氨法脱硫塔硫酸铵不结晶原因及处理措施

陈长伟

陕西长青能源化工有限公司 陕西宝鸡 721400

摘要：氨法脱硫技术作为湿法脱硫技术的一种，具有脱硫效率高、无固废产生、能耗低等优点，是属于可资源化的脱硫技术之一。近年来得到了环保相关部门的政策鼓励，在我国得到了快速的推广应用。目前应用主要分布于以下几个领域：（1）化工（包括石油、石化等）企业的自备燃煤热电联产锅炉烟气脱硫，约氨法脱硫市场份额的70%左右；（2）其他行业的自备燃煤热电联产机组烟气脱硫，如有色、制药、造纸、工园区等，约占10%；（3）钢铁行业烧结烟气脱硫，约占10%；（4）火电厂烟脱硫，约占5%（5）石油化工行业、有色等非燃煤工艺废气的二氧化硫脱除，括硫酸生产尾气、煤化工硫回收尾气、炼油催化裂化烟气等，约占5%。

关键词：硫酸铵 ；结晶 ；氨法脱硫

引言

氨法脱硫工艺在燃煤锅炉脱硫除尘工段应用广泛。在锅炉脱硫塔的实际运行中，其重要指标就是硫铵是否良好结晶。目前硫铵结晶过程中存在硫酸铵晶粒细小，周期性不出料的问题，影响系统稳定性能，增加运行成本。影响硫铵不结晶的原因因素有很多种，下面就以某厂氨法脱硫塔3月份的运行数据为例，结合实际运行工况对影响硫铵不结晶因素进行逐项分析。

1硫铵结晶原理　

硫铵的结晶属于反应过程，主要由反应、过饱和溶液的形成、晶核的产生和晶体的成长几个阶段组成。随着反应的进行，形成过饱和溶液，达到一定过饱和度时，析出固相微观晶粒，这是晶核的形成过程，也称为初级成核，接着是晶核的长大也称为晶体的生长过程。同时，由于晶液的流动，晶体之间及晶体与设备之间的摩擦、碰撞，液体对晶体表面的冲刷，又产生新的晶核，称为二次成核。通常晶核的形成和晶体的成长是同时进行的。在结晶过程中，无论是晶核的形成，还是晶核的生长，都要消耗溶液中的溶质，均以一定的过饱和度为推动力。每一粒晶体都是由一粒晶核生长而成的，在一定条件下，如果晶核成核速率越大，晶核的生成量越多，溶液中有限的溶质要同时供应大量的晶核生长，晶核的生长速率就越慢，结果导致大量的细小结晶；反之，晶核的生成量越少，结晶粒度就会长得越大。可见，晶核的生成速率和晶核的生长速率是此消彼长的关系，如能控制这两种速率，便可控制结晶的粒度。此外，结晶条件对产品的粒度也有很大的影响，如温度、搅拌、浆液PH、杂质等都以一定的方式影响结晶过程。

2结晶影响因素分析

2.1入口烟气温度对硫铵结晶的影响

观察某厂脱硫塔2020年3月9日-3月15日烟气温度均值及3月21日-3月24日出料期间烟气温度均值，经过数据比对硫铵产量及脱硫塔进口烟气温度数据分析结果；脱硫塔进口烟气温度设计140-160℃，实际运行温度在142.2℃-147.1℃之间波动，符合设计要求，因此可判断：影响脱硫系统不结晶因素与烟气温度没有必然关系。

2.2杂质对硫铵结晶的影响

硫铵浆液中可能会含有烟气、水等带入的铁、铝、铜、砷、铅、氯等离子，这些离子易吸附在硫铵晶核表面，遮盖结晶表面的活性区域，使晶体生长缓慢，金属离子对硫铵结晶长大有较大的影响，尤其是铁离子的影响最大，使晶粒细小易碎，而离心机无法对细小的晶体颗粒进行分离，造成溶液的过饱和度升高，在运行过程中，浓缩段内细小晶粒大量堆积，固含量不断升高，晶体却无法分离。金属离子对结晶的影响：Fe3+会减速结晶的速度，在溶液中的浓度到0.1%会促使硫酸铵晶体变长，而在较高的浓度时生成针状晶体;Pb2+会促使大粒硫酸铵晶体析出;Mn2+会促进晶核生成，有它们存在的时候硫酸铵结晶为粗大的片状晶体;Zn离子也能促使生成比较完善的硫酸铵晶体，颗粒较圆，尺寸增大。

