174-双氧水法对二氧化硫尾气脱硫塔采用羽叶分离器升级改造原有丝网除沫器案例讨论

      本帖主要针对硫铁矿制酸尾气以双氧水法脱硫回收稀硫酸装置脱硫塔采用羽叶分离器对丝网除沫器技术升级改造案例进行分析讨论，欢迎大家参与深入讨论。

       国内外不少的硫铁矿制酸装置，甚至包括不少硫磺回收制酸装置，其二氧化硫尾气脱硫采用双氧水法获得稀硫酸加以回用。这有别于氨法脱硫、石灰脱硫、钠碱法脱硫工艺，主要在于其脱硫塔回收产物稀硫酸可以回用作为制酸装置主产品。

      我们曾为南方一家市属工业园区内的硫铁矿制酸企业尾气硫回收制酸装置脱硫塔气液分离器采用羽叶分离器技术进行升级改造。业主最早采用直接水洗法在脱硫塔中高强度洗涤含二氧化硫尾气，不仅能耗高，复产硫酸浓度低，且洗涤塔排放尾气硫含量超标。园区管委会和当地环保局要求其停产进行整改。

      为了使其装置尾气排放达标，又能复产浓度高一些的稀硫酸回用于主产品，业主找到一家南京的企业提供双氧水法技术对原来的制酸尾气进行处理。业主说，当初他们对双氧水处理二氧化硫尾气不太懂，就全权委托这家南京企业。装置技改后运行情况是，洗涤塔排放尾气达标时，复产硫酸浓度很低而回用后处理成本高；当把洗涤塔循环洗涤和旁路排放的稀酸浓度提高到当初技术协议要求的20-25%时，洗涤塔排放气跑酸液情形严重，又受到园区管委会和当地环保局的责难和处罚。

      下图是该套双氧水法对制酸尾气脱硫装置布置图。

      从5楼图片可以看到，在采用双氧水法工艺前，其硫铁矿制酸转化工段产气经过干燥、一吸、二吸塔后，从7米高的楼面管道引入烟囱直排。
      南京的公司增加双氧水法工艺，便在制酸装置外新增加一套双氧水脱硫塔及配套双氧水存储加注系统，把二吸塔到原烟囱的管线改道，先拐入双氧水脱硫塔回收稀硫酸后，塔顶尾气再引入还原烟囱直排。

      为了更清楚直观看清南京公司新增加的双氧水脱硫塔与还原烟囱的管路连接，业主补充提供了下图。从图上可以看到，双氧水脱硫塔顶出来的尾气，从原来洗涤塔中上部靠近烟囱位置进入，然后再利用原来的烟囱进行排放。

       从二吸塔进入双氧水脱硫塔的尾气，由12万吨/年硫铁矿制酸装置产生，工况温度70℃左右，工况压力1kPaG左右，尾气中SO2含量在1500-2500mg/Nm^3，且含有40-50mg/Nm^3酸雾。27.5%浓度的双氧水通过加药泵注入脱硫塔，稀酸液通过循环泵升压后在洗涤塔中上部注入对尾气循环洗涤吸收。工艺指标要求：洗涤塔底外排稀酸浓度25%送到硫酸生产装置使用，洗涤塔顶排放尾气SO2残留量不超过100mg/Nm^3送入还原塔处理后通过烟囱直排。

      双氧水脱硫塔，内径3400mm，高度15675mm。如图所示：

      双氧水与SO2进行氧化还原反应的场所，在脱硫塔内填料段进行。 业主告知，填料是常规的鲍尔环填料。如图所示：

      含有双氧水的稀酸，通过循环泵升压送入填料层上方的分酸器，通过分酸器分配到填料中，与含有二氧化硫的上升气逆流接触反应，将二氧化硫及其刚形成的对应价稀酸氧化为高价稀硫酸。稀硫酸回流到脱硫塔底部，反复参与脱硫塔内尾气循环洗涤反应吸收。当酸浓度达到工艺要求浓度时，外排送入硫酸生产主装置。      下图便是分酸器图，供大家讨论：

      经过填料段转化吸收处理的尾气，穿过分酸器进入洗涤塔顶部变径后的丝网除沫器。
      尾气携带的液滴液沫，是气流在填料段顶部吹卷扬液以及分酸器破碎的液滴液沫。之所以在填料段顶部设置分酸器，而不是喷淋器，就是尽可能减小喷淋器碎化循环液造成雾沫夹带，但是对尾气中残留SO2的转化效果会受到一定影响。

