浅谈规整填料在硫磺制酸装置上的应用

马付云

（云南磷化集团有限公司，云南昆明 650600）

云南磷化集团有限公司（以下简称云南磷化）1套800 kt/a硫磺制酸装置配套835项目建设，以固体硫磺为原料，采用“3+1”二转二吸+低温热回收工艺生产硫酸[1]。副产的中压过热蒸汽用于驱动透平机组，带动空气鼓风机向系统供氧，并用于发电机组发电，实现了余热资源综合利用，节约了生产成本。主产品硫酸供300 kt/a饲料级磷酸钙装置使用，装置尾气排放ρ(SO2)≤400 mg/m3，低于国家标准排放限值[2]。硫酸装置配套的干燥塔尺寸φ7 670 mm×17 600 mm，填料高度为5 000 mm，分酸器为管式分酸器，塔顶设置金属丝网除沫器，酸循环采用独立循环槽。为了确保系统水平衡和合理控制液位，在干燥酸泵、二吸酸泵、高温酸泵上酸管处增加了串酸管。

1 干燥塔现状

在干燥塔运行过程中发现填料层阻力上升，丝网除沫器压差下降，干燥塔整体阻力上升的情况。从视镜处观看塔内情况，一侧空气带液明显，另一侧比较干净，判断干燥塔一侧有气体走短路的情况。在该状况下运行，增加了丝网除沫器负荷，缩短了丝网除沫器的使用寿命，导致了丝网除沫器穿孔。运行过程中干燥塔阻力变化情况见表1。

表1 干燥塔阻力变化统计

干燥塔填料为散堆填料，正常情况100%负荷整塔压差7 kPa，当填料和金属丝网除沫器故障时，整塔压差上升至8.5 kPa，且是在丝网除沫器压差下降的情况下；93%负荷时整塔压差和正常时的压差接近；负荷往下降，塔北面空气带液明显减少，硫炉进口取样管酸滴消除。结合上述塔内情况，确认为干燥塔内部分磁环出现粉碎现象，局部气速过快，丝网除沫器有局部穿孔。根据该情况计划筛分或更换填料。根据装置情况和下游工序生产情况，考虑从降低能耗方面着手，分析透平机组用汽情况。硫酸厂透平机组用汽统计见表2。

表2数据收集过程中，装置运行平稳数据具有分析、参考意义，从表2中数据看硫酸负荷由98%至100%时透平机组进气量增幅较大。同时统计了不同负荷下透平机组用汽变化时发电量的变化情况，结果见表 3。

表2 硫酸厂透平机组用汽统计

表3 不同负荷下发电量的变化统计

从表3可以看出，发电机组发电量受背压压力和装置负荷影响。根据以上数据可以得到如下结论：90%以下的负荷时发电量不小于50 kWh/t；装置负荷大于90%时，用汽量增大，发电量下降至小于45 kWh/t，降低系统阻力是降低能耗的关键因素[5]。

2 技改思路

填料按装填形式可分为散堆填料和规整填料。原干燥塔使用的是散堆填料，存在阻力大、填料易碎等缺陷；技改从降低系统阻力出发，采用阻力小、使用周期长的规整填料代替散堆填料，从而降低能耗。最终选择了江西某公司生产的S流线型规整波纹填料，让液体、气体均匀分布充分吸收，提升干燥效果满足生产所需，同时该公司的规整填料有生产上使用的案例，有效降低了资金投入风险。规整填料直角流道和S流线型流道对比示意见图1。

图1 直角流道和S流线流道对比示意

由图1可见：S流线流道解决了酸泥沉积问题，可有效降低填料层阻力。江西某公司生产S流线型规整波纹填料分为A、B型，鉴于填料的特性，S流线型规整波纹填料装填至干燥塔内可以明显降低干燥塔压差，压差可以控制在 2 kPa以下（100%负荷），使系统阻力下降，从而降低装置能耗。

3 规整填料运行状况

规整填料更换后，填料层压差满负荷时小于2 kPa，干燥塔更换填料前后对比见表4。

表4 干燥塔更换填料前后对比

从表4可以看出，在系统装置负荷提升至100%，干燥塔填料压差和原正常值相比下降4.64 kPa，和异常时相比下降5.04 kPa。系统阻力下降后，透平机组转速下降，从而减少了透平机组蒸汽用量，中压发电蒸汽量增加，最终体现在发电量提升[6]。若将透平机组转速提升至4 575 r/min时，装置负荷提升至104%，尾排可以达到国家排放标准。同时干燥空气水分指标合格率也提升。干燥空气指标统计见表5。

表5 干燥空气水分指标统计 单位: g/m3

从表5可以看出：规整填料不仅阻力较小，且干燥空气指标合格率提升，同时在发电量和装置负荷方面也产生了变化。发电量变化统计见表6，装置负荷变化统计见表7。

表6 发电量变化统计

从表6可以看出：规整填料更换后发电量明显上升；从表7可以看出，规整填料在100%负荷时所需要的透平机组转速低于散堆填料93%负荷时的转速。填料更换后对装置进行了72 h性能考核，除发电量变化明显外，装置负荷也能提升至104%左右运行，且尾气排放满足GB 26132—2010《硫酸工业污染物排放标准》要求。但装置负荷和催化剂的筛分、添加有密切关联，故计算经济效益时不考虑负荷变化产生的经济效益。

表7 装置负荷变化统计

4 经济效益

4.1 经济投入

在2019年年度检修时，将散堆填料更换为规整填料，其投入的费用见表8。

表8 筛分/更换填料费用统计表

规整填料的更换包含货款、增值税、运杂费、清理费用等，合计产生费用93.9万元。

4.2 经济效益

规整填料更换后，系统能耗损失下降，发电量上升。2017—2019年的年均电价分别为0.36元/kWh、0.33元/kWh、0.366元/kWh，3年的平均电价为0.352元/kWh，多发电量产生的效益见表9。

表9 多发电量产生的经济效益统计

从表9可以看出，规整填料更换前后发电量变化明显。结合表8可看出，和2018年下半年数据比，投入经费可以在9个月收回投资；和2019年上半年比，投入经费可以在6个月收回投资。

5 结语

散堆填料更换为规整填料后，有效降低了塔阻力，降低了透平机组的能耗，提高了中压发电机组的发电量，降低了硫酸生产成本。当散堆填料出现老化、粉碎时，更换为规整填料的投资较大，应充分评估更换后产生的经济效益，若没有较大改观则不建议更换，可采用筛分方式进行检修。散堆填料更换为规整填料后，虽然可以提升装置负荷，但在负荷提升时应做好详细的评估论证，以免发生不良后果。