吸氨器在氨法尾氣脫硫中的應(yīng)用

李雪瓊

（楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司，云南楚雄 675000）

某企業(yè)主要產(chǎn)品為粗銅，副產(chǎn)品為工業(yè)硫酸。粗銅冶煉工藝采用艾薩爐熔煉+ 電爐+ 轉(zhuǎn)爐吹煉，產(chǎn)能為100 kt/a，450 kt/a 制酸裝置是配套100 kt/a 粗銅生產(chǎn)的環(huán)保裝置，負(fù)責(zé)處理艾薩爐、轉(zhuǎn)爐及電爐工藝混合煙氣。該制酸裝置采用 “3+1” ⅢⅠ- ⅣⅡ二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝流程，配有1 套氨法尾氣脫硫裝置。

氨水是尾氣脫硫裝置的重要介質(zhì)。該企業(yè)設(shè)計(jì)初期采用了傳統(tǒng)的液氨儲(chǔ)罐與氨水儲(chǔ)槽配制氨水的方法，在公司范圍需要儲(chǔ)存液氨，從儲(chǔ)存、操作管理上都存在較大安全隱患。為解決該難題，技術(shù)人員研究考察后，采用吸氨器制備氨水的新工藝。使用該工藝可不必儲(chǔ)存液氨，在廠區(qū)內(nèi)消除了重大危險(xiǎn)源。

1 尾氣脫硫工藝流程

制酸裝置尾氣采取氨法脫硫工藝，其過程主要分為三個(gè)步驟：脫硫與再生、分解、中和。二吸塔出來的煙氣在尾氣脫硫塔與含(NH4)2SO3、NH4HSO3的母液逆流接觸，煙氣中SO2被脫除，實(shí)現(xiàn)氣體達(dá)標(biāo)排放。吸收了SO2的母液中(NH4)2SO3轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4HSO3，在循環(huán)槽內(nèi)通入氨水，使NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)?NH4)2SO3，母液實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)使用[1]。達(dá)到工藝要求的部分母液用濃硫酸分解，放出高濃度SO2氣體，返回制酸裝置回收利用；分解液經(jīng)氨水中和后得到合格的硫銨液體，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、離心脫水、沸騰干燥后制得固體硫酸銨。尾氣脫硫工藝流程見圖1。

圖1 尾氣脫硫工藝流程

2 吸氨器介紹

經(jīng)技術(shù)改造后，技術(shù)人員采用吸氨器制備氨水，卸載液氨及氨水配制過程操作方便、安全可靠；同時(shí)廠區(qū)內(nèi)不再儲(chǔ)存液氨，消除了重大危險(xiǎn)源。

吸氨器工作原理和板式換熱器基本相似[2]，由換熱單元、氣化單元、吸收單元組成。在卸液氨過程中液氨先進(jìn)入氣化單元與低溫氨水換熱氣化后，再進(jìn)入二次氣化單元與高溫氨水換熱，進(jìn)一步氣化后進(jìn)入吸收單元；氣氨進(jìn)入吸收單元在冷凝液或軟水的噴淋下吸收配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜10% 的氨水。氨水再經(jīng)二次氣化單元、循環(huán)水換熱單元移出熱量后進(jìn)入氨水罐儲(chǔ)存待用。吸氨器原理示意見圖2。

圖2 吸氨器原理示意

3 原液氨站與改造后氨水站對(duì)比

原液氨站主要儲(chǔ)存液氨，根據(jù)生產(chǎn)需要再由液氨配制成氨水使用。氨水站在卸液氨的過程中完成氨水配制，只儲(chǔ)存氨水。

3.1 工藝流程對(duì)比

原液氨站卸液氨操作是將液氨罐上部氣氨抽出，使液氨罐處于微負(fù)壓狀態(tài)，氣氨經(jīng)氨壓縮機(jī)加壓后送入液氨槽車上部，對(duì)槽車加壓后利用壓差將液氨輸送至液氨罐內(nèi)。在卸液氨初期可利用液氨槽車與液氨罐壓差，將槽車內(nèi)的液氨經(jīng)液相管輸送到液氨儲(chǔ)罐，待兩邊壓力接近時(shí)，啟動(dòng)氨壓縮機(jī)對(duì)槽車加壓卸氨。操作程序較為復(fù)雜。

