焦爐煤氣脫硫常見問題
濕式氧化法脫硫是我國凈化行業廣泛應用的一種化學吸收脫硫法,通常是以氨水或純堿為吸收劑吸收氣體中的硫化氫,以釩鐵等變價金屬離子、酚醌類有機化合物或以酞箐類有機化合物為載氧體等進行催化氧化反應,使硫離子轉化成單質硫析出。在再生系統分離回收,脫硫后的富液在再生時吸收空氣中的氧恢復活性,并進一步循環使用。單從反應機理、操作步驟和工藝流程上看,很簡單。然而實際生產中卻出現了許多疑難問題,有的已嚴重影響企業的正常生產。下面就濕式氧化法脫硫在生產運行中經常出現的一些問題,談一下自己的看法。
一、濕式氧化法脫硫在生產中經常出現堵塔的現象。
可以說自濕式氧化法脫硫在生產中應用以來,堵塔現象一直伴隨其中,雖然隨著科學技術的快速發展,許多新型脫硫催化劑已經具備清塔洗堵的能力,使堵塔現象得以緩解,但由于企業的工況、操作和管理等原因,使堵塔現象仍然是行業脫硫目前普遍關注的焦點。多年來我們經過走訪、調研并加以總結找出其形成的原因,主要有以下幾個方面:
1.進脫硫塔的氣體成分不好,雜質含量較多(如粉煤灰、煤焦油及其它固體顆粒等)。這種現象主要是前工段水洗塔及靜電除焦運行不正常造成的。
2.填料塔在脫硫反應過程時,同時也伴隨著氧化再生析硫過程,析出的硫過多(特別是入口H2S含量較高時),不能及時隨脫硫液帶出脫硫塔,就會在填料表面粘結,導致出現局部堵塞,偏流,嚴重時形成堵塔。
3.脫硫塔噴淋密度不夠。一般要求在35-50m3/m2.h。較低的噴淋密度不僅會使塔內填料形成干區造成硫堵而且會大大降低脫硫塔的凈化度。特別對于直徑較大的塔一定要保證足夠的貧液量,當遇到減機減量或入口H2S較低時,切不可盲目降低循環量。此時為了降低消耗可采取降低溶液組分的辦法來達到目的。
4.再生空氣量不夠(一般要求在60-100m3/m2.h),或再生設備不配套。這種現象必然造成再生槽內硫泡沫浮選困難,使貧液中懸浮硫較高,若長時間運行很容易形成塔堵。
5.脫硫塔的設備結構本身有問題,如填料選擇不當或塔的液體分布器、再布器結構或安裝不合理。這種現象很容易使溶液偏流或分布槽本身積硫而造成塔堵。
6.副反應物生成的各種鹽類物質濃度高,溫度低時析出來堵塔。在正常工況下,特別對于管理比較好的廠家(現場沒有什么跑、冒、滴、漏),脫硫液中富鹽的增加是可以理解的。因為脫硫液在吸收H2S的反應過程中,同時伴隨副反應的發生,這是不可避免的,這樣溶液在系統內長時間循環必然造成副鹽量的積累。雖然在熔硫時帶走一部分,但它的量比生成的量小的多。因此,我們相關企業應該正確對待溶液中副鹽的含量,當其增加時,要及時采取措施以防鹽堵。至于多少含量為超標,各企業因工況不一樣,具體指標有所不同。我們一般認為副鹽總量不要超過250g/l。
7.熔硫操作不當或熔硫裝置本身有問題,造成殘液中夾帶的硫粒及泡沫,未經沉淀、過濾、分離處理又返回系統內,最終帶至塔內。
8.脫硫液的組分控制不當,如烤膠、釩的比例失調。形成S-O-V沉淀,或是烤膠予處理不當,補入系統等。造成脫硫液粒度增加,使硫更易在填料上掛壁。
9.水質的影響。有的企業采用補硬水,或是其它硬水流入沉淀池中進入系統,形成鈣、鎂、鹽類堵塞。
