浅析烟气脱硫装置控制优化

2014-04-03狄朝阳

河南化工 2014年3期

关键词：硫铵硫酸铵氨水

狄朝阳

(河南能源化工集团煤气化公司义马气化厂，河南义马 472300)

浅析烟气脱硫装置控制优化

狄朝阳

(河南能源化工集团煤气化公司义马气化厂，河南义马 472300)

硫铵装置是将气化工号产生的废氨水通过管道供应给锅炉脱硫塔，锅炉烟气中的二氧化硫被氨水吸收，产生亚硫酸铵溶液。烟气在脱硫过程中产生的亚硫酸铵溶液，循环至一定浓度送至硫铵装置储罐，经过过滤、脱酚、氧化、浓缩结晶、干燥，从而生产出符合标准的硫酸铵产品。通过工艺指标的控制及工艺流程的优化，装置运行可靠，脱硫效率达到95%以上，实现“以废治废”“以废制肥”目的。

锅炉烟气;氨法脱硫;指标控制;流程优化

0 前言

目前，二氧化硫造成的酸雨已经成为一个主要的环保问题，烟气脱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来源是燃煤电站锅炉和工业锅炉，中国是以燃煤为主要能源的国家，煤在一次能源中占75%，从而燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫总排放量的85%。锅炉烟气的主要特点是烟气量特别大，温度高，二氧化硫浓度低，烟气成分相对较复杂，锅炉烟气脱硫的技术难度较大。氨法脱硫技术是用氨水吸收二氧化硫得到亚硫酸铵溶液，进一步氧化得到硫酸铵溶液，最后结晶得到最终产品固体硫酸铵，硫酸铵主要用于化工、医药、纺织、制革和食品等行业，在农业中亦是一种优良的化肥。能满足各地区、各企业对环保的要求，氨法是回收法，其运行费用可通过其副产物的销售大幅度降低，且其经济效益随烟气中二氧化硫含量的增加而更佳。

硫铵装置是将锅炉烟气脱硫产生的亚硫酸铵溶液经过压滤机过滤除去灰尘杂质后浓度为13%～15%的亚硫铵溶液送入硫铵工号，经过再除尘杂质过滤、pH值调整、脱酚、氧化后打入母液罐，再进入蒸发结晶器;蒸发结晶器设置有抽真空系统，硫酸铵溶液在其中107℃左右就达到沸点，蒸发结晶器出口含固量为50%的硫酸铵料浆，经离心机进一步分离，干燥机造粒，就得到含水率低于2%的符合GB535-1995标准农业级硫酸铵产品。

河南能源化工集团煤气化公司义马气化厂的硫铵装置自2010年投产以来，生产系统运行不太稳定，受某些技术因素制约，影响了产能的发挥。经过对装置进行技术攻关改造，处理设备缺陷、设计缺陷30余项。针对硫铵装置存在的亚硫酸铵氧化为硫酸铵的时间较长，亚硫酸铵中灰尘及其他杂质含量高、冷却水罐泄漏导致现场环境恶劣，设备腐蚀严重、转机无法正常运行、蒸发系统产生的废水无法平衡、冷却器泄漏等问题。经过工艺改造解决了树脂吸附后再生不稳定和亚硫酸铵氧化率低，硫酸铵结晶率低、不出产品等问题，目前生产系统已基本能连续稳定运行。

1 工艺指标控制

1.1 降低酚含量

本装置要处理的脱硫液(亚硫酸铵溶液)中，含有酚、蒽、醌等多环类有机杂质，如果不分离出来，将使后道工序无法进行(后道工序:将亚硫酸铵氧化为硫酸铵，进而生产出农用硫酸铵)。

多环类有机杂质的分离难度较大，我厂使用的是一种含吡啶基团的酸性阳离子交换树脂，可以较好的把亚硫酸氨溶液中的酚等多环类杂质去除，该工艺为国内首创。

离子交换是一种特殊的吸附过程，即溶液和离子交换剂间交换离子的过程，被吸附的离子从溶液中分离出来而进入离子交换剂(树脂)，被交换的离子则从离子交换剂上脱附而进入溶液。例如:软化水就是Ca2+、Mg2+离子被吸附，Na+、K+离子脱吸的交换过程，而去离子水的制备则是水中离子被吸附。本装置是用XDA-31树脂吸附亚硫酸铵溶液中的酚等多环类有机杂质，当吸附饱和后，用热水及碱液把这类杂质洗脱，洗脱液经处理后将酚类回收，树脂洗脱掉杂质后获得再生，可以循环使用。

