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淺談脫硫塔填料選型

來源:包頭市蒙泰鍋爐有限公司官網 | 發布時間:2017/3/20 | 瀏覽次數:

1、前言(技術背景)

脫硫技術分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類,由于干法脫硫(氧化鐵、活性炭等)硫容低、更換頻繁和凈化度不高等缺點,故在我們氮肥企業現在都一般采用的是濕法脫硫,而濕法脫硫又可分為低溫甲醇洗和濕式氧化法脫硫技術。據了解,目前只有少數大化企業采用低溫甲醇洗技術脫硫,而大多數中、小氮肥企業均采用堿液濕式氧化法脫硫技術,這種技術工藝簡單,操作方便在我們中、小氮肥企業得到廣泛使用。

但是,在濕式氧化法脫硫過程中,脫硫塔的塔堵問題一直是行業的一大難題。脫硫塔的堵塞輕則造成系統減量生產,重則停車扒塔清洗、更換填料,直接影響到企業的經濟效益。而為了進一步降低生產成本,許多企業都選用硫化氫含量較高但價格相對低廉的原料煤。這就對脫硫工藝的合理性、脫硫塔的內件構造、填料的選擇等提出了更高的要求。本文著重從填料的傳質效率及抗堵能力方面分析、探討脫硫塔內填料的選型。

2、填料類型及優缺點:

(1)、散堆填料:散堆填料有很多種,主要包括:階梯環、鮑爾環、海爾環、泰勒花環、矩鞍環、新星環、拉西環等。散堆填料因在塔內呈不規則堆放,剛剛投入使用時氣、液湍動性能好,氣、液接觸比較充分,填料傳質效果好。但使用一段時間后填料容易堵塞的缺點會逐漸顯現,特別是在工藝環境較差的工況下,填料板片因呈不同夾角相互交錯,填料板片上容易沉積硫膏、污垢,造成氣液偏流,形成填料干區,導致塔內填料堵塞,影響系統正常穩定運行。

(2)、孔板波紋規整填料:孔板波紋規整填料因波紋板片呈45°和30°角度傾斜規整,氣、液通過填料時,氣、液接觸比較充分,剛剛使用時傳質效果較好,但使用一段時間后填料會逐漸沉積硫膏、污垢,在脫硫塔內很快會出現填料堵塞,造成液體偏流,影響脫硫效率。目前,只有極少數使用優質低硫煤的企業使用孔板波紋填料。

(3)、塑料格柵填料:塑料格柵填料因板片全部垂直塔橫截面,填料板片在液體沖刷下不易附著硫膏,抗堵能力強,但格柵填料是采用4mm厚的板片用定位管和鋼筋固定,填料自身重量較大,一般為200—300kg/m3,且穩定性能不強,容易造成塔內下部填料不堪重負而垮塌,像百葉窗一樣關閉塔內氣、液通道,致使氣、液流通不暢,只有停車處理。加之,格柵填料板片較厚,在塔內占用有效空間較大,填料比表面積一般不能超過85m2/m3,傳質效果不太理想。如果要加大比表面積,就必須增加板片密度,這樣又容易造成填料堵塞。

(4)、金屬六邊形格柵填料:金屬六邊形格柵填料是用0.2mm不銹鋼薄片規整成形,填料連接是點焊固定,填料板片全部垂直向下,填料空隙率大、抗堵能力強,比表面積大的填料也不容易堵塞,氣、液傳質效果好,但六邊形格柵填料是采用板片規整,有三分之一的重疊板片,板片利用率低,填料成本較高,而且填料是點焊連接,填料穩定性能不高,一旦拆卸就會散架變形。

(5)、金屬三角形正波規整填料:金屬三角形正波規整填料同樣是用0.2mm不銹鋼薄片規整成形,填料每個單元是三角形構成,穩定性能好,填料板片全部垂直向下,空隙率大、抗堵能力強;比表面積大的填料也不容易堵塞,氣、液傳質效果好,填料結構不會出現板片重疊部分,填料板片利用率高。但缺點是板片之間為點焊連接固定,不易拆卸重復使用。

(6)、一次性注塑成形填料(注塑三角形、注塑六邊形填料)

a、注塑三角形填料:填料板片厚度為2mm左右,抗壓試驗填料可承載13t/m2壓力不變形,填料所有板片垂直向下,與塔內的氣流、液流平行,塔內通氣量大、助力小,由于填料為一次注塑成形,且每個單元為三角形結構組成,填料穩定性能好,防堵能力強、不變形、不倒伏、不散架、耐腐蝕,使用周期長,便于拆卸清洗,能重復使用。

b、注塑六邊形填料(塑料環集成塊填料):由兩層若干個六邊形塑料環相互連接構成,材質為增強聚丙烯,填料板片為2mm左右,抗壓試驗填料可承載15t/m2壓力不變形,填料板片全部垂直向下,通氣能力強、助力小、不易堵塞,填料為兩層結構集成,破氣、破液能力強,氣、液傳質效果好,填料為一次性注塑成形,穩定性能好、不倒伏、不散架、耐腐蝕,使用周期長,便于拆卸清洗,重復使用。

3、一次性注塑成塊填料優點:

根據以上對各種類型填料的介紹和分析,我們不難看出一次性注塑成塊填料在脫硫塔內應用要比其他填料具有很多的優點:

