煙氣氨法脫硫蒸發循環系統優化設計

發布日期：2023-07-19 　瀏覽次數：524

蒸發系統加熱器為固定(ding)

管(guan)(guan)(guan)板、單(dan)管(guan)(guan)(guan)程結構(gou) ，首臺加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)程和殼(ke)程材(cai)質(zhi)均為３１６L 不(bu)(bu)銹鋼(gang) 。管(guan)(guan)(guan)程內介(jie)質(zhi)為經氨水洗滌煙氣濃(nong)縮(suo)形成的(de)硫酸銨漿液，殼(ke)程介(jie)質(zhi)為壓力(li) ０．６ MPa 的(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)蒸汽。加(jia)(jia)(jia) 熱(re)(re) 器(qi)(qi) 管(guan)(guan)(guan) 子總(zong) 數(shu) １４３根，管(guan)(guan)(guan) 子規格(ge)飽３２ mm × ２ mm ，加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)總(zong)換熱(re)(re)面積為１００ m２。該加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)投用后連(lian)續(xu)使用不(bu)(bu)到３個(ge)(ge)月即出現加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)束大面積腐蝕泄(xie)漏，為維持(chi)生產不(bu)(bu)斷停工(gong)堵管(guan)(guan)(guan) ，運行４個(ge)(ge)月時堵管(guan)(guan)(guan)率達(da) ３１．５％。初步分析認(ren)為管(guan)(guan)(guan)束損壞(huai)主(zhu)要原(yuan)因為硫酸銨漿液中氯離子質(zhi)量濃(nong)度偏高（Cl

‐ 質量濃(nong)度為９８２２．５ mg／L）造成的腐蝕。

借(jie)鑒類似裝置(zhi)蒸(zheng)發(fa)(fa)加熱(re)器(qi)(qi)材質選擇經驗，將換(huan)(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)材質更換(huan)(huan)(huan)為鈦管(guan)(guan) ，牌(pai)號 TA２，外殼仍為３１６L不(bu)銹鋼，其(qi)它(ta)參數未變，投用(yong)后累計(ji)使(shi)用(yong)不(bu)到８個月，加熱(re)器(qi)(qi)管(guan)(guan)束再次發(fa)(fa)生泄漏(lou) 。檢(jian)查發(fa)(fa)現(xian)(xian)管(guan)(guan)內(nei)壁發(fa)(fa)亮，有明顯的沖刷(shua)磨損痕(hen)跡(ji) ，個別換(huan)(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)有明顯的劃跡(ji) 。此外，發(fa)(fa)現(xian)(xian)部分管(guan)(guan)子與管(guan)(guan)板之間連接焊縫的高度明顯降低，管(guan)(guan)頭伸出０．５～１．０ cm 。分析認為管(guan)(guan)束損壞的原因(yin)除了沖刷(shua)磨損，還(huan)與因(yin)管(guan)(guan)程與殼程材質膨(peng)脹系數不(bu)同而引(yin)起的膨(peng)脹問題有關。為保證該裝置(zhi)的連續可(ke)靠運行，對結晶蒸(zheng)發(fa)(fa)系統(tong)進(jin)行了優化改造，文(wen)中介(jie)紹其(qi)改造情(qing)況。

