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：500

蒸發系統加熱器為固定

管(guan)(guan)(guan)板、單(dan)管(guan)(guan)(guan)程(cheng)結構，首臺加(jia)(jia)熱器(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)程(cheng)和殼程(cheng)材質(zhi)(zhi)均為(wei)３１６L 不(bu)銹鋼。管(guan)(guan)(guan)程(cheng)內介(jie)(jie)質(zhi)(zhi)為(wei)經氨水(shui)洗滌煙(yan)氣濃縮形成的硫酸銨(an)漿(jiang)液，殼程(cheng)介(jie)(jie)質(zhi)(zhi)為(wei)壓(ya)力０．６ MPa 的加(jia)(jia)熱蒸汽。加(jia)(jia) 熱器(qi)(qi) 管(guan)(guan)(guan) 子總數１４３根，管(guan)(guan)(guan) 子規格飽３２ mm × ２ mm ，加(jia)(jia)熱器(qi)(qi)總換熱面積(ji)為(wei) １００ m２。該(gai)加(jia)(jia)熱器(qi)(qi)投用(yong)后連續使(shi)用(yong)不(bu)到３個月即出現加(jia)(jia)熱管(guan)(guan)(guan)束大面積(ji)腐蝕泄漏，為(wei)維持生(sheng)產不(bu)斷停工堵管(guan)(guan)(guan) ，運(yun)行４個月時堵管(guan)(guan)(guan)率達３１．５％。初步分析(xi)認為(wei)管(guan)(guan)(guan)束損(sun)壞主要(yao)原(yuan)因(yin)為(wei)硫酸銨(an)漿(jiang)液中氯離子質(zhi)(zhi)量濃度偏高(gao)（Cl

‐ 質量濃度為９８２２．５ mg／L）造成(cheng)的腐(fu)蝕(shi) 。

借鑒類似裝置蒸發(fa)(fa)(fa)加熱(re)(re)器材(cai)質(zhi)選擇經驗，將換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)材(cai)質(zhi)更換(huan)為(wei)鈦管(guan)(guan) ，牌號 TA２，外殼仍為(wei) ３１６L不銹鋼(gang) ，其它參(can)數未變(bian) ，投(tou)用后累計使用不到８個(ge)月，加熱(re)(re)器管(guan)(guan)束(shu)再(zai)次(ci)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)泄漏。檢查發(fa)(fa)(fa)現管(guan)(guan)內壁發(fa)(fa)(fa)亮，有明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)沖(chong)刷磨(mo)損痕跡(ji) ，個(ge)別(bie)換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)有明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)劃跡(ji) 。此(ci)外，發(fa)(fa)(fa)現部分管(guan)(guan)子與(yu)管(guan)(guan)板之間連接焊縫的(de)(de)(de)高度明(ming)(ming)顯降低，管(guan)(guan)頭伸出０．５～１．０ cm 。分析認(ren)為(wei)管(guan)(guan)束(shu)損壞的(de)(de)(de)原因除了沖(chong)刷磨(mo)損，還與(yu)因管(guan)(guan)程(cheng)與(yu)殼程(cheng)材(cai)質(zhi)膨(peng)脹系數不同而引起的(de)(de)(de)膨(peng)脹問題有關。為(wei)保證該裝置的(de)(de)(de)連續可靠(kao)運(yun)行(xing) ，對結晶蒸發(fa)(fa)(fa)系統進(jin)行(xing)了優化改造，文中介(jie)紹其改造情況。

1 　結晶(jing)蒸發系統工藝簡介

由(you)濃(nong)漿(jiang)泵(beng)(beng)從濃(nong)漿(jiang)罐輸出的(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)銨漿(jiang)液(ye)(ye) ，進強制(zhi)循(xun)(xun)環泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)入(ru)口(kou)(kou)和(he)(he)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)出來的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)體(ti)混(hun)合(he) ，經蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)循(xun)(xun)環泵(beng)(beng)送入(ru)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)加(jia)熱器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi) 。硫(liu)酸(suan)(suan)銨漿(jiang)液(ye)(ye)經過(guo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)加(jia)熱器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)殼程１８０ ℃ 左(zuo)右(you)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)間接加(jia)熱，吸收熱量后溫(wen)度(du)升到(dao)(dao)１０８ ℃ ，然后進入(ru)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)閃蒸(zheng)(zheng)(zheng)室，進入(ru)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)銨漿(jiang)液(ye)(ye)被送至液(ye)(ye)體(ti)表(biao)層，由(you)于設(she)備(bei)(bei)內為(wei)負壓，部分水(shui)瞬間產生(sheng)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)成(cheng)為(wei)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)后由(you)頂部出口(kou)(kou)排(pai)出再(zai)利(li)用，沒有蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)物料(liao)流(liu)向結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)底部，結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中下部擋板將將結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分隔為(wei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)生(sheng)長區(qu)和(he)(he)澄清區(qu) 。澄清區(qu)的(de)(de)(de)(de)物料(liao)和(he)(he)母(mu)液(ye)(ye)在蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)循(xun)(xun)環泵(beng)(beng)入(ru)口(kou)(kou)混(hun)合(he)后經泵(beng)(beng)輸送到(dao)(dao)加(jia)熱器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)循(xun)(xun)環加(jia)熱。結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)內的(de)(de)(de)(de)物料(liao)經養(yang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)后晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)顆(ke)粒(li)很(hen)快長大，大顆(ke)粒(li)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)沉降速度(du)大于懸浮速度(du) ，在結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)底部會形成(cheng)一個懸浮密(mi)度(du)穩定的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)漿(jiang)區(qu) ，通(tong)過(guo)密(mi)度(du)的(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi) ，利(li)用濃(nong)漿(jiang)泵(beng)(beng)將含晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti) ３０％～４０％的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)漿(jiang)送往旋流(liu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)進一步脫水(shui)分離后進入(ru)離心(xin)機進行(xing)分離、干(gan)燥，得(de)到(dao)(dao)顆(ke)粒(li)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)銨晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti) 。蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)循(xun)(xun)環設(she)備(bei)(bei)圖見圖１。

