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技术汇 | 脱硫塔入口烟道结垢问题浅析

陕西大秦环境科技有限公司2019-10-08 16:27:06

设备及问题描述

天津某公司4x410t/h烟气脱硫设备采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺,入口烟气量4x 480000m3/h,入口二氧化硫浓度2500mg/m3,入口粉尘浓度30mg/m3,要求出口二氧化硫排放浓度达到35mg/m3(标)以下,出口粉尘排放浓度达到5mg/m3(标)以下。脱硫塔内配有四层喷淋,两级屋脊式+1级管式除雾器,烟气进气口布置在喷淋层和塔底浆液池之间。

本项目停炉期间,分别对1#和4#脱硫塔塔内部检查,发现1#和4#脱硫塔入口烟道均出现大量块状垢质堆积:距离脱硫塔塔壁1~2m的范围内较多,烟道中间堆积的厚度约为50~200mm,烟道的内部支撑件上也结满了块状垢质。

2结垢成因分析

石灰/石灰石-石膏湿法系统运行过程中结垢形成机理非常复杂,其影响因子也非常多。不同的系统运行条件会产生不同的结垢类型,不同类型的结垢可能会相互促进及影响。浆液池中浆液回流以及入口烟气的颗粒物沉积为其中最常见的形成机理。

1

浆液回流

在湿法脱硫系统中,脱硫塔烟气入口处为浆液池浆液和烟气的最初接触区域,亦为干-湿交界面。脱硫塔入口烟道处最初设计的不合理,烟气将极易在入口烟道处形成涡流,如果同时存在浆液池液面与烟气入口过近的问题,此处的涡流将直接导致浆液池浆液被卷吸回流至入口烟道处,造成该区域产生结垢;

2

颗粒物沉积

脱硫系统入口处的烟气为含尘烟气,颗粒物重力沉积于入口烟道处产生块状垢。

本项目入口烟道处最初未设置导流板,在脱硫塔入口烟道的上部附近有一部分烟气向上流动,一部分烟气向脱硫塔底浆液池方向流动,由于向下流动的烟气量少,形成回流卷吸气流,该卷吸气流携带浆液从脱硫塔塔底浆液池反方向流至入口烟道处。

该项目利用停炉检修机会清理检修烟道,发现由脱硫塔入口烟道内弧处开始出现了大量的块状垢,经过对块状垢进行成分检测,确认该处的块状垢品质与湿法系统的副产物石膏一致,因此确定该项目的结垢原因为第一种:浆液回流。产生浆液回流的原因即系统存在设计缺陷,脱硫塔入口烟道处气流分布小均,导致此处产生涡流现象,入口烟道弯段内弧一侧形成了回风区,同时浆液池液面与烟气入口过近,导致浆液池内的浆液被回卷至入口烟道处,该项目入口烟气温度高达130~1400℃,被回卷至此处的浆液在高温下迅速干燥结垢。

3结垢危害分析

湿法脱硫系统运行过程中,结垢为常见问题,包括脱硫塔、氧化槽、管道、喷嘴、除雾器结垢,而一旦出现又会产生严重的后果,整个系统将会因为结垢导致压损增大、设备堵塞甚至停运。

本项目烟道入口处的结垢厚度高达50 ~ 200mm,阻力增加,严重影响了系统的安全稳定运行。需要耗费大量人工和财力去清理垢块,烟气流场在脱硫塔入口处变得紊乱,除雾器除雾效果降低,出口烟气的含水量超标,甚至可能在烟囱附近产生石膏雨。

本项目清理垢质过程中,在块状垢上发现了断痕,证实存在入口烟气将块状垢带入脱硫塔落进浆液池中的问题。脱硫塔底部浆液池内的氧化曝气管和紊动管均为玻璃钢材质,这些设备极有可能遭到脱落块状垢的损坏,进一步威胁到整个系统的安全稳定运行。

4处理措施

4.1

加装导流板

为解决气-液界面与烟道入口过近、脱硫塔入口烟道处压力和速度流场不均匀、涡流卷吸浆液至入口烟道的问题,本项目建议采用的第一种处理措施为加装导流板。

加装的导流板具有以下作用:

①导流板加装后,脱硫塔内的压力分布和入口烟道处的压力分布层次感较之前更强,压力梯度的层次越强,涡流形成的可能性越低。

②导流板加装后,可显著提高入口烟道卜部区域的烟气流速,使得入口烟道中的烟气速度分布更为均匀,尤其是入口处的速度分布。速度分布均匀,可有效避免出现回流卷吸现象。即通过改变烟气流动方向,平衡入口烟道内的烟气流量,使得进入脱硫塔内的烟气尽量水平,从而避免回流卷吸。

