干燥窯煙氣脫硫系統(tǒng)常見故障判斷及處理措施

邵志超，劉曉峰，官 欣，高澤磊，秦 茜

（金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌737100）

金川集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱金川集團(tuán)）閃速爐配套的鎳精礦干燥窯主要是利用熱風(fēng)將精礦進(jìn)行干燥，在干燥過程中鎳精礦中含有的硫會(huì)在高溫下脫除，變成含SO2煙氣，干燥窯煙氣氣量約1.0×105m3/h，ρ(SO2)為2 000～6 000 mg/m3。適用于干燥窯煙氣的脫硫工藝很多，金川集團(tuán)選擇鈉堿法工藝。

鈉堿法脫硫技術(shù)具有煙氣適用性強(qiáng)、脫硫效率高、工藝流程簡單、投資少等優(yōu)點(diǎn)[1]，在硫酸尾氣和低濃度SO2煙氣的治理中得到廣泛應(yīng)用。雖然脫硫劑氫氧化鈉的價(jià)格相對較高，但由于金川集團(tuán)股份有限公司有氯堿系統(tǒng)生產(chǎn)液堿，因而采用鈉堿法脫硫仍具有一定的成本優(yōu)勢。

1 干燥窯尾氣脫硫工藝

干燥窯煙氣脫硫工藝流程見圖1。

干燥窯煙氣脫硫系統(tǒng)以w(NaOH)30%液堿為吸收劑，脫硫塔采用“逆噴管+空塔噴淋+濕式電除塵器”結(jié)構(gòu)。來自干燥窯含SO2的煙氣通過脫硫輸送風(fēng)機(jī)正壓輸送至脫硫裝置。含SO2煙氣經(jīng)過逆噴管，與逆噴管循環(huán)泵高速噴出的液體逆向接觸，經(jīng)過強(qiáng)烈的湍動(dòng)，煙氣中的SO2被洗滌吸收。隨后煙氣進(jìn)入空塔，經(jīng)過2層噴淋，煙氣中的SO2被進(jìn)一步吸收。煙氣中的大顆粒通過噴淋層上方設(shè)置的收水器進(jìn)行捕集，細(xì)小的顆粒通過電除霧器進(jìn)行收集，最終達(dá)標(biāo)尾氣通過煙囪排放。

定期通過汽車將吸收劑液堿拉運(yùn)至地下槽，用液下泵將其輸送至脫硫塔內(nèi)。在脫硫液循環(huán)泵出口對送入逆噴管的堿液進(jìn)行pH值實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)pH值低于設(shè)定值時(shí)，脫硫液通過外排泵定期輸送至下游廢水處理工序。

圖1 干燥窯煙氣脫硫工藝流程

2 主要控制指標(biāo)

2.1 循環(huán)液pH值控制

為了保證較高的脫硫效率，循環(huán)液pH值控制在6.5～7.0。循環(huán)液pH值控制得越高，相應(yīng)液堿的消耗量就會(huì)越多。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)pH值控制在6.8以上時(shí)，尾氣能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且液堿消耗量最低，因此正常生產(chǎn)過程中將循環(huán)液pH值控制在6.8～7.1，通過精細(xì)操作，嚴(yán)格控制塔內(nèi)溶液的pH值[2]。

2.2 脫硫塔入口溫度控制

脫硫塔逆噴管內(nèi)部采用玻璃鋼（FRP）內(nèi)襯石墨磚材質(zhì)，但逆噴管過渡段上方的彎頭采用玻璃鋼材質(zhì)。此連接部位的煙道材質(zhì)制約了脫硫系統(tǒng)整體的溫度控制，因此將脫硫塔煙氣入口溫度控制在80 ℃以內(nèi)，以保護(hù)玻璃鋼煙道。

2.3 脫硫液外排量控制

隨著吸收液的循環(huán)使用，塔內(nèi)循環(huán)液pH值逐漸下降，且經(jīng)過長時(shí)間吸收，循環(huán)液的濃度逐漸升高，密度逐漸增大，因此需要定期對脫硫循環(huán)液進(jìn)行外排置換。根據(jù)前端煙氣條件，每12 h 外排循環(huán)液2～3次，置換量為15 m3/h。

