氨法脱硫结垢原因分析及应对措施

氨法脱硫结垢原因分析及应对措施摘要：万华化学（宁波）热电有限公司现备有5台锅炉，锅炉烟气脱硫采用氨法脱硫工艺，现已备有4套脱硫塔。随着脱硫塔的运行，会出现较为严重的管道结垢现象。在运行过程中通过不断试验和摸索，对系统进行优化及调试，结垢问题也有了一定的缓解。关键词：氨法脱硫；锅炉烟气；结垢；PH值Abstract：Wanhuachemical（Ningbo）ThermalPowerCo.，Ltd.has5boilers.Ammoniadesulfurizationprocessisadoptedforboilerfluegasdesulfurization，and4setsofdesulfurizationtowershavebeenprepared.Withtherunningofdesulfurizationtower，seriousscalingwilloccur.Inthecourseofoperation，throughcontinuoustestandexploration，thesystemwasoptimizedanddebugged，andthescalingproblemwasalsoalleviated.Keywords：ammoniadesulfurization，boilerfluegas，scaling，pHvalue引言我公司3#、4#氨法脱硫塔于2013年建成并投用，并于2017年相继进行改造。3#、4#氨法脱硫塔自投用以来，多次出现一级泵管道结垢及喷头堵塞的问题，致使生产运行不稳定，在环保超低排放的要求下，运行压力也相对较大。脱硫专业就结垢问题进行了原因分析与研究，并采取相应的措施。1、氨法脱硫工艺流程及存在问题氨法脱硫工艺流程如图1。脱硫塔结构自上而下分为除雾段、吸收段、浓缩段、氧化段四个部分。来自锅炉的烟气，SO2浓度最高在3000-4500mg/m3，温度在120-140C左右，经除尘后在引风机作用下进入脱硫塔浓缩段，经降温增湿后进入吸收段烟气中的二氧化硫与吸收液发生吸收反应，反应后的烟气经三级循环喷淋及除雾器除雾后由脱硫塔烟囱直接排放。吸收后的溶液回流至氧化段，与氧化风机鼓入的氧化空气发生氧化反应，氧化后的溶液大部分加氨后参加吸收反应，少部分经稀硫铵副线进入浓缩段，浓缩段溶液经结晶泵送入硫铵后系统处理后包装成产品［1-3］。反应方程式为：SO2+H2O+XNH3=（NH4）xH2-XSO3（NH4）xH2-XSO3+1/2O2+（2-X）NH3=（NH4）2SO4图1氨法脱硫工艺流程图一级循环泵共4台，分别用1#/2#/3#/4#表示，其中1#/2#/3#泵抽取氧化段上部加氨室的溶液，4泵抽取下层经氧化后的稀硫铵溶液。补入浓缩段的稀硫铵溶液从4#泵出口管线支出。脱硫装置投入生产后，运行大概半年后，1#/2#/3#泵电流开始下降，在清洗进口滤网时，发现较多的结垢堵塞滤网。刚开始清理后，泵电流还能恢复，随着结垢加重，清洗滤网的频次越来越高，电流恢复效果越来越不明显。2.结垢原因分析2.1结垢物来源脱硫系统吸收段清理出来的结垢为黄褐色泥浆状物，经定性分析可知，结垢中含有钙、铝、铁、硅、氯等元素，根据工艺情况分析其来源。吸收段溶液中的结垢主要由工艺介质从系统外带入，在一定的条件下结垢析出。进入系统的介质有锅炉烟气、工艺水、液氨、氨水、氧化空气。锅炉烟气中含烟尘，工业水中含杂质离子，在脱硫系统内累计后，都可能生成结垢。2.2结垢物质分析2.2.1锅炉来烟气中灰分高，导致溶液中灰分含量高我司一期锅炉除尘采用的是电除尘和布袋除尘器，长期运行过程中，电除尘器效果下降，布袋会有不同程度的破损，导致烟气中灰分含量增加，公司大修时，对锅炉公共烟道进行清理，烟道内烟尘沉积量较多，同时在脱硫塔停塔检修时，氧化段底部沉积的粉尘淤泥也比较多。长时间灰尘的累积为结垢形成提供了基本条件。管道上结垢的颜色存在不同分层，反映了当时结垢时溶液的颜色，从图2中看出管道上的垢大部分颜色较深，说明当时溶液含灰量较大。同时，日常运行中，对氧化段溶液取样分析，发现溶液颜色较浑浊，颜色发黑。图2一级泵管道结垢图2.2.2工艺水中钙镁离子的富集脱硫在使用自来水前使用过一段时间大工业水，硬度为2mmol/L左右，钙镁离子浓度较高。