淺析煙氣脫硫裝置控制優(yōu)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(yōu)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(chǎn)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(chǎn)生亞硫酸銨溶液。煙氣在脫硫過程中產(chǎn)生的亞硫酸銨溶液，循環(huán)至一定濃度送至硫銨裝置儲罐，經(jīng)過過濾、脫酚、氧化、濃縮結晶、干燥，從而生產(chǎn)出符合標準的硫酸銨產(chǎn)品。通過工藝指標的控制及工藝流程的優(yōu)化，裝置運行可靠，脫硫效率達到95%以上，實現(xiàn)“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(yōu)化

0 前言

目前，二氧化硫造成的酸雨已經(jīng)成為一個主要的環(huán)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(yè)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(chǎn)品固體硫酸銨，硫酸銨主要用于化工、醫(yī)藥、紡織、制革和食品等行業(yè)，在農(nóng)業(yè)中亦是一種優(yōu)良的化肥。能滿足各地區(qū)、各企業(yè)對環(huán)保的要求，氨法是回收法，其運行費用可通過其副產(chǎn)物的銷售大幅度降低，且其經(jīng)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(chǎn)生的亞硫酸銨溶液經(jīng)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(jīng)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(fā)結晶器;蒸發(fā)結晶器設置有抽真空系統(tǒng)，硫酸銨溶液在其中107℃左右就達到沸點，蒸發(fā)結晶器出口含固量為50%的硫酸銨料漿，經(jīng)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(nóng)業(yè)級硫酸銨產(chǎn)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(chǎn)以來，生產(chǎn)系統(tǒng)運行不太穩(wěn)定，受某些技術因素制約，影響了產(chǎn)能的發(fā)揮。經(jīng)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(xiàn)場環(huán)境惡劣，設備腐蝕嚴重、轉機無法正常運行、蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水無法平衡、冷卻器泄漏等問題。經(jīng)過工藝改造解決了樹脂吸附后再生不穩(wěn)定和亞硫酸銨氧化率低，硫酸銨結晶率低、不出產(chǎn)品等問題，目前生產(chǎn)系統(tǒng)已基本能連續(xù)穩(wěn)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(huán)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(chǎn)出農(nóng)用硫酸銨)。

多環(huán)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(huán)類雜質去除，該工藝為國內(nèi)首創(chuàng)。

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(huán)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(jīng)處理后將酚類回收，樹脂洗脫掉雜質后獲得再生，可以循環(huán)使用。

1.2 控制氨水濃度

在實際運行中，鍋爐脫硫系統(tǒng)使用的氨水由本廠生產(chǎn)單位通過管道直接供應，現(xiàn)裝置無緩沖設施，環(huán)保要求鍋爐脫硫系統(tǒng)必須連續(xù)穩(wěn)定運行，一旦氨水供應不足或氨水濃度過低(如遇生產(chǎn)單位停車檢修或臨時停車，容易造成脫硫系統(tǒng)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(chǎn)物硫酸銨含量就少，進而蒸發(fā)濃縮過程產(chǎn)生的廢水就多，相應的硫酸銨產(chǎn)量降低。

2 優(yōu)化工藝流程，控制亞硫酸銨溶液濃度

鍋爐除塵后的煙氣經(jīng)脫硫塔，氨水作為吸附劑將煙氣中的二氧化硫吸附，產(chǎn)生的亞硫酸銨溶液在脫硫塔內(nèi)循環(huán)，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(tǒng)，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(chǎn)生大量的廢水，處理困難，制約生產(chǎn)系統(tǒng)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(jīng)過旁路進入后續(xù)系統(tǒng)，過濾系統(tǒng)、脫酚系統(tǒng)使用意義不大，原液可以直接進入后續(xù)儲罐參與過液、氧化反應。

經(jīng)過對現(xiàn)場調查，將過濾系統(tǒng)、脫酚系統(tǒng)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(lián)，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(xù)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(tǒng)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(fā)器冷凝液的處理

一效蒸發(fā)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(fā)器換熱設備傳給硫酸銨溶液而使溶劑汽化，低壓蒸汽產(chǎn)生的冷凝液為一效蒸發(fā)器冷凝液。一效蒸發(fā)器中蒸出的二次蒸汽作為二效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，二效蒸發(fā)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(tǒng)或氣化900#系統(tǒng)，系統(tǒng)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(jīng)過配管取樣分析，現(xiàn)場調查，對一效冷凝液流向進行改造。將來自蒸發(fā)器進入冷卻水罐的冷凝液分成兩個部分，二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷凝液直接冷卻水罐，一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷凝液進入P線，降低因此產(chǎn)生的廢水量，減輕廢水處理壓力。

3.2 二效蒸發(fā)器冷凝液的處理

二效蒸發(fā)器產(chǎn)利用二次蒸汽作為加熱源，其產(chǎn)生的冷凝液經(jīng)過分析，含有未蒸發(fā)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(tǒng)。經(jīng)過現(xiàn)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(huán)、蒸發(fā)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(yè)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(tǒng)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(nèi)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(nèi)，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(fā)結晶工序創(chuàng)造條件。

經(jīng)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(nèi)，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(tǒng)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(huán)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(huán)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(nèi)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(jīng)常堵塞液樹脂吸附柱，致使樹脂吸附柱也無法使用。原液經(jīng)過旁路(未經(jīng)脫酚系統(tǒng))進入氧化工序，其中的灰塵雜質隨之進入蒸發(fā)器、結晶器?；覊m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(jīng)常沖洗結晶器及其附屬管道，拆卸疏通清理，給系統(tǒng)的連續(xù)運行帶來障礙;原液中的灰塵等雜質在脫硫系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)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(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行，煙氣脫硫效果差，無法保證煙氣達標排放及環(huán)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(chǎn)品結晶也會產(chǎn)生影響，雜質鐵和銨因為生成膠態(tài)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(chǎn)的過程中發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(nèi)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(tǒng)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(tǒng)的優(yōu)化改造，使裝置煥發(fā)了新的活力，產(chǎn)品產(chǎn)量得到明顯提高，產(chǎn)品質量有了較大改觀，一定程度上緩解了環(huán)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(chǎn)經(jīng)營管理工作，電話:13603815392。