加装导流板工作:

原有的块状垢质需要提前清理干净;

加装导流板的尺寸和位置需要通过数值模拟实验确定;

在对导流板进行安装和焊接加固前,先打磨预设的安装位置处并将玻璃鳞片去除;

导流板安装完成后,对其进行玻璃鳞片防腐处理。

4.2

优化运行管理

1)该项目在最初设计时,设置了四层喷淋。实际运行过程中,可考虑上面三层运行,底层喷淋备用,避免底层喷淋时有浆液溅落到入口烟道处;

2)为有效防比浆液池浆液被卷吸回流至入口烟道处,建议先通烟气10min后,再启动运行浆液循环泵;进行更加详细的分析,通过应力分析把分析区域中的应力的最大值与最小值体现出来,并分析局部区域应力随着时问的变化而变化。随着压力容器设备小断发展,计算机科学的小断发展,应力分析方法也在小断的发展,目前常见的应力分析方法有:板壳理论分析法、数值分析法以及疲劳实验法等。

要想保证所开展的分析工作结果可以比较科学、准确,就应该保证计算结果具有完整性和可靠性的特点,减少不必要的工作量,应根据相关数值制定出一个模型。建立模型时应该把压力容器分为几个部分进行计算分析,比如接管与封头的连接工作、裙座与封头的连接工作、接管与筒体的连接工作等。

4.3

强度评定分析

在对压力容器的应力分析完成之后,可以将所分析出的结果进行全方面评定,了解其中的评定点与截面,并根据载荷的性质和应力分类准则进行分类,只有这样才能完成压力容器疲劳分析工作。

 对于压力容器疲劳部位的确定来说,可以以应力分析为基础进行分析,保证所开展的分析结构可以满足应力和二次应力条件的要求,求取交变应力强度幅。同时,还可以利用设计疲劳曲线对其中的疲劳强度进行校对,得出一个科学、合理的评定结果。

5结束语

随着现代工业小断的发展,压力容器在工业应用条件越来越复杂,压力容器的疲劳分析设计在各个领域中越来越受到重视。在现代工业中已经有越来越多的新技术、新材料不断的涌现。可以将现有的分析设计方案不断创新、完善,只有这样才能保证分析设计跟上产品发展的脚步,使分析设计更加吻合压力容器实际情况。入口烟气流场紊乱导致除雾器效率降低出现石膏雨,还可能会引起块状垢质脱落至脱硫塔底部浆液池内损坏设备,严重威肋、着整个脱硫系统的安全稳定运行。

通过深入分析,确认本项目脱硫塔入口烟道结垢是由于烟道设计小合理造成浆液被卷吸回流引起,被卷吸至脱硫塔入口烟道附近的浆液在高温下迅速干燥结垢。加装导流板后,入口烟道与塔入口附近的烟气动力学性能得到极大改善,同时加强系统运行管理,两种方式双管齐下,有效遏制了入口烟道结垢的再次发生,措施有效,效果明显。必须保持密切配合与合作。

主要原则是:

1)先土建后安装,先地下后地上,先安装设备再配管布线,先两端(控制室、就地盘、现场和就地仪表)后中问(电缆槽、接线盒、保护管、电缆、电线和仪表管道)等。

2)先里后外,先高后低,先重后轻。

3)强调合理便于操作,在线仪表保持前后直管端并消除管道应力,美观大方,切忌气源、表头、接线盒带水、横不平、竖不直。

仪表调试策略

1)回路测试:重点是做好每个回路测试包文件:包括仪表索引表、P&工图、逻辑图及报警一类表、现场布置图、标准安装图、数据表、回路图、单校记录、绝缘测试记录、现场安装检查记录等,在此基础上邀请装置仪表技术员一起做好回路测试并做好记录,同时检查现场安装小合格项交施工单位整改。

2)安全仪表测试:在回路测试完成后,对SIS仪表要另外准备一份SIS检查及功能测试程序文件,如安全仪表功能规格书、安全仪表系统测试单、厂家相关SIS出厂证书及检测报告等,测试通过后对SIS仪表薪贴Z标记标识。

综上所述,对仪表设计安装调试的重点作了方案及策略上的优化,这对石化仪表自动化专业的工程质量,施工进度和费用控制起到了决定性的作用,同时对装置开车一次成功,稳定长满优及安全运行打好了坚实的基础。


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