寧海文

(山西豐喜華瑞煤化工有限公司, 山西運(yùn)城 043100)

山西豐喜華瑞煤化工有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)華瑞公司)現(xiàn)有2臺(tái)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(guó)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(jiān)行動(dòng)，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(jì)的鈣鈉雙堿法脫硫裝置，副產(chǎn)硫銨作為產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，以此降低氨法脫硫運(yùn)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(wèn)題與解決措施進(jìn)行總結(jié)。

1 工藝簡(jiǎn)述

通過(guò)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(guò)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(guò)閥門(mén)控制分別進(jìn)入2臺(tái)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(dòng)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(dòng)流化床干燥機(jī)的含水硫銨與熱空氣一起隨床體振動(dòng)逐漸向前運(yùn)動(dòng)，硫銨中的水分被蒸出，干燥后的硫銨至振動(dòng)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(cāng)，經(jīng)緩沖后的硫銨通過(guò)下料管直接流入成品包裝袋，稱(chēng)重扎口后送入成品倉(cāng)庫(kù)。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(jí)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(jí)除塵后排空。

2 主要設(shè)備參數(shù)

硫銨裝置主要設(shè)備見(jiàn)表1。

3 影響硫銨質(zhì)量的因素分析

GB 535—2020 《肥料級(jí)硫酸銨》中對(duì)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(wú)可見(jiàn)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(yùn)初期，硫銨的顏色發(fā)灰，并且在生產(chǎn)中出現(xiàn)過(guò)黑色、橙紅色的情況[2]。

在脫硫升級(jí)改造中，優(yōu)化鍋爐配套靜電除塵裝置，保留原設(shè)計(jì)靜電除塵器的第一電場(chǎng)，后兩個(gè)電場(chǎng)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(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)脫硫液洗滌后，會(huì)混合在硫銨晶體中。隨著硫銨晶體的分離，灰塵也會(huì)被分離出來(lái)，在線監(jiān)測(cè)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(shuō)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(lái)，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(jì)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(gè)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?huì)帶入大量未熄滅的飛灰在灰斗內(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(wú)法保證。華瑞公司在投運(yùn)初期曾發(fā)生過(guò)灰斗內(nèi)積灰過(guò)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(qiáng)電袋除塵器崗位操作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，強(qiáng)化考核要求，增加電袋除塵器放灰頻次，延長(zhǎng)放灰時(shí)間。

(2) 對(duì)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(gè)灰斗預(yù)留孔下各安裝1臺(tái)輸送料封泵。3臺(tái)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(guò)以上措施解決電袋除塵器中灰斗積灰的問(wèn)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(shí)對(duì)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(guò)程中與噴淋的硫酸銨溶液接觸，對(duì)其進(jìn)行濃縮，同時(shí)完成進(jìn)一步降溫。煙氣進(jìn)一步上升，穿過(guò)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(guò)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(guò)濃縮后硫酸銨溶液流入增濃段底部形成接近飽和或過(guò)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(guò)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(shí)，部分亞硫酸銨溶液進(jìn)入多功能氧化槽。來(lái)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(duì)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(bǔ)入的氨水發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)亞硫酸氫銨，同時(shí)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(huì)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(dòng)流化床干燥機(jī)。在干燥的過(guò)程中，亞硫酸氫銨受熱分解為氨與二氧化硫，此時(shí)，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(guò)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(kāi)氧化風(fēng)機(jī)。煙氣脫硫工段的氧化風(fēng)機(jī)型號(hào)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(kāi)1備；當(dāng)氧化率下降時(shí)，2臺(tái)全開(kāi)。

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(jì)為緩沖罐，內(nèi)部未設(shè)計(jì)氧化系統(tǒng)，用玻璃鋼鱗片進(jìn)行防腐，無(wú)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(kāi)孔，將羅茨風(fēng)機(jī)的空氣送入增濃罐，對(duì)增濃罐中的溶液進(jìn)行強(qiáng)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(yǔ)

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