2.3pH值

二氧化硫溶液pH值影响晶体形态的两个主要领域:晶体形态和破坏晶体的外部环境条件。pH值的增加会使溶液的间隙变窄，从而影响硫铵的生长形状。pH值的增加也会增加溶液的粘度，从而降低晶体的生长。pH值的降低导致溶液中的小晶体消失，从而影响晶体的正常生长条件。通常会建立单独的氧循环。氧化槽调整液氨加入量，控制氧化槽上层和下层溶液pH值。于氨法脱硫塔内结晶工艺，溶液pH值氧化循环上部的值通常控制在5.5到6.5之间，溶液下部的值控制在4.5到5.5之间。浓缩段溶液pH值在2 ~ 3之间，。

2.4灰的影响

研究发现，一定数量的灰对硫酸结晶具有优势，结晶度平均具有较大的节圆直径。灰在酸结晶过程中起着一定作用，从而防止了酸的过度积累，促进了硫酸铵结晶

2.5设备对硫铵结晶的影响因素

二级循环泵的主要作用一是降低烟气温度，二是蒸发结晶。在此运行期间，发现二级循环泵出口压力降低运行电流降低；因烟气负荷大，脱硫塔浓缩段塔壁超温，导致二级循环泵入口滤网有大块积料堵塞滤网，怀疑叶轮有磨损现象，更换叶轮后，恢复正常运行电流，压力未达到正常压力，根据现场更换下来二级循环泵过流部件的磨损程度、脱硫塔母液中氯离子含量、浓缩段b测点温度超温现象（b测点温度高于a/c测点温度2-5℃）、浓缩段溶液强酸性、腐蚀性大及磨损强度大等综合分析，其二原因是塔内件（二级喷淋管线、喷头，材质：玻璃钢、碳化硅）损坏或脱落，导致二级循环泵出口母管压力不足，喷淋循环量不足，硫铵晶体不能正常结晶。因此可判断：塔身有泄漏点，循环泵叶轮磨损较严重，从运行参数来看，二级循环泵流量不足，预计塔内件存在损坏现象，这也是导致硫酸铵不结晶原因之一。

2.6工艺人员的操作调整

脱硫塔浓缩段浆液设计PH值2-3偶尔出现PH高的原因是：脱硫塔因烟气负荷大、设备原因、滤网堵塞等原因导致浓缩段超温，操作人员为降温，打开稀硫铵副线冲洗降温，稀硫铵副线流通介质是循环槽PH较高稀硫铵溶液，频繁的开启冲洗及正常程控冲洗，导致脱硫塔浓缩段浆液PH值不断升高，破坏硫酸铵正常生长环境。因此可判断：工艺人员的人为操作也是影响硫铵不结晶的原因之一。

3生产工艺的调整

从脱硫塔浓缩段取得一瓶硫酸铵溶液的样品，硫酸铵晶体沉积在底部，上层为较多的黑色悬浊液。为此采取了以下措施:(1)将浓缩段浆液温度控制在60℃左右。(2)控制氧化槽pH值稳定在5.5～6.5之间，脱硫塔浓缩段的pH值稳定在2～3.5之间。(3)改造原有布袋除尘器，通过更换新的滤袋，将原烟气中粉尘浓度从80mg/Nm3控制到30mg/Nm3以内。(4)原脱硝催化剂已使用5年，更换原有脱硝催化剂，将氨逃逸控制到2.5mg/Nm3以内。(5)始终将氧化率控制到99%以上。(6)定期通过原有塔外结晶系统，将更多的氯离子排出系统。

结束语

综上所述，造成硫铵不结晶主要原因为：设备、系统缺陷故障影响硫铵系统各技术指标偏离设计指标，造成系统运行不正常。需及时对各种系统缺陷进行消除，以减轻脱硫系统环保指标排放及运行压力；脱硫塔负荷超过设计处理量，造成硫铵吸收浓缩不平衡，形成的细小晶核过量，浆液密度超过设计指标，硫酸铵晶体生长受限制，造成后系统无法分离硫酸铵；在运行中要密切关注和把控氨水品质，发现指标偏离或超标及时汇报、协调相关部门进行处理，避免氨水对硫铵结晶造成影响。

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