宋 濤，辛月新，阮彩霞

（陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西神木 719000）

0 引 言

陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司（簡(jiǎn)稱神木化工）600kt／a煤制甲醇項(xiàng)目（一期200kt／a甲醇裝置于2003年10月開工建設(shè)，2005年10月投產(chǎn)；二期400kt／a甲醇裝置于2006年6月開工建設(shè)，2008年8月試車成功）配套鍋爐系統(tǒng)包括一期3臺(tái)75t／h煤粉鍋爐、二期2臺(tái)220t／h煤粉鍋爐，鍋爐煙氣均采用江蘇和億昌環(huán)保工程科技有限公司（簡(jiǎn)稱江蘇和億昌）自主研發(fā)設(shè)計(jì)的氨法（濕法）脫硫工藝（第一代氨法脫硫工藝），設(shè)計(jì)脫硫塔入口煙氣SO2濃度為800 mg／m3、出口尾氣SO2濃度＜50mg／m3，一、二期鍋爐煙氣氨法脫硫裝置分別設(shè)置脫硫島1座、共用1套硫酸銨回收處理系統(tǒng)，一期3×75t／h鍋爐系統(tǒng)脫硫島設(shè)1臺(tái)脫硫塔，設(shè)計(jì)煙氣處理量288.5km3／h，二期2×220t／h鍋爐系統(tǒng)脫硫島設(shè)1臺(tái)脫硫塔，設(shè)計(jì)煙氣處理量507.3km3／h；鍋爐煙氣經(jīng)脫硫后副產(chǎn)硫酸銨9630t／a（年運(yùn)行時(shí)間以8000h計(jì)）。神木化工煙氣氨法脫硫裝置（采用第一代氨法脫硫工藝）運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一些較為突出的問題，通過工藝、設(shè)備、操作等方面的優(yōu)化改進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得以顯著提升。以下對(duì)有關(guān)情況作一總結(jié)。

1 煙氣氨法脫硫裝置簡(jiǎn)介

1.1 工藝原理

1.2 工藝流程

神木化工鍋爐煙氣氨法脫硫裝置（其工藝流程如圖1），以液氨作為脫硫劑，運(yùn)用空塔噴淋、塔內(nèi)氧化、塔外單效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)脫除煙氣中的SO2，脫硫率達(dá)90%以上，達(dá)到一定濃度的脫硫漿液（硫酸銨溶液）經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥后得到最終副產(chǎn)品硫酸銨。

圖1 煙氣氨法脫硫裝置工藝流程框圖

2 系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題及優(yōu)化改進(jìn)

2.1 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)真空度不理想

保持硫酸銨產(chǎn)出平衡、維持脫硫塔循環(huán)漿液適宜的密度，是保障脫硫塔長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，而保證硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的蒸汽負(fù)荷和適宜的真空度是硫酸銨生產(chǎn)的關(guān)鍵。硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的工作原理是，通過冷凝器的冷凝和真空泵對(duì)不凝氣的抽吸作用，使系統(tǒng)保持適宜的真空度（-70～-80kPa），使?jié){液始終處于飽和狀態(tài)，促使其發(fā)生相變，實(shí)現(xiàn)氣液分離，漿液也因此而不斷濃縮、結(jié)晶，最終產(chǎn)出合格的硫酸銨產(chǎn)品。然而，實(shí)際生產(chǎn)中蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的真空度很難維持在-70～-80kPa，被迫減負(fù)荷運(yùn)行。

2.1.1 原因分析

通過觀察發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)冷凝器上、下部溫差大，表明冷凝器內(nèi)有積液現(xiàn)象，積液后，因冷凝液無法及時(shí)從冷凝器中順暢排出，使得冷凝器的有效換熱面積減少，冷凝器的換熱效率大大降低，冷凝效果差導(dǎo)致系統(tǒng)真空度難以維持。