1.2 控制氨水浓度

在实际运行中，锅炉脱硫系统使用的氨水由本厂生产单位通过管道直接供应，现装置无缓冲设施，环保要求锅炉脱硫系统必须连续稳定运行，一旦氨水供应不足或氨水浓度过低(如遇生产单位停车检修或临时停车，容易造成脱硫系统氨水供应中断)，一方面会造成烟气排放超标，另一方面亚硫酸铵溶液质量会受到影响，氨水浓度低，一旦进入硫铵装置，氧化产物硫酸铵含量就少，进而蒸发浓缩过程产生的废水就多，相应的硫酸铵产量降低。

2 优化工艺流程，控制亚硫酸铵溶液浓度

锅炉除尘后的烟气经脱硫塔，氨水作为吸附剂将烟气中的二氧化硫吸附，产生的亚硫酸铵溶液在脱硫塔内循环，在吸附的同时，烟气中的灰尘也被捕捉下来，收集在亚硫酸铵液中。由于没有有效除尘手段，亚硫酸铵液进入硫铵系统，因其含灰量大，导致硫铵装置的机械过滤器、树脂吸附柱频繁堵塞，在疏通清洗机械过滤器、树脂吸附柱的过程中又会产生大量的废水，处理困难，制约生产系统的正常运行。随着氨水品质的改善，机械过滤器、树脂吸附柱解列运行经过旁路进入后续系统，过滤系统、脱酚系统使用意义不大，原液可以直接进入后续储罐参与过液、氧化反应。

经过对现场调查，将过滤系统、脱酚系统短路。将一期、二期亚硫酸铵液的返液管线连通，加装两个截止阀，配管至中和液罐，与亚硫酸铵液储罐并联，一期或二期的亚硫酸铵液能直接进入中和液储罐中，参与后续的过液、氧化反应过程，减少过液时间。改变前的流程亚硫酸铵液储罐→滤后母液罐→pH值调整罐→中和液罐→树脂吸附柱的过液时间。改变后的流程为:一期或二期脱硫系统的亚硫酸铵液直接进入硫铵装置的中和液罐→脱酚液罐，缩短了工艺流程，减少了泵的启停、运行的能源消耗，降低了设备的维护费用。

3 废水的处理

3.1 一效蒸发器冷凝液的处理

一效蒸发器属于间壁换热器，壳程为低压蒸汽，管程为亚硫酸铵溶液，热量通过蒸发器换热设备传给硫酸铵溶液而使溶剂汽化，低压蒸汽产生的冷凝液为一效蒸发器冷凝液。一效蒸发器中蒸出的二次蒸汽作为二效蒸发器的加热蒸汽，二效蒸发器蒸出的二次蒸汽进入冷凝器被冷却后排出，与一效冷凝液合并作为废水排入冷却水中转罐，再进入脱硫系统或气化900#系统，系统消耗压力较大。一效冷凝液属于低压蒸汽冷凝，该部分水量可回收。

经过配管取样分析，现场调查，对一效冷凝液流向进行改造。将来自蒸发器进入冷却水罐的冷凝液分成两个部分，二效蒸发器产生的冷凝液直接冷却水罐，一效蒸发器产生的冷凝液进入P线，降低因此产生的废水量，减轻废水处理压力。

3.2 二效蒸发器冷凝液的处理

二效蒸发器产利用二次蒸汽作为加热源，其产生的冷凝液经过分析，含有未蒸发完全的硫酸铵成分，其中COD含量高，NH3-N含量高，不能直接进入厂污水处理系统。经过现场勘查改造，将硫铵装置的废水通过输送泵返入一期、二期锅炉脱硫塔进行循环、蒸发消耗。以锅炉脱硫塔消耗为主，气化工号消耗为辅助手段。为了保证氨水的正常消耗，使烟气中的二氧化硫含量符合国家行业标准，烟气能达标排放，锅炉脱硫塔要控制一定的液位，废水平衡不了的情况下，进入气化工号参与酚回收系统的消耗。

