硫酸尾气冒烟原因浅析

2023-02-11

硫酸装置尾气冒烟是硫酸厂对运行中排放的肉眼可见烟雾的俗称, 其实质是排放气中含有硫酸酸雾或未反应的二氧化硫气体。根据笔者经验, 造成硫酸装置尾气冒烟原因有: (1) 喷淋酸量不足; (2) 吸收温度的影响; (3) 酸浓不正常; (4) 净化出口气温过高; (5) 转化气量或负荷过大; (6) 塔内分酸不均匀; (7) 电除雾效率低; (8) 除沫器变形或损坏; (9) 省煤器内漏; (10) 转化段间漏气或换热器内漏。

上述硫酸尾气冒烟原因, 可分为工艺原因和设备原因。 (1) - (5) 可认为是工艺原因, 后五项则属于设备原因。下面就硫酸尾气冒烟工艺及设备原因分别谈谈笔者的简单认识。

一、工艺原因

1. 喷淋酸量不足

衡量吸收喷淋酸量大小的有吨酸喷淋量 (m3/t) 和喷淋密度两个概念。吨酸喷淋量概念的特点是引入了系统产量这一因素。喷淋密度概念主要是以吸收塔单位截面积为基准, 所以又与塔的操作气速有关。

为了较完全的吸收三氧化硫, 必须有足够数量的循环酸做吸收剂。数量过多或过少都是不适宜的。若酸量不足, 在吸收过程中, 酸的浓度、温度增长的幅度就会很大, 当超过规定指标后, 使吸收率下降。吸收设备采用填料塔时, 由于循环酸量不足, 填料表面不能充分润湿, 传质状况会显著恶化;当采用泡沫塔吸收时, 循环酸量不足会引起筛板布酸不均及泡沫层高度变低, 使传质状况变坏。循环酸量过多同样对提高吸收率无益, 而且还会增加流体阻力, 增大动力消耗, 还会造成带酸液泛现象。

2. 吸收温度的影响

影响吸收温度的主要因素是酸温和气温

(1) 酸温

从表一可以看出, 任何浓度的硫酸, 随着酸温的升高, 液面上的三氧化硫、水蒸气、硫酸蒸汽的平衡分压都相应增加。对吸收过程来说, 在进塔气体条件不变的情况下, 随着酸温的不断升高, 推动力越来越小, 吸收率越来越低, 与酸浓度升高一样, 酸温无限制地升高也会出现液面上三氧化硫的平衡分压和进塔气体中三氧化硫分压成为相当的状态, 这时三氧化硫的吸收过程停止, 吸收率等于零。

当浓硫酸的温度升高时, 水自其中蒸发的速度将大到足以使水蒸汽和气相中全部三氧化硫相结合, 以致吸收SO3的过程根本不能进行。

因此, 三氧化硫的吸收是否完全, 在很大程度上决定于吸收过程的温度, 又主要取决于硫酸的温度。温度越低, 则吸收过程进行得越完全, 吸收率越高。

但是, 酸温控制也不是越低越好, 主要原因有两点:

第一在生产条件下, 进塔气体不是绝干的, 一般都含有一定量的水份 (规定<0.1g/Nm3) , 尽管进塔气温较高, 如果酸温很低, 在传热传质过程中, 不可避免地发生局部温度低于露点。那么, 气体中的三氧化硫就有相当数量变成酸雾随气流带走, 从而降低了吸收率。

第二, 为保持低的酸温, 需要庞大的冷却设备和大量的冷却水, 这样会造成硫酸成本不必要的升高。此外, 过低的酸温还会造成输送困难, 甚至冻结。

(2) 气温

影响吸收温度的另一个因素是进塔气温。从气体吸收情况看, 进塔气温控制低一些对吸收率有利。但对三氧化硫来讲, 它是有限度的, 进塔气温不能太低, 原因有两点: (1) 需增大气体冷却设备和动力消耗, 若转化部分用省煤器或低压余热锅炉, 温度过低会加快腐蚀及增大换热面积。 (2) 低于露点温度时, 会产生酸雾, 引起吸收率下降并造成烟害和腐蚀设备。

既然气体进塔温度不能太低, 那提高气体进塔温度行不行?过高的提高温度肯定是不行的。实践证明, 适当的提高进塔气体温度, 非但不会降低吸收率, 反而对吸收有利。

二、设备原因

1. 塔内分酸不均匀

由于吸收塔内分酸管或分酸槽等设备堵塞或设备腐蚀造成塔内分酸不均, 部分转化气体未得到完全吸收, 从而使得尾气SO3含量超标。此种情况引起的烟囱冒烟, 多半是尾气中SO3含量或SO3形成的酸雾含量超标所致。

2. 电除雾效率低

电除雾效率低, 进入干燥塔炉气所带酸雾含量将大幅增加, 加上在干燥塔新产生的酸雾, 使得干燥塔酸雾量增大, 当酸雾含量过大, 除沫器不能完全收集时, 则会引起后续设备酸雾量相继增大, 最终导致尾气酸雾含量超标造成冒烟事故。

3. 除沫器变形或损坏

除沫器故障, 特别是最终吸收塔除沫器变形或损坏, 将会间接或直接导致最终尾气排放中酸雾超标。

4. 省煤器内漏、转化器段间内漏或换热器内漏

省煤器内漏、转化段间或换热器内漏, 均会造成硫酸尾气冒烟, 所不同的是, 省煤器内漏所造成的烟囱冒烟是由于其造成转化气大量带水, 在最终吸收塔内产生大量酸雾而引起烟囱冒烟;而转化段间或换热器内漏引起的冒烟, 则是因为由于设备内漏, 使得大量SO2未经过触媒层, 大大降低了总转化率, 使得硫酸尾气中SO2含量严重超标而导致烟囱冒烟。