2019年第 5 期2019 年 11 月烧结烟气氨法-塔内结晶脱硫工艺技术要点无线充电ic
李增军 廖国平
（玉钢环保能源部）
摘 要本文以玉钢260 m2烧结烟气氨法-塔内结晶脱硫工艺系统为例，介绍了玉钢是如何通过烟气洗
涤-塔内结晶工艺控制、烟气脱硫工艺控制、处理“胶着浆液”的工艺控制、装备配置控制来解决运 行过程中存在的副产品出料难、运行不稳定等问题，最大限度地发挥该工艺的技术优势。玉钢氨法-
塔内结晶脱硫系统运行稳定、高效，液氨-硫铵转化达3.7以上，综合脱硫率达90 %以上，取得了较好
的环境和社会效益。
关键词 氨法 塔内结晶 “胶着浆液” 工艺控制 装备配置
1 前言
玉钢烧结厂260 m2烧结机烟气脱硫采用氨法-塔内结晶工艺，该工艺系统在总结原2×105 m2烧结机氨法-
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蒸发结晶脱硫设计运行经验的基础上，创新工艺装备设计，配套新建脱硫装置。260 m2烧结机烟气脱硫系统在建成投入运行后，遇到了“胶着浆液”影响副产物出料难、系统运行不稳定问题。经过研究摸索和总结，通过优化完善工艺控制、改进提升系统装备配置来充分发挥该系统工艺及装备技术优势，确保玉钢烧结厂260 m2烧结机烟气脱硫系统长周期稳定、高效运行。
2 玉钢260 m2氨法-塔内结晶脱硫系统简介2.1 工艺流程
该工艺系统主要包括烟气系统、浆液洗涤浓缩系统、烟气吸收系统、硫铵生产系统、液氨（氨水）供应系统、工艺水系统、空气氧化系统及其他附属系统，见图1。
2.1.1 烧结机烟气经主抽风机出口原烟道引出，进入洗涤塔，在洗涤塔内与喷入的硫铵浆液混合，利用烟气余热对硫铵浆液进行浓缩结晶，同时对烟气中的杂质进行洗涤。
1）降温后的烟气由洗涤塔顶部引入脱硫塔，在脱硫塔中，喷入的氨水-亚硫酸铵-硫酸铵混合液与烟气进行液气两相间的剧烈紊动，使烟气中的SO2及SO3等大幅度溶解到混合液中，并发生瞬时硫铵反应，烟气中的SO2及SO3等被反应脱除，实现高效脱硫。
2）洗涤塔内经过浓缩结晶的浆液由浆液输出泵送至一级旋流器、结晶罐作进一步的结晶、养晶反应，增加浆液中硫酸铵的固含量。
3）结晶罐中固液混合浆液经结晶泵送人二级旋流器或高效离心机进行固液分离、再经振动流化床干燥后最终得到硫铵产品。
2.2 氨法脱硫-塔内结晶工艺的优势
1）脱硫反应高效，脱硫效率高
图 1 氨法-塔内结晶脱硫工艺流程图
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液氨及配置浓度为8 %左右的氨水是SO2、SO3等酸性气体较为理想、高效的碱液吸收剂。在气液比充分均衡的条件下，其传质反应速率较快，可在瞬间完成，脱硫效率可轻松达到90 %以上。
2）无废水及脱硫副产物的二次污染，副产物可作化肥、化工原料综合利用
系统所用水为设备冷却水及工艺补充水，冷却水循环使用不外排，旋流器、离心机产生的浆液返回洗涤塔内继续参与浓缩结晶反应，不产生废水。脱硫副产物为硫酸铵，水分小于3 %，含氮量大于20 %，可作为氮肥及复合肥使用，也可作为五氧化二钒提取、复合肥生产的化工原料。不产生二次污染。
3）塔内结晶工艺设备维护量少，实现高效节能目标，