2.1.2 優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

（1）在冷凝式真空系統(tǒng)中，增設(shè)汽水分離器（見圖2中的①，汽水分離器底面直徑為300mm、高度為600mm），并將其與蒸發(fā)冷凝器底部液體出口和真空緩沖罐相連，如此一來真空泵能同時(shí)對(duì)蒸發(fā)冷凝器的頂部及底部產(chǎn)生抽吸作用，在保證冷凝器效率的前提下利用氣體的流動(dòng)促使蒸發(fā)冷凝器底部排液，保證系統(tǒng)真空度。

圖2 改造后冷凝式真空系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

（2）在蒸發(fā)冷凝器上部及下部抽真空管道增設(shè)調(diào)節(jié)閥，在保證換熱效果的前提下調(diào)節(jié)系統(tǒng)上、下部氣流的分布，如此既可保證不凝氣的抽出，又可促使冷凝液的及時(shí)排出。

（3）在蒸發(fā)冷凝器原抽真空管道及新增抽真空管道上分別設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（見圖2中的②、③），以蒸發(fā)分離室出口真空度作為測(cè)點(diǎn)，DCS系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過對(duì)調(diào)節(jié)閥②、③的控制維持系統(tǒng)真空度的穩(wěn)定。

改造后，蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)真空度從之前的-55～-65kPa升至-70～-80kPa，蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)蒸汽負(fù)荷也由之前的6.0t／h提高至9.5t／h，成功解決了系統(tǒng)真空度偏低、硫酸銨采出能力不足的問題，實(shí)現(xiàn)了硫酸銨采出系統(tǒng)的長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。近年來蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。

2.2 氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象嚴(yán)重

煙氣氨法脫硫裝置投運(yùn)后，生產(chǎn)過程中氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象較為嚴(yán)重，對(duì)周邊環(huán)境造成了二次污染。

2.2.1 原因分析

氨水加注點(diǎn)位置不合理——氨水在脈沖懸浮泵入口加入，相當(dāng)于加在了脫硫塔的底部，如此一來噴淋層漿液的氨濃度是一樣的，沒有針對(duì)各噴淋層的不同功能形成不同的循環(huán)漿液濃度梯度，導(dǎo)致吸收段不同高度噴淋層功能未得到有效發(fā)揮，加之氨水濃度偏高（20%）、氨水與漿液沒有充分混合反應(yīng)等原因，導(dǎo)致氨的利用率偏低，反應(yīng)后剩余氨量較多而產(chǎn)生逃逸；脫硫塔內(nèi)漿液中逃逸出的氨與尾氣中殘余的SO2反應(yīng)生成了亞硫酸銨，亞硫酸銨與水汽結(jié)合形成小液滴，小液滴在氣流的作用下逐漸形成較大的膠性液滴，即形成了氣溶膠，最終隨尾氣放空。

2.2.2 優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

（1）將氨水濃度由原設(shè)計(jì)的20%降至6%～8%，并對(duì)氨水入塔混合方式進(jìn)行優(yōu)化，便于脫硫循環(huán)吸收漿液與氨水的均勻、充分混合。

（2）將氨水加入點(diǎn)由脈沖懸浮泵入口處改為最低層噴淋循環(huán)泵入口管處，如此一來吸收段各噴淋層漿液就自然因pH不同而形成了濃度梯度，低層循環(huán)噴淋層成為SO2的主要吸收層，較高層漿液循環(huán)噴淋在補(bǔ)充吸收的同時(shí)還可起到對(duì)吸收段氨逃逸形成主動(dòng)遏制的作用，可有效減輕水洗段水質(zhì)的污染，使水洗段的煙氣洗滌凈化作用增強(qiáng)，氨逃逸被動(dòng)脫除（洗滌）效果提升。

（3）提高吸收段漿液循環(huán)量，以提升液氣比（設(shè)計(jì)液氣比為1.9L／m3）。以二期脫硫塔為例，吸收段漿液循環(huán)量由原設(shè)計(jì)的980m3／h增至1440m3／h，相應(yīng)的液氣比提高至2.75L／m3。

