盛明斌

（浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司，浙江溫州 325029）

近年來，我國氰尿酸行業(yè)需求旺盛，已成為全球最大的氰尿酸生產(chǎn)國。目前工業(yè)上主要以尿素?zé)峤夥ㄉa(chǎn)氰尿酸[1]，該工藝會(huì)產(chǎn)生大量的廢氨氣和含稀硫酸廢液，這是制約氰尿酸生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的主要因素。隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)，探索一種可對廢氨氣和廢稀硫酸液實(shí)現(xiàn)資源化利用的治理工藝，成為業(yè)內(nèi)人士的迫切需求。

浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司（簡稱雙嶼實(shí)業(yè)）多年來針對工業(yè)廢氣中SO2、NOx、NH3、顆粒物、重金屬等多種污染物的凈化處理技術(shù)做了大量研究和工業(yè)化應(yīng)用，形成了針對廢氣治理的各種成套技術(shù)與裝備。其中，石家莊和合化工化肥有限公司（簡稱和合化工）150t/d 硫酸銨氨吸收系統(tǒng)就是一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

1 項(xiàng)目概況

和合化工共有6條窯爐，利用尿素高溫?zé)峤饪s合出含副產(chǎn)物的粗氰尿酸，再經(jīng)破碎、酸洗、分離和干燥后得到含量高于98%的產(chǎn)品。尿素高溫?zé)峤膺^程中會(huì)釋放較高濃度的氨氣，氨吸收系統(tǒng)主要對尿素?zé)峤鉅t來的煙氣進(jìn)行降溫并回收這部分氨氣，同時(shí)去除煙氣中其他有害雜質(zhì)。氨吸收系統(tǒng)是氰尿酸生產(chǎn)工藝中的重要單元之一，該單元運(yùn)行和操作的好壞對氨氣回收效率、尿素?zé)峤鉅t的運(yùn)行效率、煙氣的達(dá)標(biāo)排放起著重要的作用。

受多種因素制約，和合化工原氨氣吸收系統(tǒng)在運(yùn)行5條窯爐的情況下已經(jīng)出現(xiàn)系統(tǒng)堵塞、外排尾氣超標(biāo)的情況，為實(shí)現(xiàn)氰尿酸生產(chǎn)線滿負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)，和合化工計(jì)劃新建一套氨氣吸收系統(tǒng)，經(jīng)多次技術(shù)交流和市場調(diào)研，決定采用雙嶼實(shí)業(yè)自有知識產(chǎn)權(quán)的湍沖洗滌煙氣除塵脫硫技術(shù)[2]和濕式靜電除塵器煙氣凈化技術(shù)[3]對氨氣進(jìn)行處理。

2 設(shè)計(jì)煙氣條件

氨吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣條件為：①煙氣量35 000 m3（標(biāo)）/h；②氨氣≤40 000 mg/m3（標(biāo)）；③煙氣溫度≤250℃。

氨吸收系統(tǒng)出口煙氣要求為：①氨氣≤10 mg/m3（標(biāo)）；②煙氣溫度≤40℃；③系統(tǒng)氣相阻力降≤8 kPa。

3 工藝流程設(shè)計(jì)

來自爐窯的250℃煙氣通過煙道從降溫濃縮塔頂部進(jìn)入，在降溫濃縮塔湍沖洗滌泡沫區(qū)發(fā)生氨氣的吸收、硫酸銨漿液的提濃、熱量的傳遞，煙氣溫度降至60℃左右；接著煙氣進(jìn)入一級吸收塔，先經(jīng)塔體下部氣液分離，后上升通過塔體上部的一級吸收段噴淋洗滌；經(jīng)一級吸收塔洗滌后的煙氣進(jìn)入吸收水洗塔，先經(jīng)塔體下部的二級吸收段噴淋洗滌，后通過塔體上部的水洗段去除部分水沫并降溫至40℃以下；之后，煙氣進(jìn)入兩臺并聯(lián)的濕式靜電除塵器，通過電場將極細(xì)微粉塵去除；最后煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)接力后通過排氣筒外排大氣，工藝流程如圖1所示。

