寧海文

(山西豐喜華瑞煤化工有限公司, 山西運城 043100)

山西豐喜華瑞煤化工有限公司(簡稱華瑞公司)現(xiàn)有2臺35 t循環(huán)流化床鍋爐及1套造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置。為積極響應(yīng)國家在京津冀及周邊地區(qū)、汾渭平原進(jìn)行大氣污染綜合治理攻堅行動，建設(shè)了一套采用氨法脫硫工藝的脫硫裝置，配套建設(shè)一套硫銨生產(chǎn)線，替代原設(shè)計的鈣鈉雙堿法脫硫裝置，副產(chǎn)硫銨作為產(chǎn)品進(jìn)行銷售，以此降低氨法脫硫運行成本?，F(xiàn)就硫銨生產(chǎn)工藝流程、主要設(shè)備及生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題與解決措施進(jìn)行總結(jié)。

1 工藝簡述

通過旋流器泵，將增濃罐中質(zhì)量濃度達(dá)到1.31～1.35 g/cm3的漿液輸送至硫銨制備的旋流器，清液通過回流管回流至增濃罐繼續(xù)增濃[1]。旋流器的底流直接進(jìn)入稠厚器，在稠厚器中，硫銨溶液經(jīng)攪拌、降溫促進(jìn)結(jié)晶后，其漿液通過閥門控制分別進(jìn)入2臺離心機(jī)。從離心機(jī)卸出的硫銨晶體，由螺旋輸送機(jī)送至振動流化床干燥器，130～140 ℃干燥空氣由底部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，進(jìn)入振動流化床干燥機(jī)的含水硫銨與熱空氣一起隨床體振動逐漸向前運動，硫銨中的水分被蒸出，干燥后的硫銨至振動流化床干燥器的冷卻段，經(jīng)冷風(fēng)機(jī)吸入空氣冷卻熱的硫銨顆粒，以防結(jié)塊。冷卻后的硫銨流入下料倉，經(jīng)緩沖后的硫銨通過下料管直接流入成品包裝袋，稱重扎口后送入成品倉庫。攜帶水分和少量細(xì)粉的空氣依次進(jìn)入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行一級除塵，再由系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)送入水浴除塵器中進(jìn)行二級除塵后排空。

2 主要設(shè)備參數(shù)

硫銨裝置主要設(shè)備見表1。

3 影響硫銨質(zhì)量的因素分析

GB 535—2020 《肥料級硫酸銨》中對硫銨合格品的外觀、氮含量、水分、游離酸含量做出了規(guī)定。一等品外觀要求無可見機(jī)械雜質(zhì)，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于21%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%，游離酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.05%。

3.1 影響硫銨外觀的因素分析

3.1.1 煙氣中灰塵影響硫銨顏色分析

作為外售產(chǎn)品，硫銨一等品的外觀要求是顆粒度均勻的白色晶體。華瑞公司硫銨裝置投運初期，硫銨的顏色發(fā)灰，并且在生產(chǎn)中出現(xiàn)過黑色、橙紅色的情況[2]。

在脫硫升級改造中，優(yōu)化鍋爐配套靜電除塵裝置，保留原設(shè)計靜電除塵器的第一電場，后兩個電場改造為布袋除塵，以保證出電袋除塵后的煙氣中顆粒物質(zhì)量濃度小于10 mg/m3[3]。煙氣中的顆粒物以固態(tài)顆粒形式存在，在進(jìn)入脫硫塔后，不會與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)脫硫液洗滌后，會混合在硫銨晶體中。隨著硫銨晶體的分離，灰塵也會被分離出來，在線監(jiān)測顯示脫硫后排入大氣的凈煙氣中，顆粒物質(zhì)量濃度小于5 mg/m3，說明進(jìn)入脫硫塔煙氣攜帶的顆粒物有一半以上與硫銨一起被分離出來，這就是硫銨顏色發(fā)灰的原因。

表1 硫銨裝置主要設(shè)備一覽表

華瑞公司靜電除塵器原設(shè)計中的下灰裝置由人工定期下灰。但由于下灰不徹底，日積月累，大量灰塵存積在電袋除塵器的3個灰斗內(nèi)，導(dǎo)致布袋下部埋入灰中，降低布袋除塵效率，大量灰塵進(jìn)入脫硫液中，造成硫銨顏色變化。更有甚者，高溫?zé)煔庖矔氪罅课聪绲娘w灰在灰斗內(nèi)堆積，燒毀布袋，除塵器失效，煙氣中灰塵的脫除全部依靠脫硫液進(jìn)行洗滌，生產(chǎn)出的硫銨中一半是灰，硫銨顏色無法保證。華瑞公司在投運初期曾發(fā)生過灰斗內(nèi)積灰過多燒毀布袋的情況，導(dǎo)致硫銨顏色完全變黑。

3.1.2 解決措施

(1) 加強電袋除塵器崗位操作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，強化考核要求，增加電袋除塵器放灰頻次，延長放灰時間。

(2) 對電袋除塵器下灰裝置進(jìn)行改造。增加輸灰裝置，采用稀相連續(xù)輸送方式，在電袋除塵器每個灰斗預(yù)留孔下各安裝1臺輸送料封泵。3臺料封泵相互串聯(lián)，共用管道，利用羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)力將灰連續(xù)送入灰?guī)臁?/p>