（4）在脫硫塔內(nèi)除霧段上增設(shè)1層不銹鋼絲網(wǎng)，用以加強(qiáng)除霧效果和對(duì)尾氣中的氣溶膠產(chǎn)生一定的攔阻作用。

優(yōu)化改進(jìn)后，脫硫塔內(nèi)的吸收和水洗凈化環(huán)境得到優(yōu)化，從主動(dòng)遏制和被動(dòng)脫除兩方面限制了氨逃逸，提高了氨的利用率，有效緩解了氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象，消除了尾氣排放的二次污染。

2.3 除霧器效率偏低

早期，受氨法脫硫工藝特點(diǎn)、技術(shù)不夠成熟以及大氣環(huán)境變化等因素的影響，煙氣拖尾（氣溶膠）、硫銨雨造成二次環(huán)境污染是氨法脫硫工藝的短板，也屬行業(yè)難題。神木化工煙氣氨法脫硫裝置投運(yùn)初期也存在凈煙氣拖尾、硫銨雨嚴(yán)重的問題，對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

2.3.1 原因分析

投運(yùn)初期，神木化工煙氣氨法脫硫裝置脫硫塔采用兩層波紋平板式除霧器，除霧器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、型式落后，對(duì)煙氣流速有一定的要求，除霧效率低，尤其對(duì)微米級(jí)細(xì)小顆粒的除霧效果差。

2.3.2 優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

在兩層除霧器之間增設(shè)3mm×3mm孔徑的不銹鋼絲網(wǎng)，絲網(wǎng)本身具備一定的除霧效果，同時(shí)對(duì)煙氣流場(chǎng)可起到優(yōu)化作用——消除煙氣偏流，從而使得除霧段煙氣流速分布更趨均勻、合理，除霧段整體效率得到提升。

除霧器改造后，除霧段除液效果得到提升，特別是對(duì)煙氣中較小顆粒物（氣溶膠）的攔阻作用明顯，極大地增強(qiáng)了除霧器的除霧效果，煙氣拖尾及硫銨雨現(xiàn)象明顯改觀。

2.4 脫硫漿液氧化率偏低

煙氣氨法脫硫裝置投運(yùn)初期，氨逃逸嚴(yán)重，同時(shí)漿液COD升高，漿液發(fā)泡，其對(duì)煙氣中SO2的吸收能力下降，為保證環(huán)保指標(biāo)，被迫加大氨水的投加量，形成惡性循環(huán)。

2.4.1 原因分析

投運(yùn)初期，煙氣氨法脫硫裝置氧化風(fēng)量不足，脫硫塔下部漿液槽容積偏小，導(dǎo)致漿液循環(huán)停留時(shí)間短，氧化風(fēng)利用率偏低，脫硫漿液氧化不夠充分，其氧化率只有70%～80%，SO2吸收效率不高。

2.4.2 優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

（1）新增1臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，將氧化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式由一開一備改為兩開一備，氧化風(fēng)量由原來的20m3／h增至40m3／h。

（2）脫硫塔的操作液位由設(shè)計(jì)的4.5m提高至5.2～5.5m，有效增加氧化層漿液厚度和漿液循環(huán)停留時(shí)間，使氧化空氣與漿液的接觸時(shí)間增加，從而達(dá)到提高漿液氧化率的目的。

2015—2018年脫硫漿液的氧化率及COD值（年均值）見表1?？梢钥闯觯?016年開始脫硫漿液氧化率由70%～80%提高至97%以上并保持穩(wěn)定，2016年開始漿液COD值也明顯下降了。

表1 脫硫漿液氧化率及COD值（年均值）

2.5 設(shè)計(jì)脫硫漿液密度略高

2.5.1 問題描述

江蘇和億昌氨法脫硫工藝設(shè)計(jì)漿液密度為1230～1250kg／m3，投運(yùn)初期由于硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)真空度偏低、硫酸銨采出能力不足，脫硫漿液密度偏高，系統(tǒng)運(yùn)行狀況不理想。

