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湿法脱硫烟气带水问题浅析

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  湿式烟气脱硫技术普遍存在净烟气带水问题,本文以兰州石化烟气脱硫为研究对象,结合实际分析了烟气带水的原因、危害;探讨了如何减少烟气带水对设备造成的腐蚀;从工艺操作及设备改造方面就如何减少脱硫烟气带水进行了分析。

  兰州石化化肥厂锅炉烟气采用双碱法湿式脱硫技术,其中2#吸收塔处理能力330000Nm3/h。基本工艺流程为:锅炉引风机过来的高温烟气在原烟道急冷喷淋段被工艺水降温至60~70℃进入脱硫塔中部,轴向上升与脱硫液逆流接触发生脱硫反应,然后经吸收塔顶部的除雾器,除去烟气中所夹带的浆液和水雾;通过净烟气挡板去烟囱排放大气。由于受除雾器效率、液气比(G/L)、烟气流速及出塔温度等因素影响,净烟气所夹带的浆液和水雾难以完全去除,这些浆液及水雾在烟道受碰撞聚集成液滴,如果不能及时排出,就会造成对烟道甚至引风机的腐蚀。

  兰州石化脱硫装置2008年建成运行以来,烟道带水问题一直较为严重,引风机、烟道壳体等腐蚀剧烈,锅炉多次被迫停车以便检修受损设备。

  一、净烟气带水原因分析

  (一)除雾器效率下降。除雾器的作用主要是将脱硫后的烟气在离开吸收塔之前所携带的水雾分离去除。在正常工况下,除雾器出口烟气中的雾滴浓度低于75mg/Nm3,然而在实际运行过程中,受锅炉灰分、烟气流速等影响,除雾效率会有所下降。除雾器是通过波形板与流过的含有雾沫的气体碰撞从而达到除雾效果的,当除雾器表面附着大量灰分或结垢物时,含有雾沫的气体以一定速度流经除雾器,雾沫与波形板上的杂质相碰撞而停留在波形板上,由于液滴不能聚集从而被上升的烟气再次带走,效率就会下降。同时,除雾器的除雾效率随气流速度的增加而增加。但是,流速的增加有一定的限度,流速过高会造成二次带水,从而降低除雾效率。通常将通过除雾器断面的最高且又不致二次带水时的烟气流速定义为临界流速,一般根据锅炉负荷设计流速选定在3.5~5.5m/s。

  (二)液气比过大。液气比(L/G)即喷入的洗涤液L与处理烟气流量G的比值,高液气比可以提高脱硫效率,但同时增加能耗,引起烟道及风机进水。近两年因环保指标提高,脱硫选择的液气比一般都在运行上限。兰州石化脱硫装置液气比经计算为3.8 L/Nm3,由净烟气带走的蒸发水量达到35000~40000kg/h,经实测,烟气含湿量为8~12%。高液气比导致烟气带水量增大,是导致烟气带水的主要原因之一。

  (三)吸收塔出口烟气温度低。一般进入吸收塔烟气温度在120~180℃之间,在经过吸收塔脱硫时,与低温洗涤液及急冷喷淋液接触,一部分液体被气化,同时随烟气还会夹带一部分雾化的细小液滴,经过除雾器脱水后,仍有一部分随烟气进入吸收塔出口烟道。因湿法脱硫特性,吸收塔出塔温度一般都低于50℃,而烟气中的水蒸气露点温度较低,一般在30~50℃,如果不能及时提高烟气温度,或烟气温度不能达到酸露点以上,烟气中SO3 和SO2就会转化为硫酸和亚硫酸进而形成对烟道及设备的腐蚀。

  图1是烟气带水量与吸收塔出口烟温的关系曲线,从图中可以看出,当其他条件不变的情况下,带水量随出口烟温的下降而增加,在80℃以下时尤为明显。因此,吸收塔出口烟气温度低是导致烟气带水的主要原因之一。

  二、减少净烟气带水造成低温腐蚀的措施

  (一)加强除雾器冲洗,提高除雾效率。烟气经过除雾器时,会将一部分飞灰及杂质带到除雾器折流板上,从而引起除雾效果变差,因此,在运行过程中,要经常冲洗除雾器,保证折流板表面清洁。除雾器压差是反映除雾器堵塞及运行状况的重要指标。当压差变大,说明除雾器表面积灰或者结垢堵塞,除雾效果变差,此时烟气不能均匀分布,导致烟气经过除雾器的流速不稳定,从而影响除雾效果。

  (二)提高出口烟气温度。提高出口烟气温度的目的是为了防止烟气中的水分凝结,同时将部分水滴蒸发。兰州石化脱硫运行中使用烟气旁路加热系统,利用锅炉空气预热器后200~320℃的热风直接接入脱硫出口烟道加热烟气,在热风管道加装气动挡板,通过DCS调节挡板开度,从而实现自动控制出口烟温的目的。烟道的腐蚀一般是由硫酸和亚硫酸引起的,硫酸的腐蚀峰值在100℃附近,亚硫酸腐蚀的峰值在40℃以下,因此,从实际运行的经济性以及可操控性来看,将烟气出口温度控制在60~80℃之间是较为合理的,在这个温度区间,烟气含湿量低,由尾部烟道排出的水较少,金属管道及引风机等设备腐蚀很少发生。然而在实际运行中,由于受锅炉负荷、空气预热器堵塞等因素的影响,热风流量及温度不稳定,从而造成尾部混合烟气温度的波动,要解决这一问题,就要从锅炉操作方面入入手,加强空气预热器吹灰、稳定锅炉负荷等。

  (三)在出口烟道加装凝结水导淋管。出口烟气中含有较多的水滴,这些水滴与烟道壁碰撞就会停留在烟道壁上,聚集后沿烟道壁流到烟道底部,烟气在低流速下不足以将这些水滴带出烟囱,因此就会在烟道向低点位置流动,甚至反流进入引风机,引起壳体及叶轮的腐蚀,解决这一问题的方法就是旁路挡板前设置导流管及挡水板,兰州石化在2011年对烟道进行检修时对烟道进行了改造,在这之前,烟道和烟囱底部经常出现流水现象,烟道及引风机壳体还有外部保温层等部位腐蚀极为严重,部分地方出现破漏。根据烟气流动特性,在不同部位安装导流管及挡水板。在随后的跟踪检查中,未发现腐蚀及漏水现象。图2是导流管及挡水板安装位置示意图,图3是导流管安装的实拍照片。

  结论:湿法脱硫烟道带水是不可避免的。因此,只能通过一些特有方法减少烟气带水,同时防止水份对金属设备的腐蚀。通过对兰州石化脱硫烟道带水原因的分析。(1)提高吸收塔出口烟气温度是防止烟气带水减少腐蚀所必需的必要手段。(2) 合理的液气比是减少烟气带水的前提。(3)正确使用收水除雾设备可减少烟气中水份含量,降低烟气含湿量。(4)在条件允许的情况下,可采取加装导水挡水的方法保护金属设备,防止腐蚀。