4 提高氧化率

4.1 加装曝气装置

硫铵装置中，亚硫酸铵氧化为硫酸铵采用强制氧化方式，使用氧化泵及喷射器将空气强行注入氧化罐，将亚硫酸铵转化为硫酸铵。但由于该反应速率较低，因而氧的利用率低，氧化时间较长。

亚硫酸铵的氧化为链式反应过程，空气流量对反应的影响最显著，空气量过小，气—液接触面小，传质效果差，氧化率低，氧利用率低，当亚硫酸铵浓度较大时，要完全氧化亚硫酸铵花费的时间较长，通过增加空气流量来加快反应的速度。

在氧化罐、母液罐、脱酚罐内加装曝气管线，从干燥机的除尘器装置空气管线上引出。利用省煤器改造后废弃的省煤器管线，做成“⊥”型，“⊥”型管线上两侧割出大小均匀的小孔，直径约6 mm，“⊥”型管通过活动短接连接在一起，放置于罐内，通过增加空气量以增加空气与亚硫铵液的接触面积，提高氧化率，缩短亚硫酸铵氧化为硫酸铵的反应时间，为下一个蒸发结晶工序创造条件。

经过改造，亚硫酸铵氧化为硫酸铵的反应速率提高，因而氧的利用率增加，氧化时间减少。相同时间内，亚硫酸铵溶液氧化为硫酸铵溶液浓度提高5%以上。

4.2 氧化系统加装伴热

亚硫酸铵氧化为硫酸铵反应速率随温度的升高而增长，试验证明氧化温度在50℃左右时亚硫酸铵氧化为硫酸铵的反应率较高。夏季环境温度高，氧化温度自然也高，最高时能达到60℃，氧化率能达到90%以上。为了降低环境温度对溶液反应速率的影响，在氧化泵的出口管线及喷射器的管道加装蒸汽伴热，中和液罐内部加装蒸汽盘管。

4.3 除灰除杂

在实际运行中，由于亚硫铵溶液中尘含量高，硫铵机械过滤器无法正常使用，原液经常堵塞液树脂吸附柱，致使树脂吸附柱也无法使用。原液经过旁路(未经脱酚系统)进入氧化工序，其中的灰尘杂质随之进入蒸发器、结晶器。灰尘的流动性差，易沉积在有流动阻力的地方，堵塞管道，且需要经常冲洗结晶器及其附属管道，拆卸疏通清理，给系统的连续运行带来障碍;原液中的灰尘等杂质在脱硫系统内循环聚集，直接影响硫铵装置正常运行，同时制约了锅炉脱硫系统的长周期稳定运行，烟气脱硫效果差，无法保证烟气达标排放及环保设施运转率，亚硫酸铵溶液中的杂质必须得到有效分离去除。

杂质对硫酸铵晶形的影响:Fe3+会减小结晶的速度，在溶液中的浓度到0.1%时会促使硫酸铵晶体变长，而在较高的浓度时生成针状晶体;Pb2+会促使大粒硫酸铵晶体析出，并生成连生体;Mn2+会促进晶核生成，有它们存在的时候硫酸铵结晶为粗大的片状晶体;Zn离子也能促使生成比较完善的硫酸铵晶体，颗粒较圆，尺寸增大。另外，制取的硫酸中不可避免的也含有一部分的杂质，它们对产品结晶也会产生影响，杂质铁和铵因为生成胶态氢氧化物，从而附着于硫酸铵晶体表面上，它们在结晶器里促使结晶的过程变得复杂。在生产的过程中发现生成的硫酸铵颜色有很大的波动，主要有灰色、黄色、浅黄、白色、黑色等，影响颜色变化的，从源头上来说是由于原料(氨水)的非周期性波动。烟气在制酸的过程中原料的变化对产品硫酸铵的颜色影响比较大。

通过离心机或压滤机，滤除亚硫酸铵液内的灰尘等杂质，被滤除下来的灰尘杂质运至煤场晾晒后配入混煤进入锅炉炉膛燃烧，洁净的亚硫酸铵液进入硫铵装置参与反应，提高系统的可靠性。