10.催化劑選用不當。我們知道不同種類的催化劑在催化氧化過程中所起作用不凈相同,特別是氧化后形成的單質硫的粘度和顆粒大小是不一樣的,如果自身析出的單質硫粘度就比較大,在塔內析出的硫粘附在填料或分布器的幾率就比較大。此外,由于脫硫液本身的組分和反應都很復雜,如果再投入多組分或不明配方的催化劑,這樣一旦出現諸如塔堵的問題,就很難分清是那一環節發生變化,這樣給分析問題和解決問題帶來一定難度。因此我們希望廠家在選擇催化劑的時候,一定要事實求是,切不可顧此失彼,要知道一次生產事故的損失是令人震驚的。
11.脫硫塔除沫器積硫堵塞。這種堵塞往往被企業所忽視,也最不容易被測定出來。一般廠家在測定脫硫塔阻力時,僅測定進出塔的壓差。當然也有的廠家能測出每段填料的壓差。當我們發現一段填料有壓差時,就會判定一段填料或分布器受堵。孰不知當除沫器受堵時也會造成一段壓差增大的假象。造成除沫器堵塞的原因,一方面是由于廠家不注意對這里檢修,按常規企業在大、中、小修時,都要對它進行檢查、沖洗。(除沫器的結構各個廠家都有所不同,有的是旋流板、有的是填料層,也有的是絲網等)。如果長時間不進行清理,必然會被硫垢堵塞,從而造成氣體通道減小,阻力增加。另一方面是由于氣沫夾帶嚴重或偶有液泛現象(在脫硫塔滿負荷、超負荷或操作不當時會出現這種狀況),使除沫器分離的硫泡沫長時間得以聚集和積累,從而造成除沫器受堵。
針對以上堵塔的原因及分析,我們認為生產中當出現堵塔的時候,要認真分析堵塔的原因,及時采取措施。
二、再生噴射器在正常生產中經常出現堵塞的現象。
對于濕式氧化法脫硫來說,溶液的再生是最關鍵的步驟,而再生系統的噴射器則是再生槽內的心臟部件,只要它運行不理想,再生系統就要出問題,從而使整個脫硫系統形成惡性循環。噴射器是由噴嘴、吸氣室、收縮管、混合管、擴散管、尾管等六部分組成,噴射器部件不大,但關鍵部位比較多,對工藝計算、設計安裝要求及其嚴格。了解了噴射器的結構及各個部件的作用,我們就能夠在噴射器出現問題時分析出產生問題的原因及處理辦法。
正常生產中噴射器經常出現堵塞,這在許多廠家都曾出現過,可以說也是一個普遍現象,雖然產生的原因也比較多,但大的方面講主要有兩種因素:一個是設備本身的問題,另一個就是工藝上的問題。
1.設備上。
生產上如果發現噴射器有堵塞現象,我們就要認真觀察是所有噴射器都有堵塞跡象還是某幾個別噴射器有堵塞跡象。如果是個別現象,那我們就從噴射器本身找原因,特別是噴射器本身制作或裝配是否符合要求,如喉管是否偏離中心,尾管是否有彎曲現象。擴散管和混合管是否同心等。這些關鍵地方在很多的廠家都曾出現過問題,特別是有的廠家自己制作并安裝,這樣很難達到要求,上下同心度很差,因此在工作時不能使脫硫液直射而下,氣室內不但不能形成負壓(或負壓很小)反而會使氣室返液并從吸氣口向外益流。這樣時間久了必然會使吸氣口以至氣室積硫及硫鹽而堵塞。出現這種狀況最好把噴射器整體吊裝出來進行檢查,不能檢修的盡量到正規廠家購買更換
2.工藝上。