氨法-塔内结晶工艺省去了硫铵蒸发结晶的工艺设备，设备维护量大幅减少，同时，低压饱和蒸汽的使用量也大幅降低，实现高效节能目标。
3烧结机烟气氨法脱硫-塔内结晶工艺控制要点
为有效发挥烧结烟气氨法脱硫-塔内结晶工艺的技术优势，解决运行过程中存在的副产品出料难、运行不稳定问题，需要优化完善工艺控制。主要的工艺控制包括烟气洗涤-塔内结晶工艺控制、烟气脱硫-塔内氧化工艺控制、处理“胶着浆液”的工艺控制。
3.1 烟气洗涤-塔内结晶工艺控制
烟气洗涤-塔内结晶工艺是硫酸铵母液在洗涤塔内与原烟气换热浓缩达到过饱和而实现硫酸铵结晶。该工艺控制主要有以下几点：
1）浆液浓缩过程控制
在集中出料前，减少洗涤塔补水量，硫酸铵母液经洗涤塔两级喷淋层与150 ℃的烧结原烟气进行充分循环换热蒸发、浓缩结晶，降低洗涤塔液位，提升洗涤塔浆液密度至1.25以上，实现浆液含固量大于15 %。把经过浓缩结晶的浆液由浆液泵送入旋流器、养晶罐进一步浓缩结晶。
2）浆液稀释净化控制
不需要集中出料时，对具有一定含固量的浆液进行稀释溶解，通过增加脱硫塔硫酸铵母液补充量和薪水补充量提高洗涤塔液位，控制塔内浆液密度在1.2以下，保证浆液含固量小于5 %。为保证塔内浆液更好地结晶反应，经稀释溶解的浆液通过除尘输送泵送至斜管沉降槽和板框压滤机进行浆液净化处理。
3）塔内浆液紊流控制
为确保塔内浆液更充分地混合溶解，同时尽可能地减少洗涤塔内硫酸铵结晶体和杂质沉积于塔底，浆液通过射流泵在塔底循环射流形成紊流区。根据浆液中杂质的去除情况以及液位情况，选择开启1台或2台射流泵。
3.2 烟气脱硫工艺控制
操口红二氧化硫的吸收过程主要在脱硫塔内完成。脱硫塔内的主要化学反应有：
SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3
SO2+H2O+(NH4)2SO3=2NH4HSO3
NH4HSO3+NH4OH=(NH4)2SO3+H2O
2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4
根据化学反应方程式，脱硫系统既包含SO2气体的吸收，又包括亚硫酸盐的后续氧化，是一个连续复杂的过程。为更好地吸收二氧化硫，促使反应正向进行，维持好浆液吸收中和反应和氧化反应的平衡，
需控制好氨水投加量和脱硫浆液氧化程度。
1）氨水投加与脱硫塔浆液PH控制
根据二氧化硫入口浓度情况及脱除效率的要求，结合实际操作经验，保证吸收浆液更好的吸收效率，脱硫塔浆液PH值要求控制在5～6范围内，并且氨水通过输送泵经调解阀以相对稳定的流量从脱硫塔中部加入。氨水加入量根据脱硫塔浆液PH值变化情况而做相应增减。同时，根据入口二氧化硫浓度情况，在保证脱硫效率稳定和气液比均衡的情况下，脱硫循环泵可启用1台或者2台。另外，根据酸性溶液对设备的腐蚀机理以
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及实际设备维护经验，为减少浆液对循环泵的腐蚀，浆液PH值不得低于4。
2）脱硫塔浆液密度与氧化控制
为减少脱硫塔内浆液结晶体的形成和沉积，根据实际操作经验，通过维持脱硫塔合理的液位，控制浆液密度应小于1.1。同时，为确保脱硫塔浆液合理的氧化程度，通过氧化风机通入流量为70 Nm3/min的氧化空气对混合将夜进行强制氧化。
3.3 处理“胶着浆液”的工艺控制