1 　結晶蒸發系統工藝(yi)簡介

由(you)濃(nong)漿(jiang)泵從濃(nong)漿(jiang)罐輸出的(de)(de)硫(liu)酸銨(an)漿(jiang)液(ye)(ye) ，進(jin)強制(zhi)(zhi)循(xun)(xun)環(huan)(huan)泵的(de)(de)入(ru)口(kou)和結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)出來的(de)(de)液(ye)(ye)體(ti)(ti)(ti)混(hun)合，經(jing)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)循(xun)(xun)環(huan)(huan)泵送入(ru)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)加(jia)熱器(qi)(qi) 。硫(liu)酸銨(an)漿(jiang)液(ye)(ye)經(jing)過(guo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)加(jia)熱器(qi)(qi)殼(ke)程１８０ ℃ 左右(you)溫度(du)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)間(jian)接(jie)加(jia)熱，吸收熱量后(hou)溫度(du)升到１０８ ℃ ，然后(hou)進(jin)入(ru)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)的(de)(de)閃蒸(zheng)(zheng)(zheng)室，進(jin)入(ru)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)硫(liu)酸銨(an)漿(jiang)液(ye)(ye)被(bei)送至(zhi)液(ye)(ye)體(ti)(ti)(ti)表(biao)層(ceng) ，由(you)于設備內為(wei)負壓，部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)水(shui)瞬(shun)間(jian)產生蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)成為(wei)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)后(hou)由(you)頂部(bu)(bu)(bu)出口(kou)排出再利用，沒有蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)的(de)(de)物料流向結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)底部(bu)(bu)(bu) ，結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)中(zhong)下部(bu)(bu)(bu)擋板將(jiang)將(jiang)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)分(fen)(fen)隔為(wei)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)生長區(qu)和澄(cheng)清區(qu) 。澄(cheng)清區(qu)的(de)(de)物料和母液(ye)(ye)在蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)循(xun)(xun)環(huan)(huan)泵入(ru)口(kou)混(hun)合后(hou)經(jing)泵輸送到加(jia)熱器(qi)(qi)循(xun)(xun)環(huan)(huan)加(jia)熱。結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)內的(de)(de)物料經(jing)養(yang)晶(jing)(jing)區(qu)后(hou)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)顆粒(li)(li)很快長大，大顆粒(li)(li)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)沉降速(su)度(du)大于懸浮速(su)度(du) ，在結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)器(qi)(qi)的(de)(de)底部(bu)(bu)(bu)會形成一(yi)個懸浮密度(du)穩定的(de)(de)晶(jing)(jing)漿(jiang)區(qu) ，通過(guo)密度(du)的(de)(de)控制(zhi)(zhi) ，利用濃(nong)漿(jiang)泵將(jiang)含晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti) ３０％～４０％的(de)(de)晶(jing)(jing)漿(jiang)送往旋流器(qi)(qi)進(jin)一(yi)步脫水(shui)分(fen)(fen)離(li)后(hou)進(jin)入(ru)離(li)心(xin)機進(jin)行分(fen)(fen)離(li) 、干燥，得(de)到顆粒(li)(li)較大的(de)(de)硫(liu)酸銨(an)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti) 。蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)循(xun)(xun)環(huan)(huan)設備圖見圖１。

2 　加熱器損壞原因分析

2 ．1 　循環漿液含固磨損

蒸(zheng)發(fa)循(xun)環泵從蒸(zheng)發(fa)結(jie)晶(jing)器的取料點位于(yu)硫(liu)酸(suan)銨晶(jing)體密集區附近，蒸(zheng)發(fa)結(jie)晶(jing)器中硫(liu)酸(suan)銨晶(jing)體在蒸(zheng)發(fa)循(xun)環泵的抽吸(xi)擾動作用下部分進(jin)(jin)入加熱器，硫(liu)酸(suan)銨結(jie)晶(jing)顆粒在循(xun)環漿液高流速(su)攜帶下對管(guan)束進(jin)(jin)行(xing)長期(qi)沖刷磨損，造成加熱器焊縫、管(guan)束磨損嚴重(zhong)。

2 ．2 　管內流速過快

　　最初加熱器(qi)的(de)換熱管尺寸為飽(bao)３２ mm × ２ mm ，共(gong)有(you)１４３根管子，蒸發循環(huan)泵流(liu)(liu)(liu)量(liang)為１２９０ m３／h ，據此(ci)計算其(qi)流(liu)(liu)(liu)速為２．９３ m／s 。而查閱有(you)關文獻資(zi)料(liao)，此(ci)種生產工(gong)藝設(she)(she)計流(liu)(liu)(liu)速一般應控制在１～１．６ m／s 。因(yin)此(ci)加熱器(qi)的(de)換熱管內(nei)設(she)(she)計流(liu)(liu)(liu)速過快，在高(gao)流(liu)(liu)(liu)速的(de)作用下，硫酸銨結晶(jing)顆粒的(de)動量(liang)得到(dao)