圖1 和合化工150 t/d硫酸銨氨吸收系統(tǒng)工藝流程

降溫濃縮段、一級吸收段、二級吸收段和水洗段均設(shè)有獨(dú)立的漿液循環(huán)系統(tǒng)。其中，為提高NH3吸收效率，水洗段漿液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置換熱器對煙氣進(jìn)行強(qiáng)制降溫。系統(tǒng)串液采用由稀向濃、由后向前、與煙氣流程逆向的串液方式，即稀硫酸母液→二級吸收段→一級吸收段→降溫濃縮段→結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

氨吸系統(tǒng)入口煙氣溫度有250℃，為確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，將廠區(qū)消防水管線與降溫濃縮塔保安噴頭入口相連。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，連鎖開啟煙氣緊急冷卻系統(tǒng)開關(guān)閥，消防水通過保安噴頭對煙氣進(jìn)行降溫，保護(hù)設(shè)備不受高溫?zé)煔鈸p壞。

4 工藝設(shè)備設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)說明

4.1.1 降溫濃縮塔

降溫濃縮塔規(guī)格為φ1 000/1 200 mm ，H=9 450 mm，主體材質(zhì)采用“碳鋼+PO+F4+石墨”，主要由高溫過渡段、逆噴段Ⅰ、逆噴段Ⅱ、補(bǔ)償器、噴嘴安裝段、連接彎頭等部件組成，與一級吸收塔底部儲液槽組合構(gòu)成“塔槽一體式”結(jié)構(gòu)。降溫濃縮塔共配置3只湍沖洗滌噴頭（每只流量為65 m3/h）和1只保安噴頭（Q=20 m3/h），循環(huán)洗滌液總量為215 m3/h，氨吸收系統(tǒng)至結(jié)晶系統(tǒng)的外排量為8 m3/h。

降溫濃縮塔采用湍沖洗滌煙氣除塵脫硫技術(shù)，待處理煙氣由降溫濃縮塔頂部自上而下進(jìn)入，循環(huán)洗滌液經(jīng)逆噴噴頭自下而上噴出，擁有極強(qiáng)表面更新能力的循環(huán)漿液由中向外均勻封住塔體，在一定的工作參數(shù)下與逆向接觸的煙氣形成動(dòng)態(tài)平衡的泡沫區(qū)，煙氣在此區(qū)域內(nèi)被洗滌吸收和降溫。降溫濃縮塔主循環(huán)泵設(shè)故障報(bào)警，正常情況下保安噴嘴循環(huán)漿液來自該循環(huán)泵，發(fā)生故障時(shí)由消防水向保安噴嘴供液，消防水由廠區(qū)內(nèi)消防水網(wǎng)供給。

4.1.2 一級吸收塔

一級吸收塔設(shè)計(jì)規(guī)格為φ2 800 mm，H=18 000 mm，主體材質(zhì)采用FRP，主要由塔體、降溫濃縮段集液槽、一級吸收段集液槽及其噴淋系統(tǒng)組成。塔體通過一級吸收段集液槽分為上下兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，塔體上部為一級吸收段噴淋循環(huán)系統(tǒng)，塔體底部貯液槽作為降溫濃縮段循環(huán)槽使用。一級吸收段采用空塔噴淋技術(shù)，煙氣自下而上，與噴淋系統(tǒng)噴射出的洗滌液逆流接觸，噴頭噴淋均勻穩(wěn)定，共配置特制噴頭24只，單只噴頭流量為8 m3/h，循環(huán)洗滌液總量為192 m3/h，噴淋覆蓋率達(dá)到300%。

4.1.3 吸收水洗塔

吸收水洗塔設(shè)計(jì)規(guī)格為φ2 800 mm ，H=18 000 m，主體材質(zhì)采用FRP，主要由塔體、二級吸收段循環(huán)槽及其噴淋系統(tǒng)、水洗段集液槽、水洗段填料及其分液槽布水系統(tǒng)組成。塔體通過水洗段集液槽分為上下兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，塔體上部為水洗段洗滌循環(huán)系統(tǒng)，塔體下部為二級吸收段噴淋循環(huán)系統(tǒng)。其中，二級吸收段采用空塔噴淋技術(shù)，共配置特制噴頭16只，單只噴頭流量為12 m3/h，循環(huán)洗滌液總量為192 m3/h，噴淋覆蓋率達(dá)到250%；水洗段采用填料洗滌技術(shù)，煙氣自下而上，經(jīng)填料層與來自分液槽的洗滌液逆流接觸，在此處被冷卻、洗滌和吸收，填料采用Y125規(guī)整填料，循環(huán)洗滌液總量為200 m3/h。

