摘要:針對(duì)某煤化工燃煤鍋爐超低排放改造后出現(xiàn)的硫氨結(jié)晶品質(zhì)差原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討，并提出了初步建議。

關(guān)鍵詞:煤化工;氨法脫硫;超低排放;硫氨結(jié)晶

1概述

某煤化工廠4臺(tái)480t/h鍋爐超低排放改造完成后，經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)晶顆粒小，離心機(jī)出料困難，吸收塔漿池中的漿液呈懸浮狀，離心機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大，出料濕度大等問(wèn)題。特別是，在酸性氣入爐摻燒后，原煙氣SO2濃度偏高，同時(shí)由于燃燒不充分，原煙氣中存在H2S和硫磺，導(dǎo)致結(jié)晶困難、氧化率下降、漿液及硫銨產(chǎn)品呈黃色。該電廠在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中化工區(qū)產(chǎn)生的三種酸性氣(低甲酸性氣、酚回收酸性氣和煤氣水酸性氣)全部入爐燃燒。為了確保硫銨結(jié)晶正常，顆粒達(dá)到塔內(nèi)蒸發(fā)結(jié)晶的正常粒徑(0.10～0.15mm)，需要對(duì)相關(guān)可能性影響因素進(jìn)行具體分析。

2原因分析及措施影響

塔內(nèi)蒸發(fā)結(jié)晶工藝中硫銨結(jié)晶的主要因素有:吸收塔pH值、氧化率、煙氣中H2S和硫磺等雜質(zhì)、氨水中酚等雜質(zhì)。

2.1吸收塔pH值

吸收塔pH值高，使得濃縮段的脫硫效率上升，產(chǎn)生了大量的亞硫酸銨。如果不能及時(shí)將亞硫酸銨氧化成硫酸銨，則會(huì)生成大量細(xì)顆粒的亞硫酸銨結(jié)晶。這種漿液呈懸浮狀，黏度增加，會(huì)造成在離心機(jī)中布料不均勻，離心機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大，脫水困難等問(wèn)題。高濃度硫酸銨溶液的pH值約5.5。

正常運(yùn)行時(shí)，吸收塔濃縮段會(huì)吸收小部分SO2，使得吸收塔的pH值降低至2～3。正常運(yùn)行時(shí)，吸收塔濃縮段會(huì)吸收小部分SO2，使得吸收塔溶液的pH值降低、呈酸性。吸收塔濃縮段漿液的溫度取60℃，通過(guò)計(jì)算可知，濃縮段漿液中溶解的SO2的摩爾分?jǐn)?shù)xi=3.82×10-5，H2SO3的總濃度c=0.002123mol/L，[H+]=0.005644mol/L，即pH=2.25?？梢?jiàn)，正常運(yùn)行時(shí)，理論上吸收塔的pH值可以控制在2～3。在運(yùn)行過(guò)程中，如果集液器溢流和漏液、進(jìn)入濃縮段硫銨副線中含有較多的氨或者SCR過(guò)量的逃逸氨進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，則吸收塔的pH值會(huì)升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)超過(guò)5。

控制吸收塔pH值的主要措施有:

1)保證集液器不溢流和漏液。通過(guò)選擇合適的集液器開(kāi)孔面積、液體通流面積、集液器高度以及回管管徑，集液盤采用316L材質(zhì)，來(lái)保證集液器不溢流。

2)加氨槽和氧化槽單獨(dú)設(shè)置，吸收段實(shí)行分級(jí)吸收，保證二級(jí)吸收中氨完全反應(yīng)。

3)業(yè)主加強(qiáng)SCR加氨的控制，防止多余的氨量隨原煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。

2.2氧化率

如果亞硫酸銨的氧化率低，即溶液中存在大量的亞硫酸銨，而亞硫酸銨會(huì)先于硫酸銨產(chǎn)生細(xì)小結(jié)晶(粉末狀)，那么溶液呈懸浮狀，黏度增加，脫水困難。

在增容改造方案中，考慮到原煙氣中SO2質(zhì)量濃度較高，設(shè)計(jì)工況原煙氣中SO2質(zhì)量濃度為5521mg/m3。所以選擇氧硫比為6，通過(guò)提高氧硫比、加大氧化風(fēng)量來(lái)保證亞硫酸銨的氧化率不低于98.5%。

2.3煙氣中H2S和硫磺等雜質(zhì)