大提(ti)高，其對管壁的(de)沖擊也得到了很大的(de)加(jia)強，造成管線磨損加(jia)速。

2 ．3 　蒸(zheng)發結晶器內(nei)固液分(fen)離不徹底

蒸發結晶器內固、液、氣三相形成復雜流場，對于液體表層，由于設備內為負壓，部分水分瞬間產生蒸發成為蒸汽后由頂部出口排出，而過飽和產生的硫酸銨晶體相互撞擊形成大顆粒，向底部移動，產生結晶器側底部液相的循環流。蒸發結晶器內晶體濃度較高的晶漿區總會有少量硫酸銨固體顆粒被抽吸氨法脫硫設備.png

到蒸發加(jia)熱(re)器，由(you)于加(jia)熱(re)器管(guan)束(shu)入口(kou)屬紊流區，固體顆粒(li)對(dui)加(jia)熱(re)管(guan)束(shu)入口(kou)產生沖刷，而鈦合金(jin)質地較軟，容易磨損減薄。

2 ．4 　蒸發(fa)加(jia)熱器管(guan) 、殼程(cheng)膨(peng)脹量存在差別

多(duo)次檢查發現(xian)部分進、出(chu)(chu)口管與管板(ban)的連接焊縫(feng)被腐蝕(shi) ，同時發現(xian)管束(shu)伸出(chu)(chu)管板(ban) ０．５～１．０ cm ，判(pan)斷是管束(shu)材(cai)質(zhi) TA２膨脹系數與殼體(ti)材(cai)質(zhi) ３１６L 的

膨脹系數不同所致。

3 　蒸發結晶系(xi)統改(gai)造

3 ．1 　蒸發加熱器

（１）為解決蒸發加熱器(qi)流速(su)太大(da)的問(wen)題，在保持換熱面積１００ m２不變情況下將(jiang)蒸發加熱器(qi)殼體直徑(jing)由(you) 飽(bao) ７００ mm 增(zeng)加至飽(bao) ８００ mm（材質(zhi)仍(reng)為３１６L），換熱管規格(ge)由(you) 飽(bao) ３２ mm × ２ mm 改為飽(bao) ３８ mm ×２．５ mm（材質(zhi) TA２），改造后計算流速(su)由(you) ２．９３ m／s降至１．６ m／s 。

（２）為(wei)消除管(guan)(guan)(guan)(guan)殼(ke)程膨(peng)脹量不(bu)等問題，在蒸發加熱(re)器(qi)殼(ke)體(ti)增加雙波膨(peng)脹節(jie) 。（３）為(wei)減少蒸發加熱(re)器(qi)入口紊流區(qu)漿液攜帶的固體(ti)顆粒對管(guan)(guan)(guan)(guan)束入口段的沖刷磨損，在加熱(re)器(qi)入口段增加防磨套管(guan)(guan)(guan)(guan)束，套管(guan)(guan)(guan)(guan)尺寸(cun) 飽３２ mm × ３ mm（材質 TA２），承插到管(guan)(guan)(guan)(guan)束內４ cm ，防磨套管(guan)(guan)(guan)(guan)束獨立(li)管(guan)(guan)(guan)(guan)板，兩管(guan)(guan)(guan)(guan)板用鈦合金螺栓連(lian)接(jie)在一起。

3 ．2 　結晶器

（１）將蒸發結(jie)晶(jing)器底部(bu)擴為 DN４００的管線(xian)并向(xiang)下延(yan)伸(shen) ，延(yan)伸(shen)的長(chang)度(du)直到結(jie)晶(jing)排(pai)出(chu)(chu)泵入口，長(chang)度(du)約４．５ m ，以增大晶(jing)粒沉降區空間。同時在底部(bu)使用彈(dan)簧支撐，確保管線(xian)受熱后正常膨脹，所有(you)管線(xian)上的閥門靠近根部(bu) 。結(jie)晶(jing)排(pai)出(chu)(chu)泵取料(liao)從延(yan)長(chang)管線(xian)的中(zhong)下部(bu)取料(liao) ，泵出(chu)(chu)口增加回流(liu)到延(yan)長(chang)線(xian)的底部(bu) ，保持漿液(ye)能夠不斷的懸浮流(liu)動，防止硫酸(suan)銨沉降過(guo)程中(zhong)出(chu)(chu)現堆(dui)積。