4.1.4 濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器型號規(guī)格為WESP-196，共配置兩臺，一開一備，主體材質(zhì)采用C-FRP，主要由上中下3氣室、陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、電場沖洗系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等組成。濕式靜電除塵器設(shè)計(jì)氣速為0.8 m/s，陽極管為正六邊形，內(nèi)切圓φ350 mm，長度6m，數(shù)量196根。

濕式靜電除塵器采用電場除塵技術(shù)[5]，通過電源系統(tǒng)使?jié)袷届o電除塵器的陰極和陽極系統(tǒng)之間形成高壓電場，煙氣進(jìn)入電場時(shí)，其中的含濕粒子被電離，在高壓電場力的作用下，含濕粒子定向移動(dòng)，被捕集到陽極管束內(nèi)面板上，最后在重力作用下自流至循環(huán)漿液系統(tǒng)，以此達(dá)到除塵除霧的目的。

4.1.5 引風(fēng)機(jī)

引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)格為Q=45 000 m3/h，p=8 800 Pa，共配置兩臺，一開一備，主體材質(zhì)采用316 L，設(shè)置于濕式靜電除塵器和排氣筒之間，配套電機(jī)采用變頻電機(jī)，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，其風(fēng)量和風(fēng)壓要滿足整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求，引風(fēng)機(jī)入口之前為負(fù)壓，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，在引風(fēng)機(jī)入口管段設(shè)置安全水封。

4.1.6 漿液循環(huán)及輸送泵

氨吸收系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)泵主要包括降溫濃縮段循環(huán)泵、一級吸收段循環(huán)泵、二級吸收段循環(huán)泵、水洗段循環(huán)泵、板框進(jìn)液輸送泵及板框?yàn)V液輸送泵等。為適應(yīng)循環(huán)漿液含鹽量高、腐蝕性強(qiáng)等特性，各循環(huán)泵及漿液輸送泵均采用耐磨耐腐蝕襯塑泵，所有泵均為臥式結(jié)構(gòu)。

4.2 設(shè)備主要材料說明

氨吸收系統(tǒng)循環(huán)漿液整體呈酸性，易腐易結(jié)晶，要求系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備及管道要有良好的防腐和防堵塞性能，經(jīng)綜合考慮，和合化工氨吸收系統(tǒng)設(shè)備和管道主要采用碳鋼緊襯聚烯烴（PO/C.S）和玻璃鋼（FRP）兩種材料。鋼襯PO 工藝主要是采用不同的專用窄分子量聚烯烴類樹脂，在200~300℃高溫下將其依次與鋼殼體熱融成為一個(gè)整體，成品PO 內(nèi)襯由底層、結(jié)構(gòu)層和面層構(gòu)成，在一定溫度下耐酸堿腐蝕性能優(yōu)良，其致密性和附著力是評判襯里層好壞的主要指標(biāo)。本項(xiàng)目玻璃鋼設(shè)備采用纖維纏繞成型工藝，通過大型微機(jī)控制纏繞機(jī)帶動(dòng)專用模具轉(zhuǎn)動(dòng)，將浸漬樹脂后的玻璃纖維連續(xù)均勻地纏繞在芯模上，待固化后獲得成型筒體，F(xiàn)RP 設(shè)備具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

和合化工依托廠區(qū)原有DCS 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對氨吸收系統(tǒng)的控制，通過對各運(yùn)行參數(shù)的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，來確保系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)主要控制及連鎖內(nèi)容為：①通過液位計(jì)監(jiān)測值來控制母液及串液管線上開關(guān)閥的開閉，自動(dòng)控制各塔、槽容器液位維持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。彼此之間從后一級逐步向濃度高的前一級連續(xù)不斷地串入一定數(shù)量的循環(huán)液。多余的循環(huán)液由降溫濃縮段循環(huán)泵出口側(cè)線排到結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步處理。②通過pH 計(jì)監(jiān)測值來控制堿液管線上開關(guān)閥的開閉，自動(dòng)控制各循環(huán)段內(nèi)pH 維持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。③當(dāng)降溫濃縮段循環(huán)泵供液量不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致保安噴嘴入口管道壓力降低，此時(shí)連鎖打開應(yīng)急開關(guān)閥，向降溫濃縮塔保安噴嘴供水，保護(hù)設(shè)備免受高溫?fù)p壞，應(yīng)急開關(guān)閥的水來自廠區(qū)消防水管網(wǎng)。④當(dāng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)異常時(shí)，關(guān)停該風(fēng)機(jī)的同時(shí)，連鎖啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。

