)的發(fā)展，許多新型脫硫催化劑已經(jīng)具備清塔洗塔的能力(如888脫硫催化劑)，而使堵塔現(xiàn)象得以緩解。降低貧液中懸浮硫含量無疑是從根本上抑制和消除硫堵的有效措施，但由于脫硫過程析硫速度快，在脫硫塔內(nèi)即有單質(zhì)硫析出，因此要解決脫硫塔堵塔的問題還得從脫硫塔的改造上入手。下面北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)為您總結(jié)筆者根據(jù)多年從事脫硫技術(shù)服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)談幾點(diǎn)個(gè)人體會(huì)，拋磚引玉，希望對(duì)讀者有所裨益。1關(guān)于脫硫塔的設(shè)計(jì)對(duì)于脫硫塔的設(shè)計(jì)，其直徑大小和高度不能只根據(jù)氣速和氣量簡(jiǎn)單的確定。操作氣速的確定，至少要根據(jù)液體質(zhì)量流速(L，kg/h)、氣體質(zhì)量流速(G，kg/h)、氣體密度(ρg，kg/m3)、液體密度(ρL，kg/m3)這四要素，求解出泛點(diǎn)速度(W0，m/s)后，再確定操作氣速。一般操作氣速操作氣速為液泛點(diǎn)速度的20%～30%。然后根據(jù)操作狀態(tài)下的每小時(shí)處理氣體量就可算出塔徑。至于塔的高度計(jì)算，如果是填料塔的話，首先要將所需的填料總高度算出來。計(jì)算所需的填料總高度，也是要根據(jù)吸收過程傳質(zhì)系數(shù)、吸收過程平均推動(dòng)力、傳質(zhì)所需總面積、所選擇填料的比表面面積等四個(gè)要素來確定塔的填料高度。確定了塔徑和填料高度的數(shù)據(jù)，這僅僅是填料塔設(shè)計(jì)的最基本的東西，更要縝密考慮的是填料塔的內(nèi)件整體的設(shè)計(jì)。對(duì)此，有經(jīng)驗(yàn)有能力的廠可自行設(shè)計(jì)，反之，請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位或?qū)趩挝粊碓O(shè)計(jì)比較妥當(dāng)。填料塔主要工藝參數(shù)為：操作氣速：0.5m/s～0.9m/s(常壓)，0.08m/s～0.2m/s(加壓)液氣比：常壓≥12L/m3，加壓≥5L/m3塔內(nèi)噴淋密度：35～50m3/m2˙h2填料的選擇在填料的選擇上，脫硫塔內(nèi)必須保持足夠的傳質(zhì)面積。我們知道，比表面積大的填料往往容易堵塔，而比表面積小的填料則因傳質(zhì)面積不高從而造成脫硫效率降低，但相對(duì)來講不易堵塔。因此，選擇填料時(shí)應(yīng)充分兼顧考慮填料尺寸大小及表面積。在既定的塔徑條件下，選擇在同一填料尺寸下具有較大比表面積的填料，而在滿足脫硫任務(wù)所要求的吸收表面積時(shí)，可選擇尺寸較大的填料。填料一般以三段裝填為好，每段填料高度5m～6m，填料總高15m～18m，段間設(shè)氣液再分布器，填料以散裝聚丙烯Φ50mm～Φ70mm為主，下段宜裝大規(guī)格填料以防堵塔。對(duì)于脫硫系統(tǒng)，因?yàn)橛绊懚滤囊蛩貜?fù)雜、多變，故選用規(guī)整填料應(yīng)慎重。3液體分布器與氣液再分布器的選擇與安裝一般使用的液體分布器塔頂部多采用孔管式的液體分布器，而在塔中則是槽盤式液體分布器，值得注意的是在填料之間應(yīng)有槽盤式氣液再分布器。分布器在設(shè)計(jì)上，分布管的孔徑不宜太小，太小容易堵塞。如果堵塞孔數(shù)多了，一方面造成液體分布不均勻，另一方面泵的流量會(huì)下降。分布器在安裝上水平度很重要，否則液體分布不均勻，易產(chǎn)生壁流，引起“干區(qū)效應(yīng)”，不僅脫硫效率會(huì)大幅下降，時(shí)間久了塔的阻力也會(huì)隨之增加。要達(dá)到液體分布器的水平度要求，要從分布器的制造和安裝上把好關(guān)。對(duì)于液體分布器與氣液再分布器的選擇，最好找專業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)制造廠家來做較為妥當(dāng)些。4采用噴淋段與填料段復(fù)式組合的脫硫塔對(duì)于單塔配置的企業(yè)，可將下段填料扒出改為噴淋段，上兩段填料保持不動(dòng)。這樣噴淋段既具有較高的脫硫效率，又起到降溫除塵的效果，同時(shí)減輕了填料段的負(fù)荷，有效的防止了堵塔。