淺析煙氣脫硫裝置控制優化

狄朝陽

(河南能源化工集團煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬 472300)

淺析煙氣脫硫裝置控制優化

狄朝陽

(河南能源化工集團煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬 472300)

硫銨裝置是將氣化工號產生的廢氨水通過管道供應給鍋爐脫硫塔，鍋爐煙氣中的二氧化硫被氨水吸收，產生亞硫酸銨溶液。煙氣在脫硫過程中產生的亞硫酸銨溶液，循環至一定濃度送至硫銨裝置儲罐，經過過濾、脫酚、氧化、濃縮結晶、干燥，從而生產出符合標準的硫酸銨產品。通過工藝指標的控制及工藝流程的優化，裝置運行可靠，脫硫效率達到95%以上，實現“以廢治廢”“以廢制肥”目的。

鍋爐煙氣;氨法脫硫;指標控制;流程優化

0 前言

目前，二氧化硫造成的酸雨已經成為一個主要的環保問題，煙氣脫硫是控制二氧化硫污染的有效措施。二氧化硫和酸雨的主要來源是燃煤電站鍋爐和工業鍋爐，中國是以燃煤為主要能源的國家，煤在一次能源中占75%，從而燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫總排放量的85%。鍋爐煙氣的主要特點是煙氣量特別大，溫度高，二氧化硫濃度低，煙氣成分相對較復雜，鍋爐煙氣脫硫的技術難度較大。氨法脫硫技術是用氨水吸收二氧化硫得到亞硫酸銨溶液，進一步氧化得到硫酸銨溶液，最后結晶得到最終產品固體硫酸銨，硫酸銨主要用于化工、醫藥、紡織、制革和食品等行業，在農業中亦是一種優良的化肥。能滿足各地區、各企業對環保的要求，氨法是回收法，其運行費用可通過其副產物的銷售大幅度降低，且其經濟效益隨煙氣中二氧化硫含量的增加而更佳。

硫銨裝置是將鍋爐煙氣脫硫產生的亞硫酸銨溶液經過壓濾機過濾除去灰塵雜質后濃度為13%～15%的亞硫銨溶液送入硫銨工號，經過再除塵雜質過濾、pH值調整、脫酚、氧化后打入母液罐，再進入蒸發結晶器;蒸發結晶器設置有抽真空系統，硫酸銨溶液在其中107℃左右就達到沸點，蒸發結晶器出口含固量為50%的硫酸銨料漿，經離心機進一步分離，干燥機造粒，就得到含水率低于2%的符合GB535-1995標準農業級硫酸銨產品。

河南能源化工集團煤氣化公司義馬氣化廠的硫銨裝置自2010年投產以來，生產系統運行不太穩定，受某些技術因素制約，影響了產能的發揮。經過對裝置進行技術攻關改造，處理設備缺陷、設計缺陷30余項。針對硫銨裝置存在的亞硫酸銨氧化為硫酸銨的時間較長，亞硫酸銨中灰塵及其他雜質含量高、冷卻水罐泄漏導致現場環境惡劣，設備腐蝕嚴重、轉機無法正常運行、蒸發系統產生的廢水無法平衡、冷卻器泄漏等問題。經過工藝改造解決了樹脂吸附后再生不穩定和亞硫酸銨氧化率低，硫酸銨結晶率低、不出產品等問題，目前生產系統已基本能連續穩定運行。

1 工藝指標控制

1.1 降低酚含量

本裝置要處理的脫硫液(亞硫酸銨溶液)中，含有酚、蒽、醌等多環類有機雜質，如果不分離出來，將使后道工序無法進行(后道工序:將亞硫酸銨氧化為硫酸銨，進而生產出農用硫酸銨)。

多環類有機雜質的分離難度較大，我廠使用的是一種含吡啶基團的酸性陽離子交換樹脂，可以較好的把亞硫酸氨溶液中的酚等多環類雜質去除，該工藝為國內首創。

離子交換是一種特殊的吸附過程，即溶液和離子交換劑間交換離子的過程，被吸附的離子從溶液中分離出來而進入離子交換劑(樹脂)，被交換的離子則從離子交換劑上脫附而進入溶液。例如:軟化水就是Ca2+、Mg2+離子被吸附，Na+、K+離子脫吸的交換過程，而去離子水的制備則是水中離子被吸附。本裝置是用XDA-31樹脂吸附亞硫酸銨溶液中的酚等多環類有機雜質，當吸附飽和后，用熱水及堿液把這類雜質洗脫，洗脫液經處理后將酚類回收，樹脂洗脫掉雜質后獲得再生，可以循環使用。