闪蒸器在实际运行过程中，当脱硫系统运行一段时间后，硫酸铵母液粘度升高，母液中含有大量以铁盐和钙盐为主的杂质难以通过斜管沉降及板框压滤进行有效分离，逐渐形成絮凝状的“胶着浆液”。当“胶着浆液”不断富集增加，导致硫酸铵母液经换热浓缩后结晶情况不理想，两级旋流器浓缩后副产品难以出料，从而造成整个脱硫系统处于恶性循环，对系统危害极大，致使脱硫系统无法正常运行。为有效避免及处理“胶着浆液”，根据有关理论及实际处理经验，主要有以下控制措施：
1）合理控制洗涤塔内浆液PH值
根据PH值对硫酸铵溶解度及结晶介稳区的影响[1]，由脱硫塔引入的硫酸铵母液在吸收了二氧化硫后酸性提高，母液粘度增大，增加了硫酸铵分子的扩散能力，阻碍了晶体的正常生长。同时，晶体形状也从长宽比小的多面颗粒转变为有胶结趋势的细长六棱柱形，甚至是针状。
为避免母液酸性提高导致粘度增大，要合理控制洗涤塔浆液的PH值，按照实际处理经验，当洗涤塔浆液酸性不断提高时，通过加大脱硫塔硫铵母液的供给，以及向洗涤塔内投加一定量的氨水，提高洗涤塔浆液碱度，可有效降低母液粘度。根据经验总结，洗涤塔PH控制在3.5以上时，母液粘度可得到有效控制，PH控制在3.5～4.0范围内，氨水消耗较经济合理。
2）加大浆液杂质的日常净化处理
日常运行过程中，在集中出料前，先降低洗涤塔浆液密度，加大浆液净化处理量，提高斜管沉降及板框压滤处理效率，提高浆液中灰尘、钙盐、铁盐等杂质的去除量。
3）“胶着浆液”塔外溶解沉淀处理
当烧结烟气二氧化硫浓度升高或波动较大时，浆液PH值较难控制，副产物出料负荷加重并且出料频次不稳定，调节洗涤塔PH值已无法降低“胶着浆液”比重。此时，需对“胶着浆液”进行塔外溶解沉淀处理。
将此时的洗涤塔浆液导出进入事故浆液罐或沉淀池，通过单独投加氨水，提高浆液PH值至8以上，对浆液中絮凝状“胶着浆液”的硫酸铵晶体、钙盐、铁盐等进行溶解、沉淀，恢复硫铵母液的溶解饱和度和纯净度。经过塔外溶解沉淀处理后的纯净浆液再次返回洗涤塔进行塔内浓缩结晶，从而使脱硫系统保持正常运行。
4烧结机烟气气氨法-塔内结晶脱硫的装备配置技术要点
合理的设计和设备选型是氨法-塔内结晶脱硫工艺稳定顺行的重要基础保障，脱硫系统装备的配置从设计阶段就经过缜密计算和选型，并在运行过程中不断地进行提升和完善。
4.1 脱硫塔、洗涤塔配置技术要点
脱硫塔、洗涤塔是氨法脱硫的主反应及塔内结晶的关键装备，其设计、配置尤为关键。其中主要配置要点有以下方面：
1）做好两塔的直径、高度、进气方式以及三级喷嘴的选型及布置测算，以满足合理的设备压降、反应气速、气流均匀分布要求以及气液接触面积，保证较好的气液传质效果[2]。
根据设计烟气量及脱硫效率，经设计单位模型测算，玉钢公司脱硫塔直径为11 m，高55 m，洗涤塔直径为11 m，高22 m，原烟气通过向下倾斜30º的烟道进人洗涤塔，洗涤降温浓缩后的烟气从洗涤塔顶部通过连接两塔向下倾斜30º的烟道进入脱硫塔。
2）为减少烟气带水量及氨、硫铵逃逸量，
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两塔均设计布置折流板式除雾器，并配置除雾器冲洗泵及冲洗管网喷头。其中，脱硫塔顶布置三层除雾器，洗涤塔顶部布置一层除雾器。根据除雾器结构、系统带水负荷和气流方向，合理布置除雾器，并通过两塔直径的合理设置，将通过除雾器断面的超高且又不致二次带水时的烟气流速（临界流速）[3]选定在3.5～5.5 m/s范围内。