2 　加熱(re)器損壞原因分析

2 ．1 　循環漿液含固(gu)磨損

蒸發循環(huan)(huan)泵從蒸發結(jie)晶(jing)器的(de)取料(liao)點位于硫酸銨(an)晶(jing)體密(mi)集區附近，蒸發結(jie)晶(jing)器中硫酸銨(an)晶(jing)體在蒸發循環(huan)(huan)泵的(de)抽吸擾動(dong)作用下部分進(jin)入加熱器，硫酸銨(an)結(jie)晶(jing)顆(ke)粒(li)在循環(huan)(huan)漿液高流速攜(xie)帶(dai)下對管(guan)束進(jin)行(xing)長期沖刷(shua)磨損，造成加熱器焊(han)縫、管(guan)束磨損嚴重。

2 ．2 　管內流速(su)過快

　　最初加熱器的(de)換(huan)(huan)熱管尺寸為(wei) 飽３２ mm × ２ mm ，共(gong)有(you)１４３根(gen)管子，蒸發循(xun)環泵流(liu)(liu)(liu)量為(wei) １２９０ m３／h ，據此計算其流(liu)(liu)(liu)速為(wei) ２．９３ m／s 。而(er)查閱有(you)關文獻資料，此種生(sheng)產工藝設計流(liu)(liu)(liu)速一般應控(kong)制在１～１．６ m／s 。因此加熱器的(de)換(huan)(huan)熱管內設計流(liu)(liu)(liu)速過快，在高流(liu)(liu)(liu)速的(de)作用下，硫酸(suan)銨結晶顆粒的(de)動量得到

大(da)(da)提高(gao) ，其對管(guan)壁的沖擊也得到了很大(da)(da)的加強，造成管(guan)線磨損加速。

2 ．3 　蒸(zheng)發結晶(jing)器內固液分離(li)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(fa)加(jia)(jia)熱器，由于加(jia)(jia)熱器管(guan)束入口屬紊流區(qu) ，固(gu)體顆粒對加(jia)(jia)熱管(guan)束入口產生沖刷(shua)，而(er)鈦合金(jin)質地較(jiao)軟，容易磨損減薄(bo) 。

2 ．4 　蒸(zheng)發加熱(re)器(qi)管、殼程(cheng)膨脹量(liang)存(cun)在差別

多(duo)次(ci)檢查發現部分(fen)進(jin) 、出口管(guan)與管(guan)板的連(lian)接(jie)焊縫被腐蝕，同時發現管(guan)束伸出管(guan)板０．５～１．０ cm ，判斷是管(guan)束材質(zhi) TA２膨脹系數(shu)與殼體材質(zhi) ３１６L 的

膨脹(zhang)系數(shu)不(bu)同所致。

3 　蒸發(fa)結晶(jing)系統改造

3 ．1 　蒸發加熱器

（１）為解決蒸(zheng)(zheng)發加(jia)(jia)熱(re)器(qi)流速(su)(su)太(tai)大的問題，在保持換(huan)熱(re)面積(ji) １００ m２不變情(qing)況(kuang)下將蒸(zheng)(zheng)發加(jia)(jia)熱(re)器(qi)殼體直徑由飽(bao) ７００ mm 增加(jia)(jia)至(zhi)(zhi) 飽(bao) ８００ mm（材質仍為３１６L），換(huan)熱(re)管規格由飽(bao) ３２ mm × ２ mm 改為飽(bao) ３８ mm ×２．５ mm（材質 TA２），改造后計算流速(su)(su)由２．９３ m／s降(jiang)至(zhi)(zhi) １．６ m／s 。

（２）為消除(chu)管(guan)殼(ke)程膨脹(zhang)量不(bu)等問題，在蒸發(fa)加(jia)熱(re)器殼(ke)體增(zeng)加(jia)雙波膨脹(zhang)節。（３）為減少(shao)蒸發(fa)加(jia)熱(re)器入口(kou)紊流(liu)區漿(jiang)液攜帶(dai)的固體顆粒(li)對管(guan)束入口(kou)段的沖刷(shua)磨損，在加(jia)熱(re)器入口(kou)段增(zeng)加(jia)防磨套(tao)管(guan)束，套(tao)管(guan)尺寸飽３２ mm × ３ mm（材質 TA２），承(cheng)插(cha)到管(guan)束內４ cm ，防磨套(tao)管(guan)束獨立管(guan)板，兩管(guan)板用鈦合金螺栓連(lian)接在一(yi)起。