對(duì)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。顯然，要想保證噴淋空塔的脫硫效果，噴頭的優(yōu)劣無疑是最為關(guān)鍵的因素。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，氣液接觸不徹底，使預(yù)脫硫塔不能更好地發(fā)揮作用。因此，我公司氣體凈化設(shè)計(jì)研究中心通過模擬實(shí)驗(yàn)，總結(jié)行業(yè)內(nèi)諸多噴頭的不足，經(jīng)過反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)與改造，最終研制開發(fā)了DSP型系列高效霧化噴頭。可將脫硫貧液霧化成高強(qiáng)度、高密度且有極大的球形表面，呈接近液化的“氣態(tài)”。噴淋空塔設(shè)計(jì)參數(shù)：工藝氣體線速0.8m/s～1.2m/s;液氣比值：10L/Nm3;有效的接觸時(shí)間:10S～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(dòng)能大、傳質(zhì)時(shí)間短的傳質(zhì)三要素。在保證高效霧化噴頭的前提下，對(duì)于使用高硫煤的企業(yè)，在首級(jí)脫硫中優(yōu)先考慮使用噴淋空塔技術(shù)，不僅能滿足生產(chǎn)工藝所要求的脫硫效率，而且較好的解決了填料塔的堵塔弊病，從而為脫硫方法的選擇拓寬了路子，不失為脫硫行業(yè)一個(gè)有益的探索和嘗試。近兩年來，我公司已為廣西柳州、內(nèi)蒙烏海和包頭、山東淄博、河南平頂山、山東平度、江西氨廠等多家企業(yè)設(shè)計(jì)改造了脫硫塔，有的正在設(shè)計(jì)中，有的已投入生產(chǎn)運(yùn)行并取得了較令人滿意的效果。應(yīng)用實(shí)例1：內(nèi)蒙古紅駿馬化工有限責(zé)任公司于08年7月改造脫硫塔為噴淋段與填料段復(fù)式組合的脫硫塔。其主要設(shè)備：脫硫塔：Φ3800mm，H=34000mm，系三段脫硫塔，塔下段：系噴淋空塔段，三層噴頭，每層裝配噴頭9只。中上段：系填料段，76×38×2.5階梯填料，總量130m3，高度各5.8m;脫硫泵：流量468m3/h，揚(yáng)程54m，一臺(tái)流量162m3/h，揚(yáng)程50m二臺(tái)，正常開一大一小;再生泵：同脫硫泵，開一大一小;再生槽：6500/7300/8100，配裝噴射器18支。原塔型運(yùn)行情況詳見表4-1表4-1原塔型運(yùn)行情況(H2S含量g/Nm3)表4-2新塔型投運(yùn)后情況(H2S含量g/Nm3)新塔型投運(yùn)后情況(H2S含量g/Nm3)詳見表4-2注：適當(dāng)提高H2S到0.05～0.054，是確保碳銨質(zhì)量(色度)需要。噴淋空塔段的脫硫凈化度(H2S含量g/Nm3)詳見表4-3表4-3噴淋空塔段的脫硫凈化度(H2S含量g/Nm3)塔系統(tǒng)壓力降及其它情況如下：羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力：430mmHg壓縮機(jī)一入壓力：425mmHg，壓力降430-425=5mmHg(上述壓力降，至2009年5月初基本沒變化)應(yīng)用實(shí)例2：山東煙臺(tái)萬華集團(tuán)有限公司利用2008年7月大修，在填料塔前增設(shè)了噴淋空塔。大修開車后，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，噴淋空塔和填料塔串聯(lián)運(yùn)行半個(gè)月后，通過脫硫塔液量的調(diào)整，分析填料塔出口H2S含量為零。于是停掉較容易堵塞的填料塔，只使用噴淋空塔單塔運(yùn)行至今，分析出口硫均正常，無超指標(biāo)現(xiàn)象。5對(duì)于加壓脫硫塔(變換氣脫硫塔)的改造，采用無填料塔技術(shù)，可從根本上解決塔堵問題我們知道，雖然半脫和變脫脫除H2S的反應(yīng)機(jī)理是一樣的，但壓力不同，氣體組分不一樣，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)。而在加壓條件下CO2的溶解度將增大，溶液中CO2的濃度當(dāng)然也會(huì)隨之升高。