2.4 液堿加入量聯(lián)鎖控制

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，隨著運(yùn)行負(fù)荷的不同，產(chǎn)生的煙氣量和煙氣中SO2濃度也不同[3]，根據(jù)循環(huán)液的pH值或尾氣中SO2濃度向脫硫塔中加入液堿：①液堿加入量與循環(huán)液的pH值設(shè)置聯(lián)鎖，即當(dāng)循環(huán)液的pH值低于設(shè)定值時(shí)開始加液堿，高于設(shè)定值時(shí)停止加液堿；②液堿加入量與尾氣SO2濃度設(shè)置聯(lián)鎖，即當(dāng)尾氣SO2濃度高于設(shè)定值時(shí)開始加液堿，低于設(shè)定值時(shí)停止加液堿。實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)：選用第1種方式較為適宜，考慮到液堿加入后需要一定的反應(yīng)時(shí)間，因此設(shè)定的pH值聯(lián)鎖上限值要略低于實(shí)際值，提前停止加堿，保證pH值在預(yù)期范圍之內(nèi)；采用第2種聯(lián)鎖方式加液堿時(shí)，尾氣SO2濃度聯(lián)鎖設(shè)定值偏低會(huì)造成堿耗升高，聯(lián)鎖設(shè)定值偏高時(shí)又會(huì)造成SO2的排放濃度瞬時(shí)超標(biāo)。

3 常見故障及處理措施

3.1 脫硫循環(huán)液pH值正常而脫硫效率下降

3.1.1 故障現(xiàn)象

在運(yùn)行過程中脫硫塔內(nèi)循環(huán)液的pH值控制在7.0以上，尾氣中SO2濃度頻繁超過上限值。通過常規(guī)操作加入液堿，在加入的瞬間，SO2濃度下降，但是僅能維持很短的時(shí)間，且需要頻繁地加入液堿，尾氣中SO2濃度波動(dòng)頻繁。某時(shí)間段在循環(huán)液pH值正常的情況下煙囪出口尾氣SO2濃度波動(dòng)趨勢見圖2。

圖2 煙囪出口尾氣SO2濃度波動(dòng)趨勢

3.1.2 原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場確認(rèn)，液堿加入裝置、pH計(jì)和尾氣濃度計(jì)等設(shè)備均狀態(tài)正常。查閱了近期空塔噴淋上酸壓力和循環(huán)泵的運(yùn)行電流數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：上酸壓力由最初的200 kPa上升至240～260 kPa，循環(huán)泵運(yùn)行電流也出現(xiàn)與空塔噴淋上酸壓力相似的升高趨勢。經(jīng)初步判斷，脫硫塔內(nèi)的噴頭可能出現(xiàn)了堵塞。打開脫硫塔人孔進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)空塔的2層噴淋裝置中60%以上的螺旋噴頭都出現(xiàn)了堵塞，造成整體噴淋效果下降，從而導(dǎo)致尾氣中SO2濃度頻繁超標(biāo)。經(jīng)分析，堵塞物為循環(huán)液補(bǔ)水中帶來的雜物。

3.1.3 處理措施

1）針對螺旋噴頭堵塞的問題，對塔內(nèi)噴頭進(jìn)行拆卸，徹底疏通后重新安裝。

2）在補(bǔ)水主管網(wǎng)上增加過濾器，對雜物進(jìn)行過濾，保證雜物不會(huì)進(jìn)入循環(huán)液系統(tǒng)。

3）定期對塔內(nèi)螺旋噴頭進(jìn)行檢查清洗。

3.2 尾氣顆粒物濃度波動(dòng)大

3.2.1 故障現(xiàn)象

尾氣中顆粒物濃度波動(dòng)異常，且偶爾會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

3.2.2 原因分析

對尾氣在線監(jiān)測和除塵設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)2#電除霧器二次電壓和二次電流出現(xiàn)波動(dòng)，有一處絕緣子室溫度為26 ℃，遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行溫度（80 ℃以上）。其原因是電除霧器絕緣子室電加熱器接線老化斷裂，造成絕緣子室溫度過低，石英管內(nèi)壁結(jié)露，從而導(dǎo)致絕緣性變差，電場內(nèi)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。對加熱器更換連接線，最終絕緣子室溫度達(dá)到80 ℃以上，2#電除霧器電場二次電壓和二次電流恢復(fù)正常，尾氣中顆粒物濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3.2.3 處理措施

1）定期對電除霧器進(jìn)行沖洗，防止因極線芒刺積塵過多出現(xiàn)電暈閉塞。

2）對電除霧器配套的絕緣子室溫度設(shè)定報(bào)警值，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

3.3 脫硫塔溢流管冒泡沫

3.3.1 故障現(xiàn)象

在運(yùn)行過程中，脫硫塔溢流管時(shí)常會(huì)出現(xiàn)大量白色泡沫狀物質(zhì)，需要定期清理現(xiàn)場，增加了崗位人員勞動(dòng)負(fù)荷。