6 氨吸收系統(tǒng)負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試車

和合化工尿素?zé)峤鉅t于2022年10月2日上午開始烘爐并投料，10 月2 日21 點(diǎn)左右開始產(chǎn)生氨氣，至10月3日10點(diǎn)，氨吸收系統(tǒng)入口煙氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測，系統(tǒng)入口煙氣條件為：煙氣量32 762 m3（標(biāo)）/h，煙氣溫度253℃，氨氣濃度71 983 mg/m3（標(biāo)），煙氣壓力-1.44 kPa；系統(tǒng)出口煙氣條件為：煙氣溫度32℃，氨氣濃度3.37 mg/m3（標(biāo)），引風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力-6.72 kPa。目前，氨吸收系統(tǒng)已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)月，各項(xiàng)參數(shù)均可達(dá)到且優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，無堵塞現(xiàn)象，深受用戶好評。

7 氨吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）多級裝置組合，吸收效率高。采用“一級湍沖逆噴洗滌+兩級噴淋洗滌+一級填料洗滌+濕式靜電除塵器”工藝，使用梯級吸收設(shè)計(jì)理念，根據(jù)氨氣濃度采用不同方式逐級吸收，吸收效率高達(dá)99.995%，具有系統(tǒng)配置緊湊、運(yùn)行可靠、吸收效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2）充分利用廢氣和廢液，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。氨吸收系統(tǒng)對尿素?zé)峤膺^程中產(chǎn)生的含氨尾氣、氰尿酸精制過程中產(chǎn)生的含稀硫酸廢液、硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶過程中產(chǎn)生的含硫酸母液等廢氣和廢液進(jìn)行綜合考慮，變廢為寶，將廢氨氣和含稀硫酸廢液利用起來生產(chǎn)硫酸銨產(chǎn)品，從而形成一套完整的清潔生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

3）外排煙氣觀感極佳。氨吸收系統(tǒng)先通過水洗段降低外排煙氣溫度，再通過濕式靜電除塵器去除煙氣中極細(xì)微水沫和顆粒物，明顯改善了外排煙氣拖尾現(xiàn)象，幾乎看不到白煙。

4）系統(tǒng)防堵性能優(yōu)異。氨吸收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，對容易堵塞的設(shè)備和管道部分，在設(shè)備結(jié)構(gòu)和管道布局上進(jìn)行優(yōu)化，有效避免了系統(tǒng)高含鹽量堵塞的問題。

5）系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備選材合理。遵循“既要工藝合理，又要經(jīng)濟(jì)節(jié)約”原則，對系統(tǒng)關(guān)鍵裝置的關(guān)鍵部位進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)，在保證耐腐蝕性能情況下分段考慮耐高溫性能，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行前提下降低工程投資。

8 結(jié)束語

本套氨氣吸收系統(tǒng)是一種成熟可靠的系統(tǒng)。工藝方面，采用梯級吸收和清潔生產(chǎn)設(shè)計(jì)理念，在保證極高吸收效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水零排放；設(shè)備方面，針對煙氣不同處理階段具有不同的溫度和腐蝕性能這一特點(diǎn)，在不同處理階段使用不同的材質(zhì)，關(guān)鍵部位重點(diǎn)保護(hù)，保證設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)約了工程造價(jià)；自控方面，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，關(guān)鍵控制點(diǎn)設(shè)置報(bào)警值，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。以上設(shè)計(jì)路線實(shí)現(xiàn)了在低投資的情況下對廢氨氣、廢稀硫酸液進(jìn)行綜合治理和資源化利用，為我國環(huán)保和節(jié)能事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一種新思路。