（２）將結晶(jing)器上稀液出口提高８００ mm ，使其遠離晶(jing)粒區(qu) ，最大限(xian)度減少硫酸銨(an)固體(ti)顆(ke)粒攜帶，避(bi)免固體(ti)顆(ke)粒對蒸發(fa)加熱器管束(shu)磨損。

（３）割除擋流板(ban) ，新(xin)增設內導(dao)流筒將進、出(chu)口(kou)(kou)分割開(kai)來，形成(cheng)沉降段，延長結晶(jing)區，以避免回流的擾動將部分固體顆粒送(song)到稀液取(qu)出(chu)口(kou)(kou) 。內導(dao)流筒為直徑飽(bao) １０００ mm 、長度１５００ mm 錐段與(yu)筒壁夾角(jiao) ４５° ，總(zong)高２２００ mm 。結晶(jing)器改造(zao)前后(hou)結構見(jian)圖(tu) ２。

4 　改造后運(yun)行(xing)情況及建議

改(gai)造后對主要參數(shu)進行(xing)嚴格控制，累計正(zheng)常生產１０個月。從本周期蒸(zheng)發(fa)加熱器的使用情況(kuang)看(kan) ，２０１２年進行(xing)的改(gai)進是(shi)積極有(you)效(xiao)的，起到(dao)了提高裝置運行(xing)可(ke)靠性的作用，但設備整體還(huan)存在(zai)不足，主要還(huan)存在(zai)以下(xia)幾個方面的問題。

脫硫設備.png

（１）加熱器換熱管材質采用 TA２能有效(xiao)對(dui)(dui)抗硫(liu)酸銨(an)漿(jiang)液中(zhong)高氯離子(zi)濃度的(de)腐(fu)蝕，但 TA２材質本(ben)身較軟，耐(nai)沖刷磨損的(de)能力較差。此外 TA２材質耐(nai)還原性鹽的(de)腐(fu)蝕能力較差，而硫(liu)酸銨(an)漿(jiang)液中(zhong)含有一定量的(de)亞硫(liu)酸鹽，會(hui)對(dui)(dui) TA２產生一定的(de)腐(fu)蝕。

（２）蒸發(fa)結晶循(xun)(xun)環(huan)系統的(de)補料口位置(zhi)設計(ji)不合理(li) ，有可能將硫酸(suan)銨固體顆(ke)粒送(song)(song)入(ru)加(jia)熱(re)器(qi) ，由于從塔內(nei)取出(chu)的(de)接近飽和的(de)硫酸(suan)銨溶液溫度在(zai) ５０ ℃ 左右，在(zai)濃(nong)漿罐內(nei)儲存一段時(shi)間(jian)后(hou)才送(song)(song)入(ru)蒸發(fa)循(xun)(xun)環(huan)系統，此(ci)過程(cheng)溫降較(jiao)大(da) ，此(ci)時(shi)硫酸(suan)銨溶液中已含有結晶出(chu)的(de)固體顆(ke)粒。

（３）受現場空(kong)間所(suo)限，改造后(hou)加熱器內漿液(ye)循(xun)環(huan)流(liu)速還是偏高，１．６ m／s 的(de)流(liu)速接近設(she)計上限。建議重(zhong)新(xin)設(she)計１臺加熱器，加熱器材質選用雙相不(bu)銹鋼。從工藝上考慮(lv)將(jiang)蒸發結晶循(xun)環(huan)系統的(de)補料(liao)口位置(zhi)進(jin)行改進(jin) 。