氨法脱硫副产品硫铵生产装置运行小结

宁海文

(山西丰喜华瑞煤化工有限公司, 山西运城 043100)

山西丰喜华瑞煤化工有限公司(简称华瑞公司)现有2台35 t循环流化床锅炉及1套造气吹风气余热回收装置。为积极响应国家在京津冀及周边地区、汾渭平原进行大气污染综合治理攻坚行动，建设了一套采用氨法脱硫工艺的脱硫装置，配套建设一套硫铵生产线，替代原设计的钙钠双碱法脱硫装置，副产硫铵作为产品进行销售，以此降低氨法脱硫运行成本。现就硫铵生产工艺流程、主要设备及生产中出现的问题与解决措施进行总结。

1 工艺简述

通过旋流器泵，将增浓罐中质量浓度达到1.31～1.35 g/cm3的浆液输送至硫铵制备的旋流器，清液通过回流管回流至增浓罐继续增浓[1]。旋流器的底流直接进入稠厚器，在稠厚器中，硫铵溶液经搅拌、降温促进结晶后，其浆液通过阀门控制分别进入2台离心机。从离心机卸出的硫铵晶体，由螺旋输送机送至振动流化床干燥器，130～140 ℃干燥空气由底部进风口进入，进入振动流化床干燥机的含水硫铵与热空气一起随床体振动逐渐向前运动，硫铵中的水分被蒸出，干燥后的硫铵至振动流化床干燥器的冷却段，经冷风机吸入空气冷却热的硫铵颗粒，以防结块。冷却后的硫铵流入下料仓，经缓冲后的硫铵通过下料管直接流入成品包装袋，称重扎口后送入成品仓库。携带水分和少量细粉的空气依次进入旋风除尘器进行一级除尘，再由系统引风机送入水浴除尘器中进行二级除尘后排空。

2 主要设备参数

硫铵装置主要设备见表1。

3 影响硫铵质量的因素分析

GB 535—2020 《肥料级硫酸铵》中对硫铵合格品的外观、氮含量、水分、游离酸含量做出了规定。一等品外观要求无可见机械杂质，氮质量分数大于21%，水分质量分数小于0.3%，游离酸质量分数小于0.05%。

3.1 影响硫铵外观的因素分析

3.1.1 烟气中灰尘影响硫铵颜色分析

作为外售产品，硫铵一等品的外观要求是颗粒度均匀的白色晶体。华瑞公司硫铵装置投运初期，硫铵的颜色发灰，并且在生产中出现过黑色、橙红色的情况[2]。

在脱硫升级改造中，优化锅炉配套静电除尘装置，保留原设计静电除尘器的第一电场，后两个电场改造为布袋除尘，以保证出电袋除尘后的烟气中颗粒物质量浓度小于10 mg/m3[3]。烟气中的颗粒物以固态颗粒形式存在，在进入脱硫塔后，不会与其他物质发生反应，经脱硫液洗涤后，会混合在硫铵晶体中。随着硫铵晶体的分离，灰尘也会被分离出来，在线监测显示脱硫后排入大气的净烟气中，颗粒物质量浓度小于5 mg/m3，说明进入脱硫塔烟气携带的颗粒物有一半以上与硫铵一起被分离出来，这就是硫铵颜色发灰的原因。

表1 硫铵装置主要设备一览表

华瑞公司静电除尘器原设计中的下灰装置由人工定期下灰。但由于下灰不彻底，日积月累，大量灰尘存积在电袋除尘器的3个灰斗内，导致布袋下部埋入灰中，降低布袋除尘效率，大量灰尘进入脱硫液中，造成硫铵颜色变化。更有甚者，高温烟气也会带入大量未熄灭的飞灰在灰斗内堆积，烧毁布袋，除尘器失效，烟气中灰尘的脱除全部依靠脱硫液进行洗涤，生产出的硫铵中一半是灰，硫铵颜色无法保证。华瑞公司在投运初期曾发生过灰斗内积灰过多烧毁布袋的情况，导致硫铵颜色完全变黑。

3.1.2 解决措施

(1) 加强电袋除尘器岗位操作人员的业务培训，强化考核要求，增加电袋除尘器放灰频次，延长放灰时间。

(2) 对电袋除尘器下灰装置进行改造。增加输灰装置，采用稀相连续输送方式，在电袋除尘器每个灰斗预留孔下各安装1台输送料封泵。3台料封泵相互串联，共用管道，利用罗茨风机的风力将灰连续送入灰库。

