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安徽省宁国司尔特化肥有限公司硫酸尾气氨法脱硫工程技术方案合肥宁垣工程技术有限责任公司2011年8月合肥宁垣工程技术有限责任公司11工程概况安徽省宁国司尔特化肥有限公司硫酸尾气氨法脱硫工程，其中硫酸尾气气量为75000Nm3/h，尾气压力为0.2KPa，尾气硫含量为1900mg/Nm3。2工艺技术方案确定的原则和依据目前普遍使用和具有代表性的脱硫脱硝技术有石灰石－石膏湿法（FGD）、海水脱硫法、半干法和干法、选择性催化还原法（SCR）等多种尾气脱硫、脱硝工艺技术。但上述方案普遍存在系统复杂、催化剂损耗高、设备成本高、投资大、系统运行耗能高，运行费用高等问题。在我国，尾气氨法脱硫技术具有很好的发展前景。氨法脱硫技术具有高脱硫率、副产硫酸铵化肥、系统简单、节省占地面积等优点。该技术用于脱除硫酸尾气中的二氧化硫具有广泛的应用价值。从经济技术角度看：氨法尾气脱硫的副产品是硫酸铵和亚硫酸铵，正是中国广大耕地所需要的含氮含硫的肥料。它可以单独使用，也可以和其他营养元素一起做复合肥料，有着广阔的市场需求。因此，硫酸尾气采用氨法脱硫是非常合理的选择。3氨法脱硫工艺技术分析与主要设备介绍3.1氨法脱硫机理氨法脱硫是一个典型的化学吸收过程，包括两个具体步骤：(1)吸收：SO2+2NH3+H2O=（NH4）2SO3SO2+（NH4）2SO3+H2O=2NH4HSO3NH3+NH4HSO3=（NH4）2SO3SO3+H2O=H2SO4H2SO4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+2H2O(2)氧化：2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4总反应为：SO2＋2NH3＋H2O＋1/2O2＝(NH4)2SO4(液体)3.2尾气氨法脱硫工艺流程3.2.1工艺介绍根据业主方提供的实际参数与要求，本工艺方案最终产品是浓度为20%~35%的液合肥宁垣工程技术有限责任公司2体硫酸铵。整套工艺系统包括尾气脱硫系统，氨水的配置、贮存、供应系统，工艺水系统，亚硫酸铵氧化、硫酸铵溶液存储及输送系统。本项目脱硫剂采用液氨：液氨经液氨蒸发器将液氨汽化，利用稀氨水喷射吸收，制得浓度约15%的氨水送至装置氨水槽中。本流程工艺采用我公司具有知识产权的多项专利技术：HFNY酸性气体脱硫工艺技术（申请号：201010217503.1）、脱硫塔亚硫酸铵储液槽（专利号：ZL200920187202.6）、高效双喷射氧化装置（申请号：201120073924.6）等。具体流程描述如下：硫酸尾气经旁路挡板门控制进入加压风机，经风机加压后输送至预脱硫塔，在预脱硫塔内尾气中的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，生成亚硫酸氢铵溶液（三氧化硫、酸雾与氨水生成硫酸铵）；未反应的氨水溶液与生成的混合溶液一起随尾气进入脱硫塔底，生成的亚硫酸氢铵溶液在脱硫塔底部与氨水反应生成亚硫酸铵，一部分循环从顶部进入脱硫塔，另一部分进入后续亚硫酸铵氧化工段。进入脱硫塔底部的硫酸尾气首先向上通过由开孔率为32%的分布板，分布板使脱硫塔内向上的尾气均匀分布。经过分布板被均匀分布的尾气，与脱硫塔喷淋层均匀雾化喷下的亚硫酸铵溶液逆流接触，气液传质大大加强，从而提高了吸收二氧化硫的效率。尾气中的SO2等酸性气体和亚硫酸铵溶液反应生成亚硫酸氢铵落入塔底；同时尾气中的氨也被洗涤下来。经过脱硫与洗涤，综合脱硫效率可以达到98%以上，尾气出口二氧化硫小于50mg/Nm3，氨含量低于5mg/Nm3。在尾气与脱硫溶液接触过程中，SO2被氨水和亚硫酸铵溶液吸收，并发生如下反应：SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3NH3+NH4HSO3=(NH4)2SO3SO3+H2O=H2SO4H2SO4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+2H2O尾气在喷淋区内脱硫后，向上进入除雾装置，为预防尾气中的氨含量超标及结晶合肥宁垣工程技术有限责任公司3堵塞而增大阻力，在除雾装置上部设置工艺水清洗装置，不仅可以起到清洗除雾装置预防堵塞作用，而且可以对尾气中夹带的氨再次吸收，降低尾气中氨含量。