800kt/a硫黃制酸裝置尾氣脫硫系統運行實踐與優化

盧云暉

（云南天安化工有限公司，云南安寧 650309）

云南天安化工有限公司（以下簡稱天安公司）2套800 kt/a 硫黃制酸裝置分別于2005年3月和2007年10月建成投產。GB 26132—2010《硫酸工業污染物排放標準》規定，自2013年10月1日起硫黃制酸裝置的尾氣排放執行ρ(SO2)≤400 mg/m3。迫于環保壓力，天安公司決定對制酸裝置的尾氣脫硫系統進行改造，通過對相關廠家進行考察，最終決定由云南亞太環保股份有限公司（以下簡稱亞太環保）負責設計并承建。天安公司制酸尾氣脫硫工藝采用亞太環保具有自主知識產權的氨法脫硫技術，以質量分數為10%～15%的氨水為脫硫劑，脫硫副產物為質量濃度為280～300 g/L 的硫酸銨溶液。該尾氣脫硫系統改造項目于2012年8月開工建設，同年12月建成相繼投產，經過一段時間的運行，出現了一些問題，技術人員采取針對性措施，并對裝置進行了優化，取得了良好的效果，排放尾氣中的SO2和硫酸霧濃度遠低于國家標準限值。

1 氨法脫硫裝置及工藝流程

氨法脫硫是典型的氣液兩相化學吸收過程，主要包括吸收和氧化兩個步驟，在氨法尾氣脫硫裝置的脫硫塔和氧化塔內完成。脫硫塔作為脫硫裝置的主要設備，必須能適應較大的煙氣氣量波動，并具有較高的脫硫效率，天安公司氨法尾氣脫硫裝置的脫硫塔采用亞太環保的專利技術，是一種集凈化、吸收功能為一體的新型塔設備，脫硫效率可達95%以上，系統阻力相對較小。氧化塔也采用亞太環保的專利技術，主要部件為玻璃鋼材質，下部設置曝氣裝置、加熱裝置，中部設置布氣裝置，將底部上升的空氣進行再布氣。為達到較好的生產工藝控制指標，該尾氣脫硫裝置配備相應的檢測和控制儀表，對脫硫塔內循環吸收液的pH 值和密度、氨水和工藝水的補充量等關鍵參數進行全自動化控制，使整個脫硫裝置高效、長期穩定運行。

天安公司氨法脫硫工藝流程見圖1。

圖1 氨法脫硫工藝流程

來自二吸塔出口的制酸尾氣進入脫硫塔，在脫硫塔填料層內，尾氣中的SO2被噴淋的亞硫酸銨溶液吸收生成亞硫酸氫銨。為利于吸收反應持續進行，在脫硫塔底部向吸收液中補充氨水將亞硫酸氫銨轉化為亞硫酸銨，使吸收液再生。大部分亞硫酸銨溶液經循環泵加壓后送入脫硫塔噴淋層對SO2進行循環吸收，循環吸收液被不斷蒸發濃縮，需連續加入工藝水或循環水，調節溶液密度在1.12～1.18 g/mL。當脫硫塔液位升高時，循環吸收液通過控制閥送入亞硫酸銨氧化塔，從塔底通入的壓縮空氣經微孔曝氣裝置與亞硫酸銨溶液充分接觸進行氧化，在微量催化劑作用下亞硫酸銨被氧化成硫酸銨，氧化率可達99%以上。氧化塔內合格的硫酸銨溶液從氧化塔上部溢流進入硫酸銨液槽儲存，再經硫酸銨泵送至磷肥生產系統使用。塔內過量的空氣，通過連通管進入脫硫塔，經脫硫塔上部除沫層除去液沫后經煙囪排入大氣。

尾氣脫硫后的亞硫酸銨溶液一般低于30 ℃，在該溫度下亞硫酸銨的氧化率較低。向氧化塔內直接通入蒸汽，使塔內母液溫度升高到50～60 ℃，以利于亞硫酸銨的氧化。

2 運行過程存在的問題及解決措施

2.1 脫硫塔噴嘴堵塞

尾氣脫硫裝置運行一段時間后，煙囪煙霧量明顯增大，二氧化硫排放濃度升高。從脫硫循環槽中取樣觀察，脫硫液為棕黃色，有絮狀沉淀物和一些微小晶體物質，測定其pH 值為7.2。經綜合分析，溶液中的絮狀物應是鐵、鈣、鎂等離子在脫硫塔內與75 ℃左右的煙氣接觸，循環濃縮后形成的氫氧化物膠體，該物質易堵塞脫硫塔噴嘴；隨著脫硫液被不斷濃縮，其中的硫酸銨結晶析出堵塞噴嘴，導致塔內脫硫液分布不均，使脫硫效率下降，在煙囪出口形成煙霧。

為防止生成氫氧化物膠體，技術人員嚴格控制循環吸收液的pH 值在5.5～6.0，確保吸收液呈酸性。嚴格控制循環吸收液的密度在1.15 g/mL 以下，可有效阻止硫酸銨結晶析出。同時，利用大修時間，及時清除脫硫塔底部的結晶及雜物，可有效解決噴頭堵塞的問題。

2.2 硫酸銨溶液輸送管線腐蝕

脫硫循環槽送往氧化塔的硫酸銨溶液pH 值在5.5～6.0，腐蝕性較強，經常造成硫酸銨溶液輸送管線腐蝕穿洞。同時，部分未與氨反應轉化成亞硫酸銨的亞硫酸氫銨被送往氧化塔，還會造成亞硫酸銨氧化率降低。