該廠天然氣工藝中會(huì)產(chǎn)生各種酸性廢氣，主要有低甲酸性氣、煤氣水酸性氣、酚回收酸性三種酸性氣，其中低甲酸性氣的熱值較高。該廠已完成酸性氣入爐摻燒改造，將這三股酸性廢氣送入已有煤粉鍋爐進(jìn)行摻燒處理。但是，由于酚回收酸氣中CO2的含量高達(dá)95%以上，在入爐摻燒時(shí)會(huì)影響到低甲酸性氣的燃燒，導(dǎo)致H2S不能充分燃燒。沒(méi)有燃燒完全的H2S一部分與煙氣中SO2發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成單質(zhì)硫隨煙氣被帶入脫硫系統(tǒng)，另一部分H2S進(jìn)入脫硫系統(tǒng)液相中被氧化生成單質(zhì)硫。因此，煙氣中H2S不僅本身會(huì)在脫硫系統(tǒng)中搶奪氧化空氣造成氧化率下降，而且反應(yīng)生成的單質(zhì)硫會(huì)影響硫銨的結(jié)晶，使硫銨結(jié)晶變小，嚴(yán)重時(shí)漿液呈絮狀、不結(jié)晶。

另外，單質(zhì)硫的存在還會(huì)影響硫銨產(chǎn)品的品質(zhì)，硫銨產(chǎn)品呈黃色。同時(shí)，還有一部分硫磺最終會(huì)隨著凈煙氣排向大氣，造成煙氣總塵超標(biāo)、出現(xiàn)黑色的拖尾。針對(duì)酸性氣體中H2S不能完成燃燒而產(chǎn)生硫磺雜質(zhì)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的情況，在增容改造方案中，主要采取以下兩個(gè)措施:

1)從源頭上控制，保證酸性氣體在爐膛中充分燃燒。對(duì)酸性氣入爐的位置進(jìn)行調(diào)整，尤其是酚回收酸性氣的入爐位置，避免影響低甲酸性氣的充分燃燒。

2)增加硫磺過(guò)濾系統(tǒng)，定期從循環(huán)槽中抽取一部分溶液中進(jìn)入硫磺過(guò)濾系統(tǒng)去除硫磺，降低溶液中硫磺濃度，消除硫磺對(duì)亞硫酸銨的氧化和硫酸銨結(jié)晶的影響。

2.4氨水中存在酚等雜質(zhì)

原有脫硫系統(tǒng)的脫硫劑采用的是酚回收車間產(chǎn)生的廢氨水，廢氨水中酚等雜質(zhì)含量較高。查閱源頭稀氨水某一時(shí)段的檢測(cè)數(shù)據(jù)，氨水中總酚平均質(zhì)量濃度為64.1mg/L，最大質(zhì)量濃度118.3mg/L、最小質(zhì)量濃度24.9mg/L。廢氨水中的酚，尤其是其中的不揮發(fā)酚，在脫硫系統(tǒng)中累積到一定程度后會(huì)影響到硫銨的結(jié)晶，造成結(jié)晶顆粒小，嚴(yán)重時(shí)漿液呈絮狀、無(wú)法結(jié)晶。

建議業(yè)主對(duì)酚回收產(chǎn)生的廢氨水進(jìn)行脫酚提純處理，使得用于脫硫的廢氨水達(dá)到《氨水煙氣脫硫工程通用技術(shù)規(guī)范》(HJ2001-2018)中對(duì)副產(chǎn)氨水的要求(表1)。

表1氨水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3結(jié)論

1)對(duì)于超低排放改造過(guò)程中出現(xiàn)的硫銨結(jié)晶問(wèn)題，通過(guò)分析提出控制吸收塔pH值、提高亞硫酸銨的氧化率以及增加硫磺等雜質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)等方面賴保證硫酸銨結(jié)晶，粒徑達(dá)到塔內(nèi)蒸發(fā)結(jié)晶的正常粒徑(0.10～0.15mm)。

2)需保證酸性氣體的充分燃燒、對(duì)廢氨水進(jìn)行脫酚處理，從源頭上控制影響硫銨結(jié)晶和氧化的雜質(zhì)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。同時(shí)，加強(qiáng)后處理系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)，關(guān)注離心機(jī)篩網(wǎng)網(wǎng)孔變大的情況，定期更換離心機(jī)篩網(wǎng)，保障后處理能正常出料。