氨法脱硫生产中硫酸铵结晶差的原因及工艺优化措施

氨法脱硫生产中硫酸铵结晶差的原因及工艺优化措施

张进华，樊小明，段付岗，詹铁军

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西 华县714100）

［摘  要］结合陕化化肥公司烟气氨法脱硫装置的运行实际，针对生产过程中出现的硫酸铵结晶差、无产品产出的异常现象，分析主要是洗涤塔溶液的氧化率和pH、Ⅱ效蒸发器的温度以及硫酸铵浓度等控制出现偏差造成，采取相应的工艺优化调控措施后，生产恢复正常。

［关键词］  氨法脱硫；硫酸铵；结晶差；无产品；原因分析；调控措施

 ［中图分类号］ X 701.3  ［文献标志码］ B  ［文章编号］ 1004-9932（2015）05-0027-04

1 问题概述

陕化化肥公司“60·52”项目配套建设的燃煤锅炉（3×260 t/h）、烟气氨法脱硫装置（2×570 000 m³/h）和硫酸铵装置（30 kt/a）于2012年3月全面投入运行。目前，3台锅炉和2套脱硫装置已达产达标，但受各种因素的影响，硫酸铵装置尚未达到设计产能。

2014年11月24日，陕西省发布DB61941—2014《关中地区重点行业大气污染物排放限值》，锅炉烟气二氧化硫排放指标由不大于200 mg/m3调整至限值50 mg/m³，颗粒物含量由不大于30 mg/m³调整至限值20 mg/m³。自此，陕化化肥公司尝试调整氨法脱硫装置运行状态，以使现有装置处理后烟气达到新发布的排放标准。

与此同时，硫酸铵装置生产状况突然恶化，主要表现为硫酸铵结晶差、固液相无法分离、产品加工不出来，系统只好放料清理，再重新进料生产，偶尔又能形成结晶和产出成品。一期烟气脱硫洗涤塔的硫酸铵溶液用不成，改用二期的；二期的用不成，又改回一期；反复切换，来回折腾，但以使用二期硫酸铵溶液居多。

当Ⅱ效蒸发器出来的料浆中硫酸铵结晶较差时，尽管经过旋流器和稠厚器进一步提浓和增稠，再经过高速旋转的推料离心机进行高效、自动分离，但都无法将硫酸铵料浆中的大量水分甩净、脱干，而且即使投入离心机的料浆量很少，出料也是稠糊糊的一团；若强行放料进入流化床振动干燥器内，流化床会堵得一塌糊涂，热空气加不进去，物料无法干燥，生产难以维持，只好停车清理，且清理难度较大。在此情况下，即使有时料浆能干燥，得到的也是和流化床面积一样大的“大饼”，根本生产不出干散的粉状产品。因此，硫酸铵生产时好时坏，好少坏多，开停车频繁，开车率低，消耗高，产量低。2014年12月硫酸铵产量仅为98.2 t，2015年1月为110.5 t，和此前连续高产的3个月相比（2014年9—11月，硫酸铵产品产量连创新高，月均达到350 t以上，11月最高达到545.5 t），简直是天壤之别。

为了不影响一、二期烟气脱硫工序的正常运行，确保废气排放达标，陕化集团主要采取罐车输送的办法，每天将化肥公司生产的硫酸铵溶液向复肥公司运输4～6车，用于生产肥料级湿法磷酸和磷酸二铵产品^［1］ 。

2  原因分析

2.1  硫酸铵氧化效果差

氨法脱硫技术的核心就是用氨水吸收烟气中的SO₂气体，先进行酸碱中和反应，即氨和SO₂反应生成亚硫酸铵，再发生氧化反应，即亚硫酸铵在大量空气存在的环境中被氧化成硫酸铵。相关的化学反应式如下：

SO₂+2NH₃+H₂O=(NH₄)₂SO₃

2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄

当氧化效果不佳时，洗涤塔溶液中的主要成分为亚硫酸铵，其不利影响表现在以下2个方面：一是亚硫酸铵极不稳定，很容易发生分解，使得烟囱所排放的废气中夹带大量逸氨和硫酸铵气溶胶，在天空中不易散去；二是在硫酸铵溶液蒸发结晶过程中，因工艺条件不利于亚硫酸铵结晶，所生成的结晶体极为细小，难以脱水分离^［2］。

在结晶时好时差的生产中，陕化化肥公司曾取样检测硫酸铵溶液中有关工艺参数（见表1、表2），未发现硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵含量存在多大变化，氧化率也无法对比。

表1  硫酸铵结晶较好时脱硫工序洗涤塔的参数

2015-02-02    2015-02-03    2015-02-05     2015-02-09

指标名称             一期  二期     一期  二期     一期  二期    一期  二期 

氧化率/%             96.8  99.6     99.3  99.2     97.0  98.7     97.2  98.5

(NH₄)₂SO₄/%           42.5  30.8     43.5  30.6     43.7  31.2     41.8  30.2

(NH₄)₂SO₃/%           1.20  0.58     0.27  0.29     0.51  0.30     0.63  0.26

NH₄HSO₃/%           0.20  0.27     0.03  0.07     0.86  0.12     0.56  0.19

(Fe²⁺+ Fe³⁺)/mg·L^-1    26.8  19.0     27.5  15.1                     19.2  8.40

Cl^-/g·L^-1            5.40  5.40     6.50  6.40     13.4  9.50     10.8  7.20

COD/g·L^-1            5.10  2.90     6.00  5.00     8.70  5.40     8.80  7.40

pH                   5.80  4.40     5.70  5.02     5.98  6.30     5.72  5.16

氨水浓度/%                          6.40  6.40     4.30  4.30     2.70  2.70  

                 表2  硫酸铵结晶较差时脱硫工序洗涤塔的参数

                      2014-12-25    2014-02-27   2015-01-08    2015-01-10

指标名称             一期  二期    一期  二期    一期  二期     一期  二期 

氧化率/%                                                                

(NH₄)₂SO₄/%            45.7  43.5    44.6  36.7    37.8  15.6    40.8  31.5

(NH₄)₂SO₃/%            2.50  0.55    0.10  0.34    0.10  0.20    0.18  0.01

NH₄HSO₃/%           1.40  0.42     1.60  0.45    0.09  0.01    3.70  1.10

(Fe²⁺+ Fe³⁺)/mg·L^-1    10.6  8.10     29.3  11.2    8.50  3.40    48.7  47.6

Cl^-/g·L^-1             7.10  7.00    6.50  6.80    8.80  8.00    9.50  6.90

COD/g·L^-1            16.2  8.90     21.9  14.8    17.4  27.5    31.0  17.8

pH                                                5.30  6.50    6.05  5.82

氨水浓度/%                          6.40  6.40     3.40  3.40    6.71  6.71  

但是，硫酸铵生产极度困难时，发现氧化风机通入脱硫塔的空气温度为45 ℃，而通入洗涤塔的空气温度仅11 ℃，和室外大气温度相差无几，即洗涤塔未通入空气氧化，溶液的氧化效果差，大量的亚硫酸铵未及时转化为硫酸铵，这是产品加工工序结晶差、无产品产出的主要原因。

一、二期装置均存在这种情况，但由于一期脱硫塔和洗涤塔各有1台搅拌桨长期故障停运，可能存在大量的灰渣泥浆淤积而影响此处氧化空气的流通，因此使用一期硫酸铵溶液较使用二期硫酸铵溶液结晶更差、生产更困难。

更多内容请见《中氮肥》2015年第5期