改造后氨水站向吸氨器內(nèi)通入循環(huán)冷卻水，通入吸收氣氨用的冷凝液或軟水；液氨槽車與吸氨器接通后利用槽車罐自身壓力將液氨通入吸氨器，液氨在吸氨器內(nèi)氣化，與冷凝液接觸反應(yīng)配制成氨水送入氨水罐，氨水配制過程較為簡單。配制過程需注意循環(huán)冷卻水入口水溫應(yīng)大于20 ℃，防止液氨進(jìn)入氣化單元低溫區(qū)結(jié)冰導(dǎo)致卸氨無法進(jìn)行。氨水站工藝流程見圖3。

圖3 氨水站工藝流程

3.2 主要設(shè)備對(duì)比

原液氨站主要設(shè)備見表1，氨水站主要設(shè)備見表2。

氨水站中2 臺(tái)氨水泵為原液氨站氨水泵，2 臺(tái)DN2 000 冷凝液槽用原液氨站氨水槽代替。

3.3 氨水站卸液氨及氨水配制的具體操作

1）給吸氨器通入循環(huán)冷卻水，確保吸氨器出口至氨水罐管線暢通；卸液氨5 min 前向吸氨器供冷凝液并循環(huán)。押運(yùn)員連接槽車與液氨裝卸臂管路，待檢查安全可靠后押運(yùn)員微開液氨槽車出口閥門；再次檢查接口無泄漏后，由崗位操作人員打開液氨裝卸臂總管球閥，觀察壓力無異常后，緩慢全開液氨管一次減壓閥（靠近液氨槽車的閥門），緩慢打開并調(diào)節(jié)液氨管二次減壓閥（靠近吸氨器的閥門），液氨壓力控制＜0.1 MPa；待管道結(jié)霜后再緩慢提升二次減壓閥后壓力至0.3 MPa。液氨調(diào)節(jié)閥的操作原則是慢開快關(guān)。

表1 原液氨站主要設(shè)備

表2 氨水站主要設(shè)備

2）液氨卸完的終點(diǎn)判斷。當(dāng)液氨槽車液位幾乎為零，槽車內(nèi)壓力＜0.3 MPa 時(shí)，且二次減壓閥后卸氨管有化霜跡象，說明液氨已卸完。此時(shí)可按順序關(guān)閉液氨管二次減壓閥、一次減壓閥、液氨裝卸臂總管球閥；通知押運(yùn)員關(guān)閉液氨槽車出口閥門，打開液氨槽車出口閥后總管上的排空閥將液氨總管內(nèi)余壓卸盡，之后由押運(yùn)員拆卸液氨裝卸臂管路，蓋好液氨裝卸臂密封蓋。

3）卸液氨結(jié)束后繼續(xù)通入冷凝液或軟水3～5 min，繼續(xù)開冷卻循環(huán)水循環(huán)5～10 min。

操作中注意事項(xiàng)有：吸氨器卸液氨能力為4 t/h，第一次卸液氨時(shí)需找準(zhǔn)卸液氨量所對(duì)應(yīng)的二次控制壓力，之后每一次卸液氨均按該壓力進(jìn)行控制。當(dāng)二次壓力一定，進(jìn)入吸氨器冷凝水量就是調(diào)節(jié)氨水濃度的重要手段，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% 氨水需冷凝水量36 m3/h。出現(xiàn)任何問題應(yīng)立即關(guān)閉液氨槽車出口閥門，再停工藝泵；待問題處理好后，再次按程序操作。卸液氨前特別注意從吸氨器氨水出口到氨水罐頂排氣吸收器出口不允許任何閥門關(guān)閉，否則會(huì)造成系統(tǒng)憋壓損壞設(shè)備；全過程應(yīng)和槽車押運(yùn)員密切聯(lián)系，注意好各點(diǎn)壓力、溫度、液位的變化。操作閥門應(yīng)緩慢進(jìn)行。