因此由于CO2的存在使脫硫液選擇性吸收H2S受到很大的影響，基于CO2和H2S在堿液中的吸收特性，我們?cè)谧兠撝芯鸵x擇高空速，短接觸時(shí)間來選擇性吸收H2S。而現(xiàn)行的變換氣脫硫塔，大多套用半脫塔的設(shè)計(jì)，沒有從根本上解決氣體中CO2對(duì)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(jí)越高，堵塔機(jī)率就越大?；诖?，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(yàn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，終于推出了QYD型氣液傳質(zhì)裝置。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和堿溶液快速的化學(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(dòng)態(tài)接觸，湍動(dòng)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(shí)間內(nèi)與液體充分混合接觸，提高了氣體的凈化度，而且以此傳質(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。另外，由于氣液接觸時(shí)間大大縮短，使脫硫原料氣中CO2對(duì)堿溶液吸收的影響將得到很大的改善，溶液中NaHCO3的生成率也將大幅度降低，從而提高了貧液質(zhì)量，促進(jìn)溶液循吸收能力。該氣液傳質(zhì)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)便，操作彈性大，塔阻力降低,且投資小，見效快。不僅適應(yīng)于舊脫硫塔改造，更適用于新塔設(shè)計(jì)。該技術(shù)已獲得了國家專利。2008年年底，全國化工合成氨設(shè)計(jì)技術(shù)中心站組織業(yè)內(nèi)專家在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行過評(píng)審，專家們對(duì)該氣液傳質(zhì)裝置給予了充分肯定和很高的評(píng)價(jià)。該氣液傳質(zhì)裝置自2007年11月份在山東寧陽飛達(dá)化工有限公司使用以來，其理想的脫硫效率、顯著的節(jié)能效果、簡(jiǎn)便的操作維修以及最佳的投入產(chǎn)出比都得到了行業(yè)界的普遍關(guān)注。近年來先后在山東、河南、安徽、山西、河北、湖北、江西等數(shù)十家化肥行業(yè)得到成功應(yīng)用。應(yīng)用實(shí)例1：河北河間瀛州化工有限公司于2008年10月利用年度停車檢修機(jī)會(huì)，將操作壓力為0.8MPa的￠3800的變脫塔進(jìn)行了改造，采用QYD型氣液傳質(zhì)裝置，取消塔內(nèi)填料。改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)見表5-1。表5-1改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)在運(yùn)行QYD內(nèi)件的半年多的時(shí)間里，變脫系統(tǒng)一直在低堿度和低催化劑濃度下運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)用明顯降低，同時(shí)，對(duì)溶液的循環(huán)量也進(jìn)行了摸索和調(diào)整，電耗大幅下降，工藝得到進(jìn)一步優(yōu)化。應(yīng)用實(shí)例2：河南開封晉開化工有限公司分別于08年7月和09年7月將兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的操作壓力為2.0MPa的￠2800的變脫塔進(jìn)行了改造，均采用了QYD型氣液傳質(zhì)裝置，取消塔內(nèi)填料。改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)見下表5-2表5-2改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)6結(jié)束語通過對(duì)數(shù)十多家化工企業(yè)的脫硫塔改造，大都收到了較好的效果。但也