3 ．2 　結晶器

（１）將蒸發結晶(jing)(jing)器底(di)部(bu)(bu)擴為 DN４００的管(guan)(guan)線(xian)(xian)并(bing)向下(xia)延(yan)伸，延(yan)伸的長(chang)度直到結晶(jing)(jing)排出(chu)泵入口，長(chang)度約４．５ m ，以增(zeng)大(da)晶(jing)(jing)粒沉降區空間。同時在底(di)部(bu)(bu)使用彈(dan)簧支撐，確保管(guan)(guan)線(xian)(xian)受熱后正常膨(peng)脹，所有管(guan)(guan)線(xian)(xian)上的閥門(men)靠近根部(bu)(bu) 。結晶(jing)(jing)排出(chu)泵取料從延(yan)長(chang)管(guan)(guan)線(xian)(xian)的中(zhong)下(xia)部(bu)(bu)取料，泵出(chu)口增(zeng)加(jia)回流到延(yan)長(chang)線(xian)(xian)的底(di)部(bu)(bu) ，保持漿液(ye)能(neng)夠不斷的懸浮流動，防止硫酸銨沉降過(guo)程(cheng)中(zhong)出(chu)現堆積(ji)。

（２）將結晶(jing)器上稀液出(chu)口提高８００ mm ，使(shi)其遠離晶(jing)粒(li)區，最大(da)限度(du)減少硫(liu)酸銨固體顆粒(li)攜(xie)帶，避免固體顆粒(li)對蒸發加熱(re)器管束磨損。

（３）割除擋流板(ban) ，新增設(she)內導流筒將進、出口分割開來，形(xing)成(cheng)沉(chen)降(jiang)段，延長結(jie)晶(jing)區(qu) ，以避免回流的擾動將部分固體顆粒送到稀液取出口。內導流筒為直徑飽１０００ mm 、長度(du) １５００ mm 錐段與筒壁夾(jia)角４５° ，總高２２００ mm 。結(jie)晶(jing)器改(gai)造前后結(jie)構見圖２。

4 　改造后運行情況及建議

改(gai)造后對主要參(can)數進行嚴格控制，累計正常生產(chan) １０個月。從(cong)本周期蒸發加(jia)熱器(qi)的(de)(de)(de)使(shi)用情況看(kan) ，２０１２年(nian)進行的(de)(de)(de)改(gai)進是積極有效的(de)(de)(de) ，起到(dao)了提高(gao)裝置運行可(ke)靠(kao)性的(de)(de)(de)作用，但(dan)設備整體還(huan)存(cun)在不足，主要還(huan)存(cun)在以下(xia)幾(ji)個方(fang)面的(de)(de)(de)問題。

脫硫設備.png

（１）加熱(re)器(qi)換熱(re)管材質采(cai)用 TA２能(neng)有效對抗硫(liu)酸銨(an)漿液(ye)中高氯離子(zi)濃度的(de)腐(fu)蝕(shi) ，但 TA２材質本身較軟(ruan) ，耐(nai)(nai)沖刷(shua)磨損的(de)能(neng)力較差。此外 TA２材質耐(nai)(nai)還(huan)原(yuan)性鹽的(de)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力較差，而(er)硫(liu)酸銨(an)漿液(ye)中含有一定量的(de)亞(ya)硫(liu)酸鹽，會對 TA２產生一定的(de)腐(fu)蝕(shi)。

（２）蒸發(fa)結晶循環系(xi)統(tong)的(de)(de)補(bu)料口位(wei)置設計不合理(li) ，有可能(neng)將(jiang)硫(liu)(liu)酸(suan)銨(an)固體(ti)顆粒送(song)入加熱(re)器，由于從塔內(nei)取出(chu)的(de)(de)接(jie)近飽和的(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)銨(an)溶液溫(wen)度在５０ ℃ 左(zuo)右，在濃漿罐內(nei)儲存一段時間后才送(song)入蒸發(fa)循環系(xi)統(tong) ，此過程(cheng)溫(wen)降較(jiao)大，此時硫(liu)(liu)酸(suan)銨(an)溶液中已含有結晶出(chu)的(de)(de)固體(ti)顆粒。

（３）受現場空間(jian)所限(xian)(xian) ，改造后加(jia)熱器內(nei)漿液循環(huan)流速還是偏高(gao) ，１．６ m／s 的流速接(jie)近設(she)計上限(xian)(xian) 。建議重新設(she)計１臺(tai)加(jia)熱器，加(jia)熱器材質(zhi)選用雙相不銹鋼(gang) 。從工藝上考慮將蒸發結晶(jing)循環(huan)系統的補料(liao)口(kou)位置進(jin)(jin)行改進(jin)(jin) 。