通过以上措施解决电袋除尘器中灰斗积灰的问题，提高电袋除尘器除尘效率，减少进入脱硫塔中的灰量，从而保证硫铵的颜色。

3.2 影响硫铵氮含量的因素分析

3.2.1 烟气脱硫副产硫铵工艺流程

烟气自原烟道引出后，在进脱硫塔前的原烟道内与喷淋的硫酸铵溶液接触，在蒸发其水分的同时对原烟气进行降温，然后进入脱硫塔的增浓段，在增浓段上升过程中与喷淋的硫酸铵溶液接触，对其进行浓缩，同时完成进一步降温。烟气进一步上升，穿过增浓段上部的升气帽，进入脱硫塔脱硫段，脱硫塔层喷淋层均匀雾化喷下的脱硫浆液与烟气逆流接触，烟气中的SO2等酸性气体和亚硫酸铵溶液继续反应生成亚硫酸氢铵。脱硫浆液经升气帽收集汇合后，通过溢流管回流到多功能氧化槽(塔底)，采用槽底注氨的方式，添加泵输送的氨水与循环浆液充分混合，将其中的亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵送入塔底，烟气经上述操作后完成脱硫操作。经过浓缩后硫酸铵溶液流入增浓段底部形成接近饱和或过饱和的硫酸铵溶液，硫酸铵质量分数控制在40%左右。浓缩后的溶液由旋流泵输送至旋流器进行分离。

3.2.2 烟气脱硫中硫铵生成反应原理

在烟气与循环喷淋溶液逆流接触过程中，SO2被亚硫酸铵溶液吸收，并发生如下反应：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

循环浆液经循环泵反复循环后，生成一定浓度的亚硫酸铵溶液，当溶液总质量浓度达到30%左右时，部分亚硫酸铵溶液进入多功能氧化槽。来自罗茨鼓风机的空气和亚硫酸铵溶液充分混合，亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，其反应方程式如下：

(6)

氧化后的硫酸铵溶液送入原烟道进口段，对原烟气进行降温后进入增浓段。在增浓段内，温度为55 ℃的硫酸铵溶液将烟气快速冷激到70 ℃；硫酸铵溶液被加热到60 ℃左右后，被旋流泵送到硫铵分离干燥系统[9]。

3.2.3 硫铵氮含量减少的原因分析

烟气直接进入脱硫塔的喷淋段，烟气中的二氧化硫溶于水，生成亚硫酸；亚硫酸与脱硫液中氨反应生成亚硫酸氢铵与亚硫酸铵。在氧化槽中，亚硫酸铵继续与补入的氨水发生反应生产亚硫酸氢铵，同时亚硫酸氢铵被氧化风机鼓入的空气氧化，生产硫酸铵。若氧化不彻底，大量的亚硫酸氢铵就会被旋流泵送出，经旋流器初步分离，在稠厚器中沉淀，被离心机脱水后进入振动流化床干燥机。在干燥的过程中，亚硫酸氢铵受热分解为氨与二氧化硫，此时，分解后的氨被引风机抽走，导致产品硫铵中氮含量不达标。

3.2.4 解决措施

从脱硫过程的反应原理可知，增加硫铵产品中的氮含量就是尽量让脱硫反应完全，提高硫酸铵的浓度，降低亚硫酸氢铵与亚硫酸铵的浓度，避免分解反应发生。具体的解决措施如下：

(1) 提高氧化率，减少亚硫酸氢铵的含量。

一是增开氧化风机。烟气脱硫工段的氧化风机型号为RSR200H，体积流量为40 m3/min，压力为50 kPa，电机功率为55 kW。正常情况下，1开1备；当氧化率下降时，2台全开。

二是增加增浓罐氧化管道。增浓罐直径为3 500 mm，高为4 000 mm。原设计为缓冲罐，内部未设计氧化系统，用玻璃钢鳞片进行防腐，无预留管口。为达到既提高氧化率又不损伤设备防腐的目的，从增浓罐顶部观察孔伸入直径为50 mm的管道，在管道上开孔，将罗茨风机的空气送入增浓罐，对增浓罐中的溶液进行强制鼓风。

(2) 降低亚硫酸铵与亚硫酸氢铵的浓度，提高氧化率。

(3) 控制pH值，确保系统的氧化率。

4 结语

通过在电袋除尘器增加输灰装置，增浓罐增加强制鼓风，并加强工艺管理，基本解决硫铵生产中出现的问题。