【干货】浅析脱硫塔堵塔及其解决途径

众所周知，目前化工企业的脱硫塔大都采用填料塔，因脱硫塔堵塔问题引起塔阻力升高，而被迫停车处理，较严重地影响了化工生产，这是许多化工企业最为感到头疼的问题。仅每次被迫停车扒填料，就使企业蒙受了不小的经济损失。这种状况是脱硫系统中不可避免的，同时也是脱硫行业较为普遍关注的问题。虽然随着脱硫催化剂技术的发展，许多新型催化剂已具备清塔降阻功能，使得堵塔问题有所缓解。但由于各企业工艺、设备状况及生产操作管理等方面的原因，特别是企业在改烧高硫煤后，为满足工艺要求，脱硫塔塔径不得不越做越大，这样气液在塔内就很难均匀分布，从而导致气液偏流。再加上塔内填料本身就易堵，虽然很多企业在填料的结构和气液的分布方面做了大量的技术改造工作，以缓解填料脱硫塔堵塔等问题。但从实际工业化装置运行状况来看，许多企业仍然没从根本上摆脱堵塔的困境，致使堵塔问题始终未能得到根本解决。
下面分析探讨一下脱硫塔堵塔成因，抛砖引玉，希望能从中找到一种从根本上解决堵塔的途径。
脱硫塔堵塔成因分析
造成塔堵，主要是硫堵和盐堵。究其原因，主要表现在以下几个方面：
(1)进塔气体质量差。气体夹带的煤灰、煤焦油和其它杂质等，长时间积累在填料上，形成塔阻力上升，时间一长，极易产生塔堵。
(2)脱硫液的吸收和析硫反应，80%是在脱硫塔内进行的。若塔内析出的硫(特别是入口H2S含量较高时)，不能及时随脱硫液带出塔外，硫颗粒就粘结在填料表面，时间久了导致气体偏流，形成堵塔。
(3)溶液循环量不够。致使塔喷淋密度降低，一般要求喷淋密度在35——50立方米/㎡.h。塔喷淋密度偏小，易使塔内填料形成干区，气液接触不好，不仅使塔脱硫效率下降，且时间一长，就会形成局部堵塞，气液偏流，塔阻上升，造成塔堵。
(4)脱硫系统设备存在问题。一是脱硫塔填料选择不当。脱硫塔气液分布器、再分布器及除沫器结构不合理或安装出现偏差。脱硫塔在检修时，仅是将塔内填料扒出来清洗，而未将堵塞在除沫器和驼峰板的两驼峰之间的碎填料和积硫及时清理出去，造成除沫器和驼峰板的降液孔不畅通，以致开车后，形成气体偏流，塔阻上升，被迫二次停车处理。二是溶液再生有问题。单质硫浮选效果差，悬浮硫上升，脱硫效率下降。主要表现在，再生设备不配套，氧化再生槽在设计上存在诸多缺陷。比如氧化再生槽内无分布板，有则分布板孔径过大，一般分布板孔径为8——15㎜，孔距20——25㎜。分布板的作用是夹带无数气泡的脱硫液从尾管出来，便迅速形成无数气泡群，气泡群在其自身浮力的作用下，向上漂浮。同时游离在溶液中的单质硫便向气泡群周围聚集，并粘附在气泡表面。随着气泡群向上浮动，经2——3层分布板后，气泡群就会越聚越多，气泡表面粘附的单质硫相应就越多。而无分布板的再生槽气泡大且易碎，带出的单质硫就相对较少。
空气自吸式喷射器是再生系统的心脏，其选用和安装不合理均会严重影响溶液再生效果。主要表现在空气自吸式喷射器吸空气量小，造成再生空气量不够，使HS-氧化单质硫的程度变差，从而影响溶液再生效果;空气自吸式喷射器尾管出口到再生槽底部距离过大，一般尾管距槽底距离为400——600㎜，最多不超过800㎜。其尾管出口到再生槽底部距离过大，易形成槽内溶液死区过多，影响再生效果;喷射器在设计上要求溶液经过喷嘴的流速要达到18——25m/s，混合管的长度是其管径的20倍;空气自吸式喷射器在安装过程中，要求喷嘴、混合管、收缩管及尾管中心轴线要一致，其同心度≦1.0㎜。空气自吸式喷射器在设计及安装上比较专业，一般不要去盲目仿制，企业在选用自吸式喷射器时，建议找专业生产厂家来订制比较妥当些。