1.2 控制氨水濃度

在實際運行中，鍋爐脫硫系統使用的氨水由本廠生產單位通過管道直接供應，現裝置無緩沖設施，環保要求鍋爐脫硫系統必須連續穩定運行，一旦氨水供應不足或氨水濃度過低(如遇生產單位停車檢修或臨時停車，容易造成脫硫系統氨水供應中斷)，一方面會造成煙氣排放超標，另一方面亞硫酸銨溶液質量會受到影響，氨水濃度低，一旦進入硫銨裝置，氧化產物硫酸銨含量就少，進而蒸發濃縮過程產生的廢水就多，相應的硫酸銨產量降低。

2 優化工藝流程，控制亞硫酸銨溶液濃度

鍋爐除塵后的煙氣經脫硫塔，氨水作為吸附劑將煙氣中的二氧化硫吸附，產生的亞硫酸銨溶液在脫硫塔內循環，在吸附的同時，煙氣中的灰塵也被捕捉下來，收集在亞硫酸銨液中。由于沒有有效除塵手段，亞硫酸銨液進入硫銨系統，因其含灰量大，導致硫銨裝置的機械過濾器、樹脂吸附柱頻繁堵塞，在疏通清洗機械過濾器、樹脂吸附柱的過程中又會產生大量的廢水，處理困難，制約生產系統的正常運行。隨著氨水品質的改善，機械過濾器、樹脂吸附柱解列運行經過旁路進入后續系統，過濾系統、脫酚系統使用意義不大，原液可以直接進入后續儲罐參與過液、氧化反應。

經過對現場調查，將過濾系統、脫酚系統短路。將一期、二期亞硫酸銨液的返液管線連通，加裝兩個截止閥，配管至中和液罐，與亞硫酸銨液儲罐并聯，一期或二期的亞硫酸銨液能直接進入中和液儲罐中，參與后續的過液、氧化反應過程，減少過液時間。改變前的流程亞硫酸銨液儲罐→濾后母液罐→pH值調整罐→中和液罐→樹脂吸附柱的過液時間。改變后的流程為:一期或二期脫硫系統的亞硫酸銨液直接進入硫銨裝置的中和液罐→脫酚液罐，縮短了工藝流程，減少了泵的啟停、運行的能源消耗，降低了設備的維護費用。

3 廢水的處理

3.1 一效蒸發器冷凝液的處理

一效蒸發器屬于間壁換熱器，殼程為低壓蒸汽，管程為亞硫酸銨溶液，熱量通過蒸發器換熱設備傳給硫酸銨溶液而使溶劑汽化，低壓蒸汽產生的冷凝液為一效蒸發器冷凝液。一效蒸發器中蒸出的二次蒸汽作為二效蒸發器的加熱蒸汽，二效蒸發器蒸出的二次蒸汽進入冷凝器被冷卻后排出，與一效冷凝液合并作為廢水排入冷卻水中轉罐，再進入脫硫系統或氣化900#系統，系統消耗壓力較大。一效冷凝液屬于低壓蒸汽冷凝，該部分水量可回收。

經過配管取樣分析，現場調查，對一效冷凝液流向進行改造。將來自蒸發器進入冷卻水罐的冷凝液分成兩個部分，二效蒸發器產生的冷凝液直接冷卻水罐，一效蒸發器產生的冷凝液進入P線，降低因此產生的廢水量，減輕廢水處理壓力。

3.2 二效蒸發器冷凝液的處理

二效蒸發器產利用二次蒸汽作為加熱源，其產生的冷凝液經過分析，含有未蒸發完全的硫酸銨成分，其中COD含量高，NH3-N含量高，不能直接進入廠污水處理系統。經過現場勘查改造，將硫銨裝置的廢水通過輸送泵返入一期、二期鍋爐脫硫塔進行循環、蒸發消耗。以鍋爐脫硫塔消耗為主，氣化工號消耗為輔助手段。為了保證氨水的正常消耗，使煙氣中的二氧化硫含量符合國家行業標準，煙氣能達標排放，鍋爐脫硫塔要控制一定的液位，廢水平衡不了的情況下，進入氣化工號參與酚回收系統的消耗。

4 提高氧化率

4.1 加裝曝氣裝置

硫銨裝置中，亞硫酸銨氧化為硫酸銨采用強制氧化方式，使用氧化泵及噴射器將空氣強行注入氧化罐，將亞硫酸銨轉化為硫酸銨。但由于該反應速率較低，因而氧的利用率低，氧化時間較長。