经除雾和清洗后的尾气经烟囱排放到大气。除雾后尾气中的雾状液滴小于75mg/Nm3。脱硫塔底生成的一定浓度的亚硫酸铵溶液，当溶液总浓度达到20%左右时，经过亚硫酸铵循环泵送至溶液过滤器，过滤溶液中夹带的细小颗粒杂质后进入氧化槽内。氧化槽靠氧化喷射器高速喷射产生的负压将空气带入，进入喷射器的空气和亚硫酸铵溶液充分混合，亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，其反应方程式如下：2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4氧化过后的硫酸铵溶液浓度在20%~35%之间，送入硫酸铵溶液槽，最后由硫酸铵溶液泵送入其他工段。3.2.2工艺技术特点(1)装置流程简洁，容易操作，可保证系统长周期稳定运行。(2)装置脱硫效率高，操作弹性大。(3)系统节能：脱硫塔液气比小，循环量小；运转设备少，电耗低；系统能耗在国内现有的尾气脱硫工艺中最低。(4)工艺采用宁垣公司多项专利技术：a.氨水制备采用先进的工艺技术，利用气氨溶解于水的反应热来气化液氨，解决了液氨蒸发需要蒸汽，氨水需要冷却的问题，降低运行费用；b.亚硫酸铵氧化采用塔外喷射二次氧化技术，亚硫酸铵的氧化率≥95%，完全可以满足硫酸铵纯度的要求。3.2.3脱硫装置设计保证值本设计的脱硫工艺具有前瞻性，可以满足未来10～15年日趋严格的排放标准。尾气脱硫保证效率≥95%，尾气SO2排放浓度≤200mg/Nm3；脱硫装置在尾气含量波动时，脱硫率不低于92.5%；脱硫装置入口SO2浓度≤2000mg/Nm3时，整个装置能够连续稳定运行。厂区硫酸系统50%～100%工况，任意5分钟平均值的脱硫效果均应达到下述保证值。合肥宁垣工程技术有限责任公司4脱硫保证效率≥95%尾气SO2排放浓度≤200mg/Nm3系统通风阻力≤1200Pa设备噪声≤80dBA脱硫装置可用率=100%脱硫装置漏风率≤1%净尾气NH3排放浓度≤10mg净尾气排放含水率≤75mg/Nm3硫酸铵氧化率≥95%脱硫系统装置年运行时间≥8000h净尾气排放林格曼黑度＜I级脱硫系统污水排放水质：无污水排放脱硫系统主要设备寿命≥30年回收硫酸铵溶液浓度：20%~35%。3.3.主要设备介绍3.3.1脱硫塔(1)脱硫塔结构本方案脱硫塔外壳采用Q235B。塔内特种防腐或整体玻璃钢（FRP），主要材料采用国际品牌的乙烯基树脂，在需要耐高温的部分采用了特种耐高温树脂。玻璃钢材料具有十分优良防腐蚀性能，制作工期短，基本不需要维护，使用寿命可以确保30年。脱硫塔配有足够数量大小合适的人孔和观察孔，人孔和观察孔无泄漏，而且附近设有平台，人孔尺寸至少是DN500，并且设计成易开易关的形式，在人孔上装有手柄。观察镜易于更换，而且安装有内部清洗措施。脱硫塔的下部为储液段，储存亚硫酸铵溶液，采用我公司的专利产品：脱硫塔亚硫酸铵储液槽（专利号：ZL200920187202.6）。在该段分安装有密度仪、一套差压式液位计和一套电容式液位计，在亚硫酸溶液的出口管上安装有pH计；通过压差式液位合肥宁垣工程技术有限责任公司5计和电容式液位计的测量值的不同，通过计算机可计算出脱硫塔内亚硫酸铵溶液的密度并显示出来，这样可以和密度仪测量的数值相互参考对比，及时准确地监控储液槽内亚硫酸铵溶液的密度，避免了因为个别检测仪表出现误差或失效造成的检测不准，导致脱硫塔内部管路因亚硫酸铵溶液浓度过高结晶堵塞的问题。脱硫塔的气体进口采用与水平夹角30°方向进入，气体及夹带的亚硫酸氢铵溶液喷射到塔底的液面上，避免了直接喷射到塔壁而造成的冲刷损害，气体夹带的液体和部分粉尘被液面捕获。(2)脱硫塔气体分布洗涤段分布、洗涤段为开孔率为32%的分布板。分布板使脱硫塔内向上的烟道气均匀分布，使得该段的气液传质大大加强，从而提高了吸收SO2的效率。(3)脱硫塔内部溶液喷淋系统脱硫塔内部溶液喷淋系统由分布器和雾化器及喷淋吸收段组成，喷淋系统的设计应能合理分布要求的喷淋量，将利用计算机进行模拟使尾气流向均匀，并确保硫铵溶液与尾气充分接触和反应。