(5)催化剂选用不当。劣质催化剂价格虽较低，但在应用过程中，我们知道，不同种类的催化剂在催化氧化过程起作用是不尽相同的，特别是氧化后形成的单质硫晶体结构不一样，它的粘度和颗粒大小就不一样。因其使HS-氧化为单质硫的程度较差而造成脱硫液悬浮硫升高，较高的悬浮硫就会粘附在塔内填料上，时间一长，就会造成堵塔，使塔阻上升，严重时影响生产。
(6)我们知道，多溶质在脱硫液中的溶解度，较其单一在水中的溶解度，均有不同程度的降低。因此，浓度高或溶解度低的副盐，在溶液温度较低的情况下，往往会形成混合性过饱和析出结晶而堵塔。所以有的厂家脱硫系统在冬季停车，一夜之间再开车时，发生恶性堵塔，被迫通蒸汽加温而延误开车。
(7)操作和管理不到位。操作中脱硫液温度过高,一般温度控制在38-42℃为宜,超过45℃则气泡易碎,单质硫浮选不好。操作温度大于50℃则副盐生成大量增多。一般副盐三项(Na2S2O3、Na2SO4和NaCNS)之总和应小于250g/L，特别是溶液中Na2SO4的含量一般不超过40g╱L为宜。当副盐增加时，要及时采取措施(排放或引出部分脱硫液使其降温析出结晶)。否则脱硫液中过多的副盐在塔内易析出结晶，粘附在填料上，时间一长，就形成盐堵。发生盐堵后，不仅使塔阻力上升，而重要的是会引起设备严重腐蚀。脱硫塔发生盐堵后，再好的催化剂也是无能为力的，氧化再生槽浮选出的硫泡沫不能及时溢流出去，而在液面上停留时间过长，硫泡沫破碎后，其表面粘附的单质硫下沉进入贫液，造成贫液悬浮硫上升。而由脱硫泵带至塔内，沉积在填料上，时间久了就会形成硫堵;溶液循环量不能保证相对稳定，调节过频，造成系统波动较大。当遇到系统减量时，溶液循环量应保持稳定，可从溶液组份上来作些调整。当遇到系统大幅度减量时间较长时，溶液循环量可仍保持稳定运行3-4小时，以使塔内填料上沉积的硫得到冲刷;再生槽吹风强度在经过操作摸索后，可稳定在最佳量，一般不宜作过多调节。否则会影响单质硫的浮选，导致再生效果不佳;硫回收的熔硫残液，在变成低温处理时不达标，液温高、杂质多，影响吸收与再生效果，造成贫液质量差，悬浮硫含量高。熔硫残液在回收前要沉降冷却至≤45℃，使熔硫残液中的大量副盐结晶析出在沉降冷却池，清夜再返回系统循环使用。
综上所述，我们不难看出，产生堵塔的成因，一是入塔气体除尘效果不佳，二是塔内气液偏流严重，三是脱硫液再生不好，四是副盐控制超标严重，五是操作管理不到位。而造成堵塔的关键因素在于脱硫塔内填料，但入塔气体的降温除尘、再生系统的合理配置及生产操作有效管理也同等重要。既然如此，我们不妨去换个角度，从脱硫塔的设计入手来解决堵塔问题。
脱硫塔堵塔的解决途径
1 常压脱硫
对于常压脱硫系统，采用喷淋空塔段或填料段与空喷段组合的脱硫塔，不失为脱硫行业一个有益的探索和尝试。因为塔内填料的大幅度减少，再加上塔下部的喷淋空塔段也担负了一定的降温除尘作用，这样就可有效的避免填料塔堵塔的弊病。工业化实践证明，仅喷淋空塔段的脱硫效率就高达60%。
对于单塔配置的企业，可将脱硫塔下段填料扒出改为喷淋段，上两段填料保持不动;对于双塔或多塔配置的企业，可将前边的填料塔改为喷淋空塔，作为预脱硫塔;对于使用高硫煤的企业，可在首级脱硫中采用喷淋空塔技术。这样喷淋空塔既具有较高的脱硫效率，又起到降温除尘的效果，同时减轻了填料段的负荷，更加有效的防止了堵塔。