2.5.2 原因分析

煙氣氨法脫硫裝置中，漿液密度的控制具有重要的意義，漿液密度越高，越有利于硫酸銨的結(jié)晶，但其對(duì)SO2的吸收能力會(huì)越差。

2.5.3 優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)實(shí)施前文所述的優(yōu)化改進(jìn)后，結(jié)合開展班組間硫酸銨產(chǎn)量競(jìng)賽活動(dòng)，不斷進(jìn)行工藝調(diào)整與摸索，逐漸提高漿液的采出比、加大硫酸銨的出料量，并兼顧硫酸銨結(jié)晶系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，通過半年多的工藝調(diào)整和摸索，確定適宜的脫硫漿液密度為1120～1140kg／m3。

2015—2018年脫硫漿液密度（年均值）與硫酸銨產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見表2?？梢钥闯觯摿驖{液密度指標(biāo)調(diào)整為1120～1140kg／m3后，在保證硫酸銨結(jié)晶效果的前提下，脫硫塔內(nèi)漿液對(duì)SO2的吸收效果得到強(qiáng)化，硫酸銨產(chǎn)量顯著提高，成品硫酸銨晶粒大小達(dá)標(biāo)、外觀顏色正常。

表2 脫硫漿液密度（年均值）及硫酸銨產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

2.6 脫硫漿液起泡

2014年煙氣氨法脫硫裝置投運(yùn)初期，脫硫塔內(nèi)漿液有起泡現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成塔內(nèi)漿液分層嚴(yán)重，形成假液位，誤導(dǎo)操作調(diào)整。

2.6.1 原因分析

（1）鍋爐啟停投油槍時(shí)，燃油燃燒不充分，油氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔漿液內(nèi)，脫硫漿液中有機(jī)物含量增加。

（2）脫硫塔原設(shè)計(jì)使用循環(huán)水，由于循環(huán)水添加的藥劑種類多，潔凈度不足，脫硫塔內(nèi)易發(fā)生副反應(yīng)而產(chǎn)生膠狀物質(zhì)，嚴(yán)重影響脫硫漿液的質(zhì)量和蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)硫酸銨的正常結(jié)晶。

（3）鍋爐煙氣經(jīng)電除塵系統(tǒng)除塵后，仍攜帶較多粉塵，造成漿液中重金屬含量增高，漿液表面張力增大，從而引起漿液起泡。

2.6.2 優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

（1）盡可能減少鍋爐啟動(dòng)時(shí)的油槍投油量和投油時(shí)間，從源頭上減少漿液中的有機(jī)物；對(duì)漿液情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，特別是在鍋爐啟動(dòng)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)漿液起泡，及時(shí)安排對(duì)漿液進(jìn)行置換處理。

（2）將脫硫塔補(bǔ)水水源更換為潔凈的工藝水，提高脫硫塔補(bǔ)水的潔凈度。

（3）增加電除塵振打頻次，并加強(qiáng)除塵卸灰，提升電除塵的效果。

優(yōu)化改進(jìn)后，脫硫漿液起泡現(xiàn)象明顯改善，脫硫塔運(yùn)行情況良好。

3 結(jié)束語

神木化工600kt／a煤制甲醇項(xiàng)目配套鍋爐系統(tǒng)采用江蘇和億昌自主研發(fā)設(shè)計(jì)的氨法脫硫工藝，作為第一代氨法脫硫工藝，其運(yùn)行過程中雖然出現(xiàn)了一些較為突出的問題，但通過不斷地對(duì)工藝、設(shè)備、操作等方面進(jìn)行一系列優(yōu)化改進(jìn)，特別是蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)真空度問題的解決、除霧層除霧效果的提升以及氨逃逸的控制，使得煙氣氨法脫硫裝置運(yùn)行中存在的問題及安全環(huán)保隱患得以消除，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得以顯著提高。