通過以上措施解決電袋除塵器中灰斗積灰的問題，提高電袋除塵器除塵效率，減少進(jìn)入脫硫塔中的灰量，從而保證硫銨的顏色。

3.2 影響硫銨氮含量的因素分析

3.2.1 煙氣脫硫副產(chǎn)硫銨工藝流程

煙氣自原煙道引出后，在進(jìn)脫硫塔前的原煙道內(nèi)與噴淋的硫酸銨溶液接觸，在蒸發(fā)其水分的同時對原煙氣進(jìn)行降溫，然后進(jìn)入脫硫塔的增濃段，在增濃段上升過程中與噴淋的硫酸銨溶液接觸，對其進(jìn)行濃縮，同時完成進(jìn)一步降溫。煙氣進(jìn)一步上升，穿過增濃段上部的升氣帽，進(jìn)入脫硫塔脫硫段，脫硫塔層噴淋層均勻霧化噴下的脫硫漿液與煙氣逆流接觸，煙氣中的SO2等酸性氣體和亞硫酸銨溶液繼續(xù)反應(yīng)生成亞硫酸氫銨。脫硫漿液經(jīng)升氣帽收集匯合后，通過溢流管回流到多功能氧化槽(塔底)，采用槽底注氨的方式，添加泵輸送的氨水與循環(huán)漿液充分混合，將其中的亞硫酸氫銨轉(zhuǎn)化為亞硫酸銨送入塔底，煙氣經(jīng)上述操作后完成脫硫操作。經(jīng)過濃縮后硫酸銨溶液流入增濃段底部形成接近飽和或過飽和的硫酸銨溶液，硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在40%左右。濃縮后的溶液由旋流泵輸送至旋流器進(jìn)行分離。

3.2.2 煙氣脫硫中硫銨生成反應(yīng)原理

在煙氣與循環(huán)噴淋溶液逆流接觸過程中，SO2被亞硫酸銨溶液吸收，并發(fā)生如下反應(yīng)：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

循環(huán)漿液經(jīng)循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)后，生成一定濃度的亞硫酸銨溶液，當(dāng)溶液總質(zhì)量濃度達(dá)到30%左右時，部分亞硫酸銨溶液進(jìn)入多功能氧化槽。來自羅茨鼓風(fēng)機(jī)的空氣和亞硫酸銨溶液充分混合，亞硫酸銨被快速氧化生成硫酸銨，其反應(yīng)方程式如下：

(6)

氧化后的硫酸銨溶液送入原煙道進(jìn)口段，對原煙氣進(jìn)行降溫后進(jìn)入增濃段。在增濃段內(nèi)，溫度為55 ℃的硫酸銨溶液將煙氣快速冷激到70 ℃；硫酸銨溶液被加熱到60 ℃左右后，被旋流泵送到硫銨分離干燥系統(tǒng)[9]。

3.2.3 硫銨氮含量減少的原因分析

煙氣直接進(jìn)入脫硫塔的噴淋段，煙氣中的二氧化硫溶于水，生成亞硫酸；亞硫酸與脫硫液中氨反應(yīng)生成亞硫酸氫銨與亞硫酸銨。在氧化槽中，亞硫酸銨繼續(xù)與補入的氨水發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)亞硫酸氫銨，同時亞硫酸氫銨被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣氧化，生產(chǎn)硫酸銨。若氧化不徹底，大量的亞硫酸氫銨就會被旋流泵送出，經(jīng)旋流器初步分離，在稠厚器中沉淀，被離心機(jī)脫水后進(jìn)入振動流化床干燥機(jī)。在干燥的過程中，亞硫酸氫銨受熱分解為氨與二氧化硫，此時，分解后的氨被引風(fēng)機(jī)抽走，導(dǎo)致產(chǎn)品硫銨中氮含量不達(dá)標(biāo)。

3.2.4 解決措施

從脫硫過程的反應(yīng)原理可知，增加硫銨產(chǎn)品中的氮含量就是盡量讓脫硫反應(yīng)完全，提高硫酸銨的濃度，降低亞硫酸氫銨與亞硫酸銨的濃度，避免分解反應(yīng)發(fā)生。具體的解決措施如下：

(1) 提高氧化率，減少亞硫酸氫銨的含量。

一是增開氧化風(fēng)機(jī)。煙氣脫硫工段的氧化風(fēng)機(jī)型號為RSR200H，體積流量為40 m3/min，壓力為50 kPa，電機(jī)功率為55 kW。正常情況下，1開1備；當(dāng)氧化率下降時，2臺全開。

二是增加增濃罐氧化管道。增濃罐直徑為3 500 mm，高為4 000 mm。原設(shè)計為緩沖罐，內(nèi)部未設(shè)計氧化系統(tǒng)，用玻璃鋼鱗片進(jìn)行防腐，無預(yù)留管口。為達(dá)到既提高氧化率又不損傷設(shè)備防腐的目的，從增濃罐頂部觀察孔伸入直徑為50 mm的管道，在管道上開孔，將羅茨風(fēng)機(jī)的空氣送入增濃罐，對增濃罐中的溶液進(jìn)行強制鼓風(fēng)。

(2) 降低亞硫酸銨與亞硫酸氫銨的濃度，提高氧化率。

(3) 控制pH值，確保系統(tǒng)的氧化率。

4 結(jié)語

通過在電袋除塵器增加輸灰裝置，增濃罐增加強制鼓風(fēng)，并加強工藝管理，基本解決硫銨生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。