氨法脫硫后處理環(huán)節(jié)的研究

王坤

摘 要：氨法脫硫技術(shù)是近幾年來(lái)興起并大量投入工業(yè)化運(yùn)行的一種高效、低耗能的濕法脫硫工藝。主要工藝為，以SO2與NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)，用氨脫除煙氣中的SO2，并利用煙氣熱量將脫硫后的漿液蒸發(fā)濃縮，形成含固漿液。含固漿液進(jìn)入后處理系統(tǒng)進(jìn)行分離干燥，得到硫銨產(chǎn)品，從而達(dá)到脫除二氧化硫，變廢為寶的目的。

氨法脫硫工藝在運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定的同時(shí)，酸性硫銨漿液的處置成為了重中之重，后處理系統(tǒng)首當(dāng)其沖的成為了關(guān)乎脫硫裝置能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

本文以當(dāng)下市場(chǎng)主流的江南氨法脫硫工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合工作實(shí)際，對(duì)氨法脫硫工藝中的后處理系統(tǒng)存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了論述，包括設(shè)備的腐蝕磨損，塔內(nèi)養(yǎng)料過(guò)程，重要分離裝置離心機(jī)板網(wǎng)的選型研究等重要問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：氨法脫硫;硫銨漿液;氯離子;后處理系統(tǒng);板網(wǎng)選型

1.氨法脫硫工藝簡(jiǎn)介

主要工藝[1]為，氨在多功能煙氣脫硫塔的吸收段將鍋爐煙氣中的SO2吸收，得到脫硫中間產(chǎn)品亞硫酸銨或亞硫酸氫銨的水溶液。在脫硫塔的氧化段，鼓入壓縮空氣進(jìn)行亞硫銨的氧化反應(yīng)將亞硫酸銨直接氧化成硫酸銨溶液，并利用高溫?zé)煔獾臒崃繉⒘蜾@溶液濃縮，得到5～15%硫銨固體的硫銨漿液。硫銨漿液經(jīng)過(guò)進(jìn)一步濃縮，生成結(jié)晶漿液進(jìn)入離心機(jī)分離，分離出的固體硫酸銨經(jīng)干燥器干燥后，進(jìn)入料倉(cāng)和包裝機(jī)包裝，得到成品硫酸銨。

2.氨法脫硫后處理系統(tǒng)的重要地位

氨法脫硫工藝在運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保的同時(shí)，存在著較為嚴(yán)重腐蝕磨損情況，對(duì)塔內(nèi)循環(huán)的漿液要求較高。為盡量降低裝置的腐蝕磨損[2]，降低塔內(nèi)漿液的密度并使之保持在一定低的水平上成為了能否保證脫硫塔正常平穩(wěn)運(yùn)行的重中之重。為保證這一點(diǎn)，必須依托于后處理系統(tǒng)出料降低塔內(nèi)漿液的密度，如后處理系統(tǒng)出現(xiàn)重大故障，導(dǎo)致不能出料，塔內(nèi)脫硫漿液密度勢(shì)必不斷上升，而當(dāng)氧化段密度高于1.18時(shí)[3]，氧化段漿液將析出硫酸銨晶體，此時(shí)已完全無(wú)法保證達(dá)標(biāo)排放，造成鍋爐被迫退出運(yùn)行的后果。

3.影響后處理系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的主要因素

3.1 煙塵

煙塵一般情況溶解度遠(yuǎn)小于于硫銨，因此最終會(huì)與硫酸銨一起被分離出來(lái)，漿液含塵量直接影響硫酸銨的品質(zhì)與外觀。如脫硫塔漿液中含塵量超過(guò)氨法脫硫系統(tǒng)所能承受的能力，過(guò)多的灰塵灰影響硫酸銨晶體的正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)可使塔內(nèi)無(wú)法結(jié)晶。同時(shí)，漿液中含有的大量煙塵在濃縮段經(jīng)高溫后會(huì)在噴頭管路上嚴(yán)重結(jié)垢，嚴(yán)重影響脫硫塔的正常安全運(yùn)行。

3.2 離子富集

鍋爐燃燒后的煙氣導(dǎo)入脫硫塔，被吸收后，漿液中含有部分氯離子、氟離子以及重金屬離子。其中氯離子與氟離子在塔內(nèi)濃縮段酸性條件下，會(huì)生成強(qiáng)酸，使?jié){液品質(zhì)嚴(yán)重下降影響結(jié)晶。同時(shí)由于氯離子[4]、氟離子無(wú)法通過(guò)后處理系統(tǒng)出料帶走，導(dǎo)致氯離子大量富集，對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)造成嚴(yán)重的腐蝕。同時(shí)后處理系統(tǒng)出料困難后兩方互相影響，使氯離子富集現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