其实，空塔喷淋技术很早就被运用在化肥行业的脱硫领域，但当时由于受塔内喷头的雾化技术及设计安装的合理性而未能达到预期的效果，导致该技术没有被继续推广。显然，要想保证喷淋空塔的脱硫效果，首先喷头的雾化技术无疑是最为关键的因素，其次就是喷头安装的合理布局。而许多企业的预脱塔大都采用用于洗气、降温的喷头，由于喷头雾化效果差，加上喷头布局不太合理，致使塔内气液接触不彻底，预脱硫塔始终未能更好地发挥作用。我公司气体净化设计研究中心通过模拟实验，总结行业内诸多喷头的不足，经过反复模拟实验与改造，最终研制开发了DSP型系列高效雾化喷头，而且设计了一整套灵活巧妙的喷头布置形式，可将脱硫贫液雾化成高强度、高密度呈接近液化的“气态”。喷淋空塔设计参数：工艺气体线速V：0.8——1.2m/s;液气比值：10L/Nm3;有效的气液接触时间:10——15S。故高效雾化喷头能较好的满足在脱硫塔内气液两相传质界面大、传质动能大、传质时间短的传质三要素。
从我们收集到的诸多用户反馈信息来看，均取得了令人满意的效果。
2 加压脱硫
对于加压脱硫(变换气脱硫)系统，采用无填料塔技术，以QYD气液传质装置来取代填料，可从根本上解决塔堵问题。
我们知道，对于变换气脱硫，虽然其同常压脱硫脱除H2S的反应机理是一样的，但压力不同，气体组分也不一样，特别是CO2含量差别较大(变换气CO2含量为28%左右，而半水煤气中CO2的含量仅为8%左右)。变换气中的CO2对吸收和再生干扰较大，且变换压力较高。而现行的变换气脱硫工艺，大多套用半脱的设计，没有从根本上解决气体中CO2对变脱系统运行产生的干扰。从东狮脱硫技术协作网所收集的资料来看，变脱比半脱堵塔几率要高，变脱压力等级越高，堵塔机率就越大。虽然许多企业在工艺和设备上都做了大量技术改造，也取得了一定效果，但都未能从根本上解决塔堵问题。
基于此，我公司气体净化技术研究中心的技术人员根据多年的脱硫技术经验，经过多次试验，终于推出了QYD型气液传质装置，以此传质装置取代填料，从而解决了行业脱硫多年来悬而未决的问题，即硫塔堵塔问题。该装置是集传统的诸多塔内件的优点于一身，更加强化气液传质过程，它充分利用了脱硫反应机理H2S和碱溶液快速化学反应的原理，采用气液直接接触，并依据H2S含量高低设置特殊的气液接触装置、气泡再布装置，使气液之间动态接触，湍动传质。这不仅大大增加了气液接触面积，使气体在极短的时间内与液体充分混合接触，提高了气体的净化度。另外，由于气液接触时间大大缩短，从而使脱硫原料气中CO2对碱溶液吸收的影响得到极大地改善，溶液中NaHCO3的生成率也大幅度降低，从而大大地提高了贫液质量，促进了溶液循环吸收能力。该气液传质装置结构简单，安装简便，操作弹性大，不仅适应于旧脱硫塔改造，更适用于新塔设计。
该气液传质装置已先后在山东、河南、安徽、山西、河北、湖北、江西、广西等几十家化肥行业得到成功应用。通过用户反馈的信息来看均为发生过堵塔现象。
结束语
对于常压脱硫系统，采用空塔喷淋段与填料段复式组合的脱硫塔，不仅脱硫效率高，而且可有效的防止填料塔的堵塔弊病;对于加压脱硫(变换气脱硫)系统，采用无填料塔技术，以QYD气液传质装置来取代填料，可从根本上解决塔堵问题。当然，要想完全从根本上解决脱硫堵塔问题，还需要有设计较为合理的再生和硫回收系统与之相配套;还需要有行之有效的工艺操作规程来规范操作;还需要强有力的工艺、设备管理措施来加强管理。只有这样，脱硫系统才能开得越来越好。