硫铵浆液圆周切向扰动技术的应用总结

王颖和, 袁平华

(阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司 临猗分公司, 山西运城 044100)

阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司220 t/h锅炉烟气治理项目采用氨法脱硫工艺,浆液扰动系统采用直冲式大流量喷射模式,扰动管道采用玻璃钢管道。系统运行一段时间后发现浓缩结晶罐底浆液局部温度低,硫铵产品越来越少,直至最后无法产出硫铵。同时,经过浓缩段洗涤后的烟气温度缓慢升高,并且处于持续升高的状态,烟气排放温度从48 ℃最高升至55 ℃。

1 原因分析

经过分析判断浓缩结晶罐[1]内有可能发生2种情况:(1) 扰动喷嘴堵塞;(2) 扰动管道发生了断裂[2]。2种情况都会使硫铵浆液无法正常扰动,致使部分硫铵结晶沉淀,沉积物越来越多导致罐底局部积料,积料时间长了就变成了大块,即表现为该部分地方塔壁温度比其他部分温度低。

如果只是一两个喷嘴发生堵塞,对脱硫系统的运行影响不是太大。但是如果扰动管道发生了断裂,那么塔底局部区域就变成了静止区域。由于硫铵具有一定的黏性,积料体积会快速增长,硫铵的产出量会越来越少,最后无料可出,必须更换扰动管道,即锅炉需要停炉,脱硫系统需要检修。

脱硫塔塔底积料会导致浓缩段喷嘴发生堵塞,流经浓缩段的烟气无法得到有效降温就进入到吸收段,从电脑操作界面可以直观看到烟气温度上升了。浆液和烟气系统流程见图1。

图1 浆液和烟气系统流程

2 系统停车检修

由于硫铵长时间无法产出,只能把部分浆液排入事故池等待处理,久而久之事故池液位达到了上限。而且由于烟气温度上升,为了保证出口烟气排放达标,3台吸收循环泵需要全开,导致吸收泵无备泵,给生产安全留下隐患。

停炉处理后,打开浓缩结晶罐时,发现罐底南部区域积料已经达到一人高,扰动支管道断成好几截,断口也被硫铵结晶堵塞,扰动主管道也发生堵塞。此时,整个扰动系统已经完全瘫痪。

3 扰动系统现状分析

目前,脱硫浆液扰动系统主要是通过高压、大流量循环扰动来维持浆液不堆积、不沉淀的,塔底浆液在扰动泵的作用下反复在塔底往复循环,促使硫铵晶体在碰撞过程中不断结合长大。当硫铵晶体长大到一定程度,能够从离心机筛网过滤出来生成硫铵产品时,说明系统运行达到了预期效果。

氨法脱硫浆液扰动系统是脱硫系统正常稳定运行的重要组成部分。浆液含固量高,溶液呈酸性(pH为4左右),扰动系统不仅需要克服浆液对管道的磨损和腐蚀,还需要克服扰动泵大流量、高压力对系统的冲击。直冲式大流量喷射模式导致扰动管道承受很大的冲击力,对管道的结构强度是一个考验。

在这种具有腐蚀性和磨损较大的浆液环境下,玻璃钢材料有耐磨损和耐腐蚀的特性,但是其结构强度无法满足这种外在强大的冲击力,使用一段时间就会出现管道断裂的问题。浆液沉淀堆积,堵塞浓缩段喷嘴,硫铵结晶[3]不畅,硫铵产品无法顺利产出,直接导致脱硫系统无法正常运行。

改造前的扰动系统见图2。

图2 改造前扰动系统图

4 圆周切向扰动技术

为解决该问题,需要寻找一种更适合的扰动技术,减少扰动管道受力,保证扰动管道有一定的强度,既不会发生腐蚀断裂,又能耐得住浆液的磨损冲击[4]。圆周切向扰动技术的原理为使用离心力使浆液产生旋转而不沉淀,保证浆液不堆积,扰动管道又有一定的强度,保证扰动系统的长周期运行,从而保证脱硫系统的正常稳定运行。采用圆周切向扰动硫铵浆液,扰动主管采用环管,喷嘴沿圆周布置在环管上,与环管成45°(见图3)。扰动泵提供动力,液体扰动模式为切向扰动,整个溶液成旋转状态,对管道和喷嘴冲击力小。扰动管道和喷嘴均采用2205双相不锈钢材质,该材质耐腐蚀、耐磨损,强度大,不易断裂。采用该扰动系统,扰动泵耗电低,扰动管道和喷嘴使用时间长,硫铵能够顺利产出,保证了锅炉正常运行。

图3 改造后扰动管道

切向扰动模式只是使塔底浆液形成旋流状态,具有冲击力小、泵流量小、扬程小、扰动管受力小、运行周期长等特点,具体表现为:

(1) 切向扰动采用圆周切向产生的离心力促使浆液扰动,浆液形成一种旋流状态,对塔底和扰动管道冲击小,还能保证浆液不沉淀堆积。

(2) 投资小,运行费用低。切向扰动要求扰动泵的动力更小,扰动泵耗电量更低。

(3) 2205双相不锈钢耐磨损、耐腐蚀,强度大,不易断裂。

(4) 切向扰动使得扰动系统运行周期长,硫铵产出更加顺畅。

采用圆周切向扰动,硫铵结晶效果良好,锅炉烟气带出物明显减少,锅炉烟气排放数据达到超低排放标准。出口烟气粉尘质量浓度为1.36 mg/m3,远低于设计指标(5 mg/m3);SO2排放质量浓度降低至12.3 mg/m3,远低于国家排放指标(35 mg/m3)。

2022年12月对脱硫消耗和硫铵产量与上一年同期进行了对比,电耗明显降低,硫铵产量增加。烟气排放温度也稳定在48 ℃左右,整个脱硫系统运行状态有很大改善,系统运行更加稳定和顺畅。

5 结语

锅炉烟气氨法脱硫浆液扰动系统是硫铵产出的关键环节,直冲式大流量喷射扰动模式会对扰动管道产生很大的冲击力,易使扰动管道发生断裂,扰动系统运行周期短,进而影响整个脱硫系统的正常运行。圆周切向扰动采用喷射器原理,扰动液通过切向喷射产生离心力带动浆液旋转运动,扰动管道受力小,硫铵结晶效果好,硫铵产出顺利,脱硫系统运行周期长。