      在该南京公司提供的双氧水脱硫塔顶部设置的除沫器，是两级丝网除沫器。正是这种传统简易结构的丝网除沫器，让该套双氧水脱硫装置陷入进退两难境地，也使得这家南京公司名誉扫地，业主大为不满。
       附图便是这套双氧水脱硫塔所设的两级丝网除沫器。
       正如大家所知，丝网除沫器是依靠丝网纤维相互架桥形成的不规则孔格对气流携带的液滴液沫实施拦截方式进行分离。首先，丝网纤维之间架桥形成的“孔格”大小尺寸不一呈高斯分布，因此，其成功拦截下来、成功逃逸出去的液滴尺寸也是大小不一，无法完成定量分离。其次，丝网除沫器操作弹性小，一般在60-105%甚至更低，否则，很容易产生“液泛”“液涌”导致分离失效。如果第一级丝网分离效率不高，增加再多级数的丝网的分离效率也不会明显提升，相反，运行压降增加明显，输排气不畅形成“憋压”现象。第三，对于气液分离场合，气流携带的液滴液沫的当量尺寸随着流体流型流态变化而变化。当气液混合流穿行丝网除沫器内件时，液滴液沫会被拉长呈纺锤形，而穿过丝网孔格后的液滴液沫又会在表面张力作用下变回原来大尺寸形状。因此，对于液滴液沫的当量尺寸随着流体流型流态变化而变化的气液分离、液液分离场合，丝网、滤网、滤芯、滤料、填料等孔格拦截分离技术内件对液滴液沫的分离很难实现定量高效。而对于固体颗粒物这类当量尺寸随着流体流型流态变化而变化的气固、液固分离场合，丝网、滤网、滤芯、滤料、填料等孔格拦截分离技术内件对其分离则能实现定量高效。

      我们再来看看这套双氧水脱硫塔顶丝网除沫器的设置情况：

      从14楼所示的丝网除沫器图片可以看到，丝网除沫器水平布设在直径1600mm容器内部径向横截面上。由于靠近容器内壁附近区域的气流速度梯度很大，气流流速很小，布设在这些区域的丝网除沫器块很难处于正常运行状态，甚至根本就没有运行。而处于距离容器轴心线1/3半径区域的气流流速最大，布设在这些区域的丝网除沫器处于超速运行状态，也没能正常运行。这对丝网除沫器的有效分离运行大打折扣。
      

      再者，容器内气流由下而上，而被丝网除沫器分离下来的液滴则由上而下，液滴下落方向与气流上升方向呈180°逆流接触，如暴雨般下落的液滴液沫落入上升的气流中形成反复携带而降低其原本不高的分离效率。
      因此，曾有一些人采用如下图所示简单结构的、大家所熟悉的“降液管+液封筒”，试图把分离下来的液体与上升气流无返混、无接触排送。尽管这对于丝网结构的除沫器效率提升有限，但一定需要密切关注运行压降造成的影响。当实际工况发生明显波动变化而导致除沫器运行压降飙升到有限高度的“降液管+液封筒”产生的液柱静压强无法抗衡于飙升的除沫器运行压降时，就会发生“虹吸现象”瞬间把液封筒内的液体反抽进降液管重新分散到处理过的气流中，导致分离失败。

      针对本案例中双氧水脱硫塔顶丝网除沫器分离效率低和操作弹性窄的问题，业主经过调研和实地考察了解后决定采用羽叶分离器，对原来的丝网除沫器进行技术升级改造。
      我们决定参考其他类似成功案例，对原有丝网除沫器壳体利旧使用以降低技术改造成本，在脱硫塔与除沫器连接的变径段（3400mm/1600mm）布设专用羽叶分离器及配套抗虹吸降液系统，并将补液与在线清理系统与羽叶分离器整合在一起使用。具体布设情况如下图：

     此外，与羽叶分离器专门配套使用的“抗虹吸”降液系统，与传统的“降液管+液封筒”完全不一样，前者既可以抵抗实际复杂多变工况下运行压降飙升而不发生“虹吸现象”而破坏分离效果，即便运行压降高达几个大气压也不会造成“虹吸效应”而导致分离失效。并且，同样把分离下来的液相与气流无接触、无返混高效输送排放却不让气流通过降液管短路逃逸。
      下图便是我们采用多套羽叶分离器对原有传统分离器装置进行技术升级改造使用的“抗虹吸”降液系统内件图片：

      关于羽叶分离器、抗虹吸降液系统、旋喷清理系统内件组更多技术性能信息，我们已在不同技术贴中作过详细介绍，这里就不做赘述。感兴趣的朋友可以深入参与交流。