如果噴射器普遍都有堵塞跡象,那我們應著手從工藝上查一查。一方面看噴射器壓力是否正常,一我們在設計時一般要求噴射器的流速在18-25m/s,因此在使用時如果噴射壓力不足,很容易使噴射器的溶液向上渦流至氣室,這樣會使硫跑沫中的單質硫.副鹽及一些雜質長時間聚集在氣室及喉管處,必然造成堵塞。另一方面進脫硫塔氣體是否經過凈化,如氣體中的煤焦油.粉煤灰等嚴重超標,這些物質一旦進入脫硫液中,不但會堵塞噴射器更容易堵塔。再一方面,如果發現噴射器堵塞嚴重,從喉管到尾管都有不同程度堵塞現象且形成的結垢硬度大不易處理,此時對結垢物一定要進行取樣分析。我們認為噴射器單獨的積硫或機械雜質堵塞是很容易處理的,如果我們發現堵塞物異常,必然懷疑有其他物質進入系統。重點分析結垢物中的鈣、鎂離子含量。如果有這種物質的存在,說明系統中已進入硬度比較大的水質。鈣、鎂離子在脫硫液中和硫及硫鹽一起形成結垢,不僅堵塞噴射器而且會堵塞管道、泵體以及塔和填料,其危害性是比較大的。
當然,造成噴射器的堵塞還有其它因素,無論工藝還是設備都有許多具體的東西,特別在工藝上原因比較復雜,如脫硫液中副鹽是否正常,殘液是否經過沉淀,冷卻及過濾回收,以及選用的催化劑特別是多組分催化劑不容物的含量、析出硫顆粒的粘度等等,所有這些一旦不正常都能引起堵塞現象的發生。
三、在再生過程中經常發現硫泡沫浮選困難的現象。
1.首先我們探討一下硫泡沫的形成
我們知道,再生槽的作用有兩個,一個是由噴射器吸收較多的氧將脫硫液中沒有在脫硫塔內氧化完全的 HS-離子進一步氧化成單質硫,并給脫硫劑提供足夠的氧源。另一個是將單質硫浮選出去,使再生后懸浮硫含量盡可能少。那么,形成的單質硫如何從脫硫液中浮選分離出去呢?這就完全靠噴射器吸收的空氣來完成。通過理論計算,每脫除1KgH2S須理論消耗空氣量未1.57Nm3,而實際生產中所需的空氣量則是理論用量的10倍以上。這些多余的空氣量大多數用來單質硫的浮選。它隨液體一起從噴射器尾管出來并向四周擴散,同時氣體在液體中形成無數的氣泡群,這樣液體中的單硫在氣泡膜的表面張力作用下,向氣泡表面游動,并粘附在氣泡膜上,氣泡在自身浮力的作用下,帶著硫顆粒向液體表面擴散,最終在液體表面形成硫泡沫層。形成的硫泡沫在一定時間內必須讓其自然溢流出去。因為我們知道脫硫液的密度一般約為1050-1100 Kg/m3。剛形成的硫泡沫在較大氣泡作用下它的密度仍然比液體密度小。但隨著時間的推移,氣泡將自然破碎,從而使泡沫逐漸向高密度轉化,在這段時間里必須將硫泡沫溢流出去,否則形成的硫泡沫又會回到溶液中去。
2.造成硫泡沫浮選困難的原因很多,而且相當復雜。各個廠家都有不同的現象,有的持續時間長,有的持續時間短。有的甚至幾個班不出硫,從而造成溶液懸浮硫上升。脫硫液質量嚴重下降,吸收率也隨之降低。這必然威脅了正常生產。且這種現象極為普遍。我們分析其主要原因是外界條件(工藝指標或操作狀況)發生變化。從而使再生液的組分、濃度、粘度以及溶液的表面張力都發生了變化。致使再生液者正復雜相系共存的格局被破壞。這樣硫泡沫賴以浮選的條件不存在了,從而造成浮選不好。
以上現象應該說都會遇到,大家可以借鑒交流。
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