(1)、與散堆填料相比:一次性注塑填料因板片全部垂直向下,其傳質效果與相同比表面積的散堆填料相比較,在剛剛投入使用時傳質效率不如散堆填料,但隨著時間的推移,一次性注塑成形填料能保持原來的傳質效率,****的優點的抗堵能力強,不易堵塞,能長周期保證系統穩定運行。

(2)、與孔板波紋填料相比:一次性注塑成形填料抗堵能力要遠遠大于孔板波紋規整填料。

(3)、與塑料格柵填料相比:一次性注塑成形填料板片只有2mm左右,又沒有鋼筋固定,其重量只是格柵填料的三分之一,加之填料是一次性注塑成形,穩定性能好,抗壓強度高,不會垮塌、倒伏,而且填料可以根據工藝需要能達到150m2/m3不會堵塞。

(4)、與金屬格柵填料相比:一次性注塑成形填料既具有金屬格柵填料抗堵能力的優點,又不存在板片重疊面問題,也不會出現拆卸變形的問題。

4、脫硫塔填料選型及服務經驗:

一次性注塑成塊填料穩定性能好,抗堵能力強,比表面積大,傳質效果好,適合在脫硫塔內使用,這里可以從我公司多年來的服務經驗得到驗證:

我們公司于2005年開發出三角形正波規整填料后,至今已在50余家化肥廠推廣使用,其中2007年以前投入使用的河北凱躍化工集團φ5000半脫塔,華昌化工股份有限公司三期工程φ3600半脫塔,河南沁陽龍旺化工有限公司φ3800半脫塔,湖北新生源生物有限公司φ3400半脫塔、φ2400變脫塔,晉煤銀;视邢薰睛3600半脫塔、φ4800半脫塔等至今使用4年以上運行良好,從來沒有出現過堵塔現象。當然,也有少數用戶使用一段時間后發現塔內助力上升的情況,但是經停車檢查均不是填料本身問題引起的堵塞。如晉煤金楚化工有限公司φ4000半脫塔使用一年后發現塔內助力由6mmHg上升到20mmHg,經檢查上段填料壓柵被吹翻,經處理后恢復正常;再如河北凱躍化工集團二級φ5000半脫塔,使用兩年發現塔內助力由8mmHg上升到20mmHg,經檢查填料非常干凈,分布器沒有問題,****發現氣體分布器支管通氣孔被硫膏堵塞,經在主管上開口處理脫硫塔恢復正常運行。也有個別企業在發現異常情況后沒有準確判斷處理事故,而是做扒塔處理。由于金屬規整填料是由薄片點焊連接,拆卸后散架變形,基本無法重復使用。

針對金屬規整填料拆卸后散架、變形的問題,為了改進填料品質,我公司歸納各種填料的優點,又開發了幾款一次性注塑成塊填料,并獲得了****專利,其產品有:三角形一次性注塑成塊填料、六邊形一次性注塑成塊填料,新產品結構與金屬三角形正波規整填料相同,而穩定性要好于金屬填料。

目前,新產品已在湖北三寧φ6000半脫塔、φ4000變脫塔,三寧田田化工φ4400半脫塔,湖北當陽華強φ6000半脫塔投入使用,效果良好。

這里我具體介紹一下投入使用**早的三寧田田化工φ4400半脫塔填料使用情況:

(1)、工藝條件: 塔徑:φ4400,氣量:40000Nm3/h循環量:1000Nm3/h,入口H2S含量 :3000—5000mg/Nm3,出口H2S含量:≤100mg/Nm3。

(2)、填料選型:比表面積90m2/m3三角形注塑填料,填料高度:15m,

比表面積120m2/m3六邊形注塑填料,填料高度:4m。

(3)、運行狀況:入口H2S為3000mg時出口H2S為40mg,入口H2S為5000mg時出口H2S為100mg 。

5、建議使用填料比表面積及考慮因素:

(1)、半脫塔:下段、中段選用90m2/m3一次性注塑填料,上段選用120m2/m3一次性注塑填料。應考慮的因素:半脫塔比表面積與氣量比一般為1:1.5—2.5,填料高度為15—20m,噴淋密度>50m3/m2h ,  氣液接觸時間為20—30秒,溶液硫溶根據入口硫大小一般取0.1—0.2克/升,入口硫高時氣相、液相推動力較強,可取較大數值,入口硫低時則相反。

(2)、變脫塔:下段、中段選用120m2/m3一次性注塑填料,上段選用150m2/m3一次性注塑填料?紤]因素:變脫塔比表面積與氣量比一般為1: 2.5—4.5,壓力等級高時可取大比例數值,壓力等級低時取較小數值,填料高度15—20m,噴淋密度>50m3/m2h ,  氣液接觸時間為75—150秒,溶液硫溶<0.02—0,05克/升。

6、結束語

從填料結構和實際運用情況可以看出,一次性注塑成塊填料在脫硫塔內使用能對系統阻力和脫硫效率取得良好的平衡,既能保證脫硫效率滿足工藝需求,又可以保證較低的系統阻力,從而保證生產長周期穩定運行。建議使用原料煤H2S含量較高和脫硫塔容易堵塞的企業能夠參考、借鑒。




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