3）塔体及配套喷淋管网均采用耐腐蚀、强度高的玻璃钢制作。根据烟气温度、工况负荷、荷载条件
等，选用科学的玻璃钢原料配方及制作工艺，发挥玻璃钢材质的质轻而硬，耐腐蚀、不导电，性能稳定，机械强度高的优势，确保主体设施安全稳定使用。
4）合理设置塔底浆液紊流系统和氧化系统。在洗涤塔底部设置射流泵及浆液循环紊流管网喷头系统，保证洗涤塔内浆液晶体不沉积；在脱硫塔底部设置强氧化风机及管网喷吹系统，保证脱硫塔吸收后浆液得到充分有效氧化，促进系统吸收反应正向进行。
光纤电流互感器4.2 工艺泵体配置技术要点
1）脱硫塔循环泵选用不锈钢泵壳加合金叶片的耐酸、耐腐蚀泵。
2）洗涤塔循环泵、氨水泵、射流泵均选用钢衬聚烯烃（PO）泵壳加树脂叶片的耐腐蚀、耐磨泵，过流部件均为耐腐耐磨工程塑料。
4.3 硫铵产品出料关键设备配置技术要点
1）旋流器配备两级浓缩脱水旋流，材质选用耐腐蚀、耐磨的玻璃钢材质，每级脱水效率达50 %。同时，完善增设了事故浆液罐及沉淀池，为“胶着浆液”的塔外溶解沉淀处理提供装备保障。
2）根据实际工况和浆液条件，玉钢完善增设了具备较高浓缩脱水效率、同时可去除部分母液杂质的
高效离心机，其转鼓直径1 250 mm、转速735～980 r/min，脱水效率达95 %以上，在配合“胶着浆液”塔外溶解沉淀工艺控制的条件下，较好地解决了脱硫系统实际运行过程中副产品出料难的问题。为氨法-塔内结晶工艺优势的发挥起到了重要作用。4.4 其他关键设备配置
1）氨水调节阀作为氨水投加量的控制设备，要做到氨水流量的精准控制，流量控制能达到0.1 m3以内的控制精度。同时满足与洗涤塔PH或入口二氧化硫浓度变化的连锁自动控制。
2）在线监控仪表设施作为工艺操作精准控制的关键测量设备，PH计、氨水流量计、浆液密度计、二氧化硫监测仪的监测数据都是工艺控制的重要参数，要保证其准确度和稳定性，同时进行定期校验、校准及备件更换。
5 结语
1）通过优化烟气洗涤-塔内结晶工艺、烟气脱硫-塔内氧化工艺以及完善处理“胶着浆液”的工艺控制，玉钢260 m2烧结烟气氨法-塔内结晶脱硫工艺系统的运行控制水平得到显著提高，系统保持长周期高效运行。
2）在总结氨法-蒸发结晶脱硫工艺系统的基础上，通过设备选型设计优化及运行过程中的完善改进，提升了脱硫塔、洗涤塔、工艺泵体、副产品出料设备等关键装备的配置水平，确保了玉钢氨法-塔内结晶脱硫系统长周期安全稳定运行。
3）玉钢氨法-塔内结晶脱硫工艺通过上述技术要点的完善优化，解决了运行过程中存在的副产品出料难、运行不稳定等问题，运行效果良好。该系统液氨-硫铵转化率达3.7以上，综合脱硫率达90 %以上，充分发挥了氨法-塔内结晶脱硫工艺的技术优势，取得了较好的环境和社会效益。
参考文献：
[1] 殷萍、卫宏远.PH值对硫酸铵溶解度及结晶介稳区的影响[J].化学工业与工程,2009,26卷(2期):137-140
[2] 郑富林[D].多级液柱喷射塔的流场特性分析与传质模型探讨.青岛: 青岛科技大学，2014
[3] 谢乾[D].脱硫除雾器除雾性能研究.北京：华北电力大学，2009
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