3.4 危險(xiǎn)因素對(duì)比

1）原液氨站。正常時(shí)液氨站儲(chǔ)存液氨40 t，液氨儲(chǔ)罐正常操作壓力在0.6～0.8 MPa，液氨槽車正常壓力在0.7～1.1 MPa。卸液氨過程所涉及的氣相及液相壓力管道約100 m，同時(shí)涉及氨壓縮機(jī)設(shè)備；卸液氨過程需同時(shí)兼顧液氨罐體壓力、氨壓縮機(jī)油壓、氨壓縮機(jī)吸氣壓力、氨壓縮機(jī)排氣壓力、液氨槽車進(jìn)氣壓力等，任何一個(gè)壓力操作不當(dāng)，都會(huì)造成重大事故。所涉及的壓力等級(jí)均屬中壓設(shè)備，儲(chǔ)存介質(zhì)屬于可燃、易爆、有毒、有強(qiáng)烈刺激性的化學(xué)危險(xiǎn)品；從卸液氨操作、日常液氨儲(chǔ)存及氨水配制的操作看，液氨站危險(xiǎn)等級(jí)屬重大危險(xiǎn)源。需要投入大量的安全設(shè)施，每年需進(jìn)行校檢的壓力設(shè)備較多；液氨站屬一級(jí)禁火區(qū)域，日常管理較為麻煩；若遇液氨站檢修時(shí)，需用盡所有液氨，用清水對(duì)液氨罐浸泡置換，再用大量氮?dú)庵脫Q，程序較為復(fù)雜，過程中危險(xiǎn)因素較多。

2）氨水站。只在卸液氨過程臨時(shí)接觸液氨槽車、約3 m 長卸氨臂、約2 m 卸液氨管的中壓設(shè)備。只需投入液氨泄漏遠(yuǎn)程報(bào)警裝置、卸氨總管遠(yuǎn)程快速切斷閥門、卸氨臂及卸液氨管上方設(shè)置應(yīng)急噴淋裝置等安全設(shè)施。正常生產(chǎn)時(shí)氨水站只儲(chǔ)存氨水，氨水槽的壓力為常壓。氨水站危險(xiǎn)等級(jí)為一般危險(xiǎn)源。

4 運(yùn)行情況

改造后，氨水站順利完成首次進(jìn)液氨及氨水配制，按規(guī)程要求用軟水通過吸氨器將液氨從99.9%稀釋為質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10% 的氨水，儲(chǔ)存于200 m3氨水罐，供尾氣脫硫塔及中和槽使用。氨水溫度為5～10 ℃。卸液氨過程中，吸氨器及相關(guān)附屬設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定正常，相關(guān)運(yùn)行參數(shù)見表3。

技術(shù)人員在吸氨器周圍同時(shí)安裝了3 只氨濃度超標(biāo)報(bào)警裝置。當(dāng)周圍空氣中φ（NH3）達(dá)到0.004%時(shí)，報(bào)警裝置開始報(bào)警。投入至今卸氨臂、卸氨管、吸氨器等未發(fā)生過泄漏。

5 結(jié) 語

吸氨器投入使用后，該企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)不再儲(chǔ)存液氨，只儲(chǔ)存質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10% 的氨水。與原有工藝相比，卸液氨過程操作方便、安全可靠，永久性解決了該企業(yè)原液氨站重大危險(xiǎn)源的管制，消除了有毒、易燃、易爆介質(zhì)所存在的重大安全隱患，優(yōu)化了操作，全面達(dá)到安全、環(huán)保、減排的要求。如企業(yè)能自產(chǎn)軟水，且氨水槽容量足夠大時(shí)，建議推廣應(yīng)用吸氨器進(jìn)行卸液氨及氨水配制。

表3 氨水站運(yùn)行參數(shù)