后期改为使用自来水，硬度为0.2mmol/L，脱硫系统用水量比较大，近期500T/天左右。2.2.3溶液PH值较高有研究表明，溶液的PH越高，对污垢的生长越有利⑷。因脱硫系统使用的脱硫剂为氨水和液氨，在运行过程中，加氨过量会造成氧化段溶液PH值升高，加速结垢的生成。现今3#、4#塔氨水和液氨调节阀精度不够，不能做到对流量的微量调节，调节阀开度时常不足20%。经常出现即使阀门开度较小但仍加氨过量的情况。其次，如亚硫酸铵氧化率不足，吸收液PH值也会上升［5］。造成氧化率不足的原因有：氧化段空气量偏低、氧化段内件故障、氧化段溶液密度过高等。2.2.4溶液温度高盐类垢中以碳酸盐来分析，当温度升高时，Ca（HCO3）2分解，产生CaCO3结垢，该反应为吸热反应，温度升高，有利于CaCO3的的生成［6］。垢在水中溶解度曲线如图3,除CaSO4?2H2O存在一个极大值外，其余难溶物的溶解度均随温度的升高而降低，即越容易产生结垢物。氨水、液氨溶于溶液时会放热，局部温度会有明显上升，从而促进垢的生成。而从现场加氨小室内的结垢情况也可以看出，加氨小室内的垢明显较多，且覆盖面积较广。加氨小室作为氨投入聚集点，是氧化段溶液PH最高点及热量最高点，结垢量也是系统内最明显的地方，每次塔检修都会尽量对加氨小室进行清理来除垢。图3溶溶解度曲线图3管道结垢预防措施：3.1降低系统内含灰量控制锅炉来烟气中灰分的含量，提高锅炉布袋除灰效率。同时，要保证脱硫板框过滤的效率。当塔内溶液灰度明显时，要及时进行倒液板框过滤除灰，降低系统溶液的含灰量。同时，也要保证后系统的出料，出料时的硫铵也能带走部分杂质。3.2提高系统水质［4］脱硫系统尽量不使用大工业水，尽量使用自来水，并根据改造计划，逐步使用除盐水，降低系统内钙、镁离子含量。2019年，工艺水槽已新增一路除盐水管路，在后期会逐步投用除盐水。3.3控制氨水和液氨的投入氨浓于水是放热过程，在保证脱硫效率的情况下，使用低浓度的氨水，降低热量的产生。并提高氨水调节阀门的精度，减少因精度不够导致加氨过量的情况。在保证排放指标合格的前提下，通过加强工艺指标的严格把控降低氨水或液氨的投入量，以降低溶液的PH值，减小结垢的生产速度。同时设置运行控制要求，控制氧化段上部PH在6-7.5，氧化段下部PH控制在4-6［7］。同时要保证出口CEMS数据的准确性，达到出口数据控制的及时性和准确性。而且，加氨小室的开孔量及开孔口方向仍需与厂家及其他技术人员交流，合理设计加氨方式［7］，适当降低加氨后容易PH值，尽量做到对氨溶于水时的速率及放热过程的有效控制，提高氨溶于水时的速率以降低短时氨放热热量积聚的程度。在塔检修期间，提高对喷嘴检查清理的效果，保证喷嘴的喷淋效果，增加溶液与烟气的接触面积时间，提高反应效率减少氨水或液氨的投入量，即降低溶液PH值。3.4定期检查和更换管道定期对一级泵管道内结垢情况进行检查并更换，做好更换计划，保证一级泵管道内的流通量，避免因管道流通量减小［8］，增加加氨量来保证脱硫效率，导致氧化段溶液PH值上升，进一步加大管道结垢速率，从而形成恶性循环。在更严格的环保控制要求下，应适当提高循环泵流量，从而可减少脱硫剂的加入量。目前5#脱硫塔一级泵总循环量比3#、4#塔一级泵总循环量高680m3/h，3#、4#塔结垢情况明显较严重，且5#塔自2015年投运以来，还未出现因结垢出现更换一级泵管道的情况。所以，保证循环泵的流量可有效缓解一级泵管道结垢的情况。4实施效果针对脱硫系统一级泵管道结垢问题，我司采取的应对措施，首先对一级泵结垢管道进行了更换，其次，对系统运行相应调整等对结垢问题得到较大缓解，保证脱硫系统的长周期运行。但由于工艺系统及设备能力的限制，还不能从根本上消除引起结垢的因素，日后仍需进行较大改造才能逐渐解决问题。参考文献：［1］ 宫少卿.烟气脱硫技术探究［J］.煤炭与化工，2018（5）：144-148［2］ 苑香城.氨法烟气脱硫技术及适用性研究［J］.北京：科技风，2015（14）：93-94.［3］ 肖文德，吴志泉.二氧化硫的脱除与回收［M］.北京：化学工业出版社，2001：135.⑷石瑞，顾庆伟，刘峥，等.氨法脱硫洗涤液离子浓度与PH值得关系研究［J］.化学工业与工程，2011，28（1）：29-34.［5］吴忠