喷淋管材料选用耐腐、耐磨的复合材料，由乙烯基树脂、玻璃纤维或316L不锈钢构成，保证技术上可行且保证30年的服务寿命。溶液喷淋系统不仅能在母管内均匀分布溶液，而且也能把溶液均匀分配给连接雾化器，即喷嘴的支管。所有喷嘴能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴材料采用碳化硅或316L不锈钢材料制作。喷嘴与管道的设计也便于检修，冲洗和更换。(4)脱硫塔内部挡液环在脱硫塔的主吸收段（喷淋吸收段），经过分布洗涤段被均匀分布的烟道气，与脱硫塔喷淋层均匀雾化喷下的亚硫酸铵溶液逆流接触，烟道气中的SO2等酸性气体和亚硫酸铵溶液反应生成亚硫酸氢铵落入塔底；同时烟道气中的夹带的粉尘和氨也被洗涤下来。计算机模拟实验及生产实践都表明：在脱硫塔内靠近塔壁的环形区域，存在吸收液塔壁向下壁流和液体分布相对不均的问题，在环形区域内二氧化硫的吸收效率较低（75%），而中心区域的吸收率能到到99%，为解决此问题，在塔内壁设置了多套环形挡液环，使得吸收液和气体都集中在吸收率很高的中心部分，从而保证了出口二氧化硫脱除率。合肥宁垣工程技术有限责任公司6(5)脱硫塔气液分离系统脱硫塔出口净尾气携带水滴含量应小于75mg/Nm3。由于烟道气在脱硫塔内经净化、增湿后夹带的水量较多，所以需设置气液分离系统，具体包括除雾器的设计、安装和运行。除雾器的设计不仅能保证其具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果，而且要布置合理、便于更换。另外除雾器系统的设计还考虑了脱硫装置入口的飞灰浓度的影响。除雾器的布置结合了脱硫塔的设计统一考虑，方便运行和维护。除雾器安装在脱硫塔的顶部，以单个组件进行安装，组件能通过附近的吸收塔人孔门进入。除雾器用以分离净尾气中夹带的雾滴，保证除雾器出口尾气雾滴不大于75mg/Nm3（干基）。该系统还包括去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗。冲洗用水为工艺水，由单独设置的除雾器冲洗水泵提供。除雾器冲洗水泵设置两台，一运一备。为保证冲洗效果，还需对冲洗水的压力进行监视和控制，合理布置冲洗水母管，使每个喷嘴的进口压力基本一致。3.3.2预脱硫塔亚硫酸铵溶液从上部喷淋进入预脱硫塔，与硫酸尾气混合，脱除尾气中的部分SO2和酸雾后进入脱硫塔。3.3.3氨水储存、制备系统设置一个液氨蒸发器、吸氨喷射器、氨水储槽及2台氨水泵，可以将外来的液氨蒸发，制备为浓度约为15%的氨水供脱硫系统使用。氨水制备采用先进的工艺技术，利用气氨溶于水产生的反应热，加热液氨进行汽化，不仅节省了液氨汽化所需的热能，而且节省了冷却氨水所需的循环冷却水。3.3.4高效双喷射氧化装置高效双喷射氧化装置（申请号：201120073924.6）采用独特的塔外氧化技术和二次喷射氧化的方法，使亚硫酸铵溶液与空气强制混合，气液接触相当充分，顺流接触：空气在喷射器及氧化槽内的与亚硫酸铵溶液充分反应，使亚硫酸铵的氧化率可达到合肥宁垣工程技术有限责任公司795％以上，切实确保了副产品硫酸铵的品质。采用塔外二次喷射氧化技术提高了亚硫酸铵的氧化率，避免了脱硫塔内晶体析出，杜绝了由此造成的脱硫塔堵塞现象的发生，降低了循环泵的动力消耗。我公司采用独有的高效双喷射氧化装置，利用自吸喷射泵取代氧化风机，较传统的氧化风机塔内氧化相比，在降低能耗的同时，可以大大降低氧化系统的噪音，尤为重要的是可以确保亚硫酸铵氧化率大于95％以上。3.4本工艺和国内其它氨法脱硫工艺的比较3.4.1塔内氧化与塔外氧化差异目前国内氨法脱硫主要分为塔内氧化及塔外氧化两种技术，我公司推荐使用塔外氧化技术，而这两种技术最主要的区别在于将亚硫酸铵氧化成硫酸铵的工艺上:塔内氧化流程需要设置鼓风机向塔内鼓入大量空气，在塔底曝气氧化亚硫酸铵，得到硫酸铵，该工艺脱硫塔内部溶液为硫酸铵溶液、亚硫酸铵溶液、亚硫酸氢铵及氨水的混合溶液。众所周知氨法脱硫中吸收SO2的主要成分是氨水及亚硫酸铵溶液，而硫酸铵是没有吸收能力的。塔外氧化流程是将塔内一定浓度的亚硫