技術人員通過在氧化塔底部通入氨水，使亞硫酸氫銨轉化為亞硫酸銨，同時提高氧化塔中硫酸銨溶液的pH 值。多余的氨水經管線引回到脫硫塔，參與吸收反應，從而解決了硫酸銨溶液腐蝕輸送管線的問題。

2.3 煙囪冒大煙

正常情況下，煙囪排出的大部分氣體是水蒸氣，但當上游工序或脫硫工況異常時，煙囪會冒出濃重的煙霧，需根據煙霧形成的不同機理采取針對性措施：

1）氨水加入量不夠，脫硫液pH 值較低，亞硫酸銨生成量少，降低了脫硫液對二氧化硫的吸收能力。應迅速提高氨水的加入量，提高脫硫液的pH 值，有利于亞硫酸銨生成，提高二氧化硫吸收率。

2）氨水加入量過大，大量的氨從脫硫液中逸出，形成氨霧，其主要表現為脫硫液pH值高出正常值。該情況下應減小氨水加入量，將脫硫液的pH值控制在5.5～6.0，消除氨霧的形成條件。

3）二吸塔出口尾氣溫度過高。尾氣溫度升高會降低SO2在脫硫液中的溶解度，同時易造成溶液中的氨逃逸。解決措施是調節二吸塔酸冷卻器的冷卻水用量，降低硫酸的溫度，從而降低脫硫塔入口的尾氣溫度。

3 尾氣脫硫裝置優化

3.1 尾氣排放煙囪改造

脫硫塔的玻璃鋼煙囪高度為60 m，擴散半徑較小，在脫硫裝置開車期間或主裝置出現異常時，二吸塔出口尾氣中ρ(SO2)可達3 000～7 000 mg/m3，遠超脫硫塔的處理能力，大量的SO2和水蒸氣形成的亞硫酸霧不容易擴散，迅速沉降在煙囪周圍，造成安全環保風險。經過分析論證，技術人員對原尾氣脫硫裝置遺留的100 m 煙囪進行除銹，并內襯玻璃鱗片，使之適應來自脫硫塔的高濕度、強腐蝕的脫硫尾氣，有效化解了異常情況下的安全環保風險。

3.2 氨水調節閥優化

脫硫塔的氨水加入量較小，一般保持在0.5 m3/h 左右，而氨水加入管的管徑較大，不好控制流量，需將調節閥前后的手動閥關小才能控制加氨量，難免有時會出現氨水加入量忽大忽小，造成尾氣排放濃度波動。經工藝計算后，技術人員將調節閥由DN50 改為DN25，氨水流量再未出現大幅波動。

3.3 pH計監測位置優化

脫硫塔液位控制在2 500～3 000 mm，pH 計安裝在脫硫塔底部高約800 mm 的位置，氨水由塔底部環形管線加入。在脫硫塔底部，氨水和循環吸收液混合不充分，反應不完全，pH 計安裝的位置較低，pH 監測值比真實值偏高，造成實際氨水加入量不足。技術人員在脫硫循環泵出口取樣管上增加一個取樣桶，將pH 計探頭裝入取樣桶中，實現了pH 計監測數據能夠真實反映循環液pH 值的目的，方便操作人員控制氨水流量。

3.4 用循環水替代工藝水

針對公司要求實現廢水零排放的目標，經過分析論證，技術人員利用循環水替代工藝水調節循環吸收液的密度，節約了工藝水用量。2 套尾氣脫硫裝置每年可節約水費10 余萬元，同時減少了污水處理費用和環保壓力。

3.5 氧化風機開車率優化

原設計氧化塔內的脫硫液與風機輸入的空氣混合，將亞硫酸銨氧化成硫酸銨送復肥裝置使用。實際生產中二吸塔出口尾氣中φ(O2)在6%～7%，ρ(SO2)為460 mg/m3，低于設計值960 mg/m3，脫硫液循環時間較長，大部分亞硫酸銨已在脫硫塔內氧化為硫酸銨。通過在氧化塔通入氨水，延長靜置時間等措施，自然氧化后能使亞硫酸銨氧化率大于99%。循環吸收液密度指標由1.12～1.18 g/mL 改為1.14～1.15 g/mL，增加亞硫酸銨在塔內停留時間，提高氧化率。停用氧化風機后，每年可節約電費10 余萬元。

4 氨法脫硫裝置運行情況

天安公司的尾氣脫硫裝置經過優化，實現了穩定高效運行，制酸尾氣實現達標排放。尾氣脫硫系統主要工藝參數見表1，氧化塔運行數據見表2，煙囪排放尾氣數據見表3。

表2 氧化塔運行數據

表3 煙囪排放尾氣數據

5 結語

氨法脫硫技術將回收的SO2全部轉化為硫酸銨肥料，不產生廢水、廢渣，實現了元素資源化利用，符合當前綠色環保要求。天安公司結合氨法尾氣脫硫裝置的特點和工藝條件，針對運行過程中出現的脫硫塔噴嘴堵塞、硫酸銨溶液輸送管線腐蝕、煙囪冒大煙等問題，采取相應措施進行了解決，同時對原設計進行優化改進，使亞硫酸銨的氧化率大于99%，排放氣體中ρ(SO2)＜180 mg/m3，硫酸霧(ρ)控制在20 mg/m3以下，在降低運行費用的同時，減少了污水處理費用和環保壓力，確保了尾氣脫硫裝置的長周期和高效運行。