3.3 離心機(jī)的分離效果

通過(guò)對(duì)我廠硫銨后處理系統(tǒng)的長(zhǎng)期跟蹤考察，發(fā)現(xiàn)離心機(jī)的分離效果在處理含固漿液中起著決定性的作用。相同工況下的漿液[5]，不同的板網(wǎng)出料存在巨大差異，極端工況下完全無(wú)法分離。而后處理系統(tǒng)出料不暢，又會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)漿液持續(xù)惡化，出料難度更加增大的惡性循環(huán)。

3.4 pH值對(duì)結(jié)晶的影響

PH 值對(duì)結(jié)晶的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)結(jié)晶形狀的影響，二是破壞結(jié)晶的正常生長(zhǎng)條件。在一定條件下，隨著溶液pH值的升高，溶液的介穩(wěn)區(qū)減小，硫酸銨晶形由多面體顆粒變成細(xì)長(zhǎng)的六角棱柱形，甚至針形。同時(shí)，母液黏度增大，硫酸銨分子擴(kuò)散阻力增加，阻礙晶體的正常生長(zhǎng)。當(dāng)pH值為5-6時(shí)，硫酸銨晶體可生長(zhǎng)為較大的圓形晶體。當(dāng)溶液的PH值突然降低時(shí)，溶液中的細(xì)小晶體出現(xiàn)消失的現(xiàn)象，破壞了晶體正常的生長(zhǎng)條件。

4.對(duì)各項(xiàng)因素所采取的對(duì)應(yīng)措施

4.1煙塵

對(duì)煙塵的控制，主要依托于電袋除塵系統(tǒng)，具體有如下方式。

4.1.1除塵設(shè)施

對(duì)煙塵的控制，主要依托于除塵裝置的維護(hù)與保養(yǎng)，保證除塵裝置開(kāi)足開(kāi)滿。

4.1.2及時(shí)更新除塵設(shè)施

制定合理的定期更換機(jī)制，對(duì)破損的電袋袋籠及時(shí)更新。加強(qiáng)對(duì)粉塵儀等儀表的維護(hù)，保證電場(chǎng)的投運(yùn)率。

4.1.3加強(qiáng)管理

加強(qiáng)對(duì)除塵輸灰崗位的要求與管理，對(duì)布袋壓差與煙塵含量嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)差壓異常上升或下降時(shí)及時(shí)判斷處理。對(duì)電袋的糊袋和破損做到早發(fā)現(xiàn)，早處理。

4.2離子富集

離子富集問(wèn)題現(xiàn)在已成為影響氨法脫硫正常運(yùn)行的重要因素，一般主流的方法有漿液外運(yùn)處置，噴霧干燥與蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。同時(shí)，我廠還采取了從源頭上降低氯離子含量的措施——脫硫用工藝水使用化學(xué)除鹽水[6]。

4.2.1漿液外運(yùn)

定期組織對(duì)脫硫塔內(nèi)漿液的外運(yùn)，降低塔內(nèi)氯離子濃度。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需再追加設(shè)備，缺點(diǎn)同樣明顯：需大量置換，成本較高。

4.2.2噴霧干燥技術(shù)

鍋爐過(guò)來(lái)的熱風(fēng)由引風(fēng)機(jī)牽引至熱風(fēng)分配器均勻進(jìn)入干燥塔內(nèi)。

料液經(jīng)螺桿泵輸送到安裝在干燥塔頂部的離心霧化器內(nèi)，在高速離心力的作用下被霧化成細(xì)小的霧滴群，并于高溫?zé)犸L(fēng)以并流的方式進(jìn)行充分的傳熱、傳質(zhì)，水份迅速蒸發(fā)，在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)即被干燥成固態(tài)粉體，干燥后的成品粉體物料經(jīng)旋風(fēng)分離器回收，去全自動(dòng)包裝機(jī)包裝成副產(chǎn)品硫銨，含濕尾氣經(jīng)由引風(fēng)機(jī)送入尾氣洗滌塔。

4.2.3蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)

定期將濃縮段漿液引入打入蒸發(fā)釜[7]，通過(guò)蒸發(fā)得到干料，輸送至包裝碼垛系統(tǒng)形成副產(chǎn)硫酸銨，效果等同于漿液外運(yùn)。

4.2.4工藝水采用除鹽水

從我廠近幾年氨法脫硫的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)情況看，氨法脫硫塔濃縮段氯離子、氟離子等含量等嚴(yán)重超標(biāo)，PH值等工藝參數(shù)偏低，導(dǎo)致涉氨設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。近幾年經(jīng)過(guò)不斷技術(shù)攻關(guān)，材料優(yōu)化，取得了一定成績(jī);但部分材質(zhì)如離心機(jī)板網(wǎng)已升級(jí)到最高的2507雙相鋼，已無(wú)上升空間。

為了降低氯離子的富集，從來(lái)源上考慮，將含有氯離子的工藝水改成較為純凈的化學(xué)除鹽水，可從源頭上緩解氯離子富集的問(wèn)題，減少裝置中氯離子的含量，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低檢維修成本。

4.3離心機(jī)的分離效果

離心機(jī)是硫酸銨后處理系統(tǒng)最為重要的設(shè)備，負(fù)擔(dān)著將含固硫酸銨漿液分離出固體硫酸銨，送入后續(xù)系統(tǒng)干燥包裝的任務(wù)。