亞硫酸銨的氧化為鏈式反應過程，空氣流量對反應的影響最顯著，空氣量過小，氣—液接觸面小，傳質效果差，氧化率低，氧利用率低，當亞硫酸銨濃度較大時，要完全氧化亞硫酸銨花費的時間較長，通過增加空氣流量來加快反應的速度。

在氧化罐、母液罐、脫酚罐內加裝曝氣管線，從干燥機的除塵器裝置空氣管線上引出。利用省煤器改造后廢棄的省煤器管線，做成“⊥”型，“⊥”型管線上兩側割出大小均勻的小孔，直徑約6 mm，“⊥”型管通過活動短接連接在一起，放置于罐內，通過增加空氣量以增加空氣與亞硫銨液的接觸面積，提高氧化率，縮短亞硫酸銨氧化為硫酸銨的反應時間，為下一個蒸發結晶工序創造條件。

經過改造，亞硫酸銨氧化為硫酸銨的反應速率提高，因而氧的利用率增加，氧化時間減少。相同時間內，亞硫酸銨溶液氧化為硫酸銨溶液濃度提高5%以上。

4.2 氧化系統加裝伴熱

亞硫酸銨氧化為硫酸銨反應速率隨溫度的升高而增長，試驗證明氧化溫度在50℃左右時亞硫酸銨氧化為硫酸銨的反應率較高。夏季環境溫度高，氧化溫度自然也高，最高時能達到60℃，氧化率能達到90%以上。為了降低環境溫度對溶液反應速率的影響，在氧化泵的出口管線及噴射器的管道加裝蒸汽伴熱，中和液罐內部加裝蒸汽盤管。

4.3 除灰除雜

在實際運行中，由于亞硫銨溶液中塵含量高，硫銨機械過濾器無法正常使用，原液經常堵塞液樹脂吸附柱，致使樹脂吸附柱也無法使用。原液經過旁路(未經脫酚系統)進入氧化工序，其中的灰塵雜質隨之進入蒸發器、結晶器。灰塵的流動性差，易沉積在有流動阻力的地方，堵塞管道，且需要經常沖洗結晶器及其附屬管道，拆卸疏通清理，給系統的連續運行帶來障礙;原液中的灰塵等雜質在脫硫系統內循環聚集，直接影響硫銨裝置正常運行，同時制約了鍋爐脫硫系統的長周期穩定運行，煙氣脫硫效果差，無法保證煙氣達標排放及環保設施運轉率，亞硫酸銨溶液中的雜質必須得到有效分離去除。

雜質對硫酸銨晶形的影響:Fe3+會減小結晶的速度，在溶液中的濃度到0.1%時會促使硫酸銨晶體變長，而在較高的濃度時生成針狀晶體;Pb2+會促使大粒硫酸銨晶體析出，并生成連生體;Mn2+會促進晶核生成，有它們存在的時候硫酸銨結晶為粗大的片狀晶體;Zn離子也能促使生成比較完善的硫酸銨晶體，顆粒較圓，尺寸增大。另外，制取的硫酸中不可避免的也含有一部分的雜質，它們對產品結晶也會產生影響，雜質鐵和銨因為生成膠態氫氧化物，從而附著于硫酸銨晶體表面上，它們在結晶器里促使結晶的過程變得復雜。在生產的過程中發現生成的硫酸銨顏色有很大的波動，主要有灰色、黃色、淺黃、白色、黑色等，影響顏色變化的，從源頭上來說是由于原料(氨水)的非周期性波動。煙氣在制酸的過程中原料的變化對產品硫酸銨的顏色影響比較大。

通過離心機或壓濾機，濾除亞硫酸銨液內的灰塵等雜質，被濾除下來的灰塵雜質運至煤場晾曬后配入混煤進入鍋爐爐膛燃燒，潔凈的亞硫酸銨液進入硫銨裝置參與反應，提高系統的可靠性。

5 結論

影響亞硫銨氧化、結晶主要因素是多方面的，主要目的是原液除雜并進一步提高原液純度。通過對系統的優化改造，使裝置煥發了新的活力，產品產量得到明顯提高，產品質量有了較大改觀，一定程度上緩解了環保壓力。

TQ050.2

B

1003-3467(2014)03-0047-03

2013-12-21

狄朝陽(1978-)，男，工程師，從事安全生產經營管理工作，電話:13603815392。