3.3.2 原因分析

對脫硫循環(huán)液進(jìn)行檢測分析，其中ρ(Na2SO3)為18.24 g/L，ρ(Na2SO4)為52.22 g/L，ρ(Fe)為0.006 2 g/L。循環(huán)液中Na2SO3，Na2SO4濃度相對較低，且沒有其他能形成白色泡沫的物質(zhì)存在，因此脫硫塔溢流管冒白色泡沫并非是脫硫循環(huán)液化學(xué)成分出現(xiàn)異常所致。

查看脫硫塔內(nèi)液位，儀表顯示液位為2.0 m以上，但實(shí)際液位僅為0.9 m。據(jù)此判斷，脫硫塔內(nèi)出現(xiàn)假液位數(shù)據(jù)。究其原因，脫硫液循環(huán)泵吸入大量空氣，使循環(huán)液在強(qiáng)烈的攪動(dòng)下形成大量白色泡沫從塔內(nèi)溢流口流出。

3.3.3 處理措施

1）對液位計(jì)重新選型，將雷達(dá)式液位計(jì)改為靜壓式液位計(jì)，避免在液位計(jì)管中形成泡沫導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)測量出現(xiàn)較大誤差形成假液位。

2）定期將液位的儀表顯示值與實(shí)際值進(jìn)行對比，保持塔內(nèi)實(shí)際液位在1.8～2.4 m，確保不會(huì)把空氣吸入脫硫液循環(huán)泵。

4 脫硫系統(tǒng)故障處理后運(yùn)行情況

對脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行處理后，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，主要工藝指標(biāo)見表1。

表1 脫硫系統(tǒng)主要工藝指標(biāo)

5 下一步技改思路

5.1 更換噴頭

目前脫硫塔內(nèi)噴淋裝置采用1寸螺旋噴頭，雖然已在補(bǔ)水主管網(wǎng)上增加過濾器過濾水中雜物，但經(jīng)過長期運(yùn)行，螺旋噴頭依然會(huì)出現(xiàn)堵塞的問題。為此，考慮將螺旋噴頭更換為空心錐大口徑噴頭，以此解決噴頭易堵塞的問題。

5.2 增加噴淋降溫裝置

由于連接干燥窯和脫硫塔逆噴管的煙道彎頭處采用玻璃鋼材質(zhì)，脫硫系統(tǒng)的溫度需要控制在80 ℃以下。由于溫度控制較低，影響到干燥窯的生產(chǎn)負(fù)荷，且生產(chǎn)運(yùn)行也存在安全隱患。計(jì)劃在脫硫塔底部增加1臺(tái)降溫噴淋泵，在碳鋼與玻璃鋼煙道接口處增加大口徑噴頭，噴頭安裝角度與煙氣流動(dòng)方向一致。通過降溫噴淋泵將塔內(nèi)脫硫循環(huán)液輸送至頂部新增的降溫噴頭，向玻璃鋼煙道內(nèi)進(jìn)行噴淋降溫，噴淋量控制在4 m3/h以下，改造后入口煙氣溫度預(yù)計(jì)控制在95 ℃以下，以保證不會(huì)燒損玻璃鋼煙道。新增的噴淋降溫裝置見圖3。

5.3 發(fā)揮逆噴管作用

逆噴管的高度為12 m，而噴淋高度一般為3.5 m左右，遠(yuǎn)達(dá)不到要求的噴淋高度，逆噴管在脫硫塔中的作用并未完全發(fā)揮。其原因?yàn)槟鎳姽苎h(huán)泵的功率與揚(yáng)程不匹配，需要進(jìn)行改造。

圖3 新增的噴淋降溫裝置

6 結(jié)語

脫硫塔噴淋裝置的噴淋效果直接影響到排放尾氣中SO2的濃度，通過疏通螺旋噴頭和安裝補(bǔ)水主管網(wǎng)過濾網(wǎng)解決了尾氣中SO2濃度波動(dòng)頻繁的問題。極線芒刺含塵過多引起的電暈閉塞和線路老化脫落影響到電除霧器及配套設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行極線芒刺清洗和更新連接線解決了尾氣顆粒物濃度波動(dòng)大的問題。對脫硫塔內(nèi)液位進(jìn)行準(zhǔn)確控制解決了脫硫液循環(huán)泵吸入大量空氣導(dǎo)致大量白色泡沫從脫硫塔溢流口冒出的問題。

為了使脫硫系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，進(jìn)一步降低安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到更好的脫硫效果，提出了下一步更換噴頭、增加噴淋降溫裝置、發(fā)揮逆噴管作用的改造思路，為相關(guān)企業(yè)遇到類似的問題提供可借鑒的解決方案。