適于分離硫酸銨溶液的離心機(jī)，要求供料濃度及流量穩(wěn)定，懸浮液溫度不超過(guò)80℃，典型例子是其固相平均粒度由0.1m～5mm的晶狀產(chǎn)物和長(zhǎng)度可達(dá)30mm的纖維狀物料。

特別值得強(qiáng)調(diào)的時(shí)懸浮液中被分離的固相顆粒的大小、母液的粘滯度、懸浮液中的固相濃度和進(jìn)料的均勻性，這些參數(shù)對(duì)機(jī)器的產(chǎn)量、過(guò)濾中跑料量的大小、產(chǎn)品的含濕量及純度都有重要的影響。

4.3.1板網(wǎng)間隙

通過(guò)多年的摸索實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，板網(wǎng)間隙對(duì)出料料有重大影響，現(xiàn)在普遍的看法是，對(duì)于江南氨法脫硫料粒小，氯離子含量高的工況，板網(wǎng)間隙在0.15mm較為合適。

4.3.2推料頻次

液壓推料機(jī)構(gòu)所控制的前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次為一個(gè)推料單元。推料時(shí)若推料盤(pán)及不到濾渣層，表面濾渣層太薄，將會(huì)因整個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)濾渣層厚薄不均而引起機(jī)器振動(dòng)。此時(shí)應(yīng)加大進(jìn)料量或提高進(jìn)料濃度;進(jìn)料量過(guò)大，部分來(lái)不及脫水的懸浮液將會(huì)沖走濾渣層，發(fā)生溢流，也會(huì)造成機(jī)器的振動(dòng)，這時(shí)就應(yīng)減少進(jìn)料量。

對(duì)于含細(xì)微粒子難以過(guò)濾的懸浮液（如江南氨法的脫硫漿液），可降低推料次數(shù)，讓濾渣在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間增長(zhǎng)，降低濾渣含濕量;反之對(duì)于含粗晶粒、易于過(guò)濾的懸浮液，在保證濾渣含濕量的前提下提高推料次數(shù)已獲得較高產(chǎn)量。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，推料頻次在每分鐘50下左右較為穩(wěn)定。

4.3.3板網(wǎng)材質(zhì)

為適應(yīng)江南氨法脫硫漿液結(jié)晶粒度小，氯離子含量高的工況，今年在我廠領(lǐng)導(dǎo)與有關(guān)部門(mén)的指導(dǎo)與組織下，進(jìn)行了大量的技術(shù)攻關(guān)，其中板網(wǎng)材質(zhì)是重要的攻關(guān)項(xiàng)目。現(xiàn)離心機(jī)板網(wǎng)材質(zhì)已升級(jí)為耐點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕能力最強(qiáng)的SAF2507雙相不銹鋼[8]，表面硬化處理，在材質(zhì)方面已經(jīng)達(dá)到了最高標(biāo)準(zhǔn)。

然后在相同材質(zhì)下，各套板網(wǎng)的產(chǎn)能依舊有較大區(qū)別，通過(guò)觀察近期六套板網(wǎng)的產(chǎn)能情況，發(fā)現(xiàn)板網(wǎng)的加工工藝起了決定性的作用。

上表可見(jiàn)，在板網(wǎng)材質(zhì)不變，氯離子含量基本一致的工況下，不同廠家加工的板網(wǎng)在產(chǎn)量上存在巨大差距。出料量最高的板網(wǎng)在間隙0.4-0.5mm、一級(jí)板網(wǎng)有塌陷的情況下出料正常且不需要職工現(xiàn)場(chǎng)輔助沖洗，而出料量最低的一副僅出料640噸即無(wú)法正常使用，必須更換。

由此可見(jiàn)，在選擇加工廠家方便必須慎重，謹(jǐn)慎選型。

4.4 pH值對(duì)結(jié)晶的影響

通過(guò)及時(shí)進(jìn)行漿液外排，控制塔內(nèi)氯離子濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PH值的控制，同時(shí)，正在進(jìn)行對(duì)濃縮段加氨的探索研究。

5.結(jié)語(yǔ)

后處理系統(tǒng)作為氨法脫硫裝置的重要組成環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著出料降低塔內(nèi)密度的重要職責(zé)，后處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)乎著整個(gè)氨法脫硫裝置能否平穩(wěn)安全實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)減排的任務(wù)。

而在實(shí)際生產(chǎn)中，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，影響硫酸銨結(jié)晶因素不是單一的，可能是一種或幾種因素在共同影響。甚至，工藝或人為操作都會(huì)影響硫酸銨的結(jié)晶出料，對(duì)后處理系統(tǒng)產(chǎn)生意想不到的影響。本文從自身經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，淺顯探討了影響后處理系統(tǒng)運(yùn)行的幾個(gè)方面的原因，在今后的工作中，還應(yīng)繼續(xù)深入研究探討。

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