1、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 1 1 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75000 Nm3 / h，尾气压力为0.2KPa，尾气硫含量为1900mg/Nm 3。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
2、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：SO 2+2NH3+H2O =（NH 4） 2SO3SO2+（NH 4） 2SO3+H2O = 2NH4HSO3NH
3、3+NH4HSO3 =（NH 4）2SO 3SO3+H2O=H2SO4H2SO4+2NH3H2O=(NH4)2SO4+2H2O(2) 氧化：2（ NH4） 2SO3+O2 = 2（NH 4） 2SO4总反应为：SO 22NH 3H 2O1/2O 2(NH 4)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
4、，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
5、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SO 2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5 mg/Nm 3。在尾气与脱硫溶液接触过程中，SO 2被氨水和亚硫酸铵溶液吸收，并发生如下反应：SO2+
6、2NH3+H2O = (NH4)2SO3SO2+(NH4)2SO3+H2O = 2NH4HSO3NH3+NH4HSO3 = (NH4)2SO3SO3+H2O=H2SO4H2SO4+2NH3H2O=(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合肥宁垣工程技术有限责任公司 3 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/Nm 3。脱硫塔底生成的一定浓度的亚硫酸铵溶液，当溶液总浓
7、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
8、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1015年日趋严格的排放标准。尾气脱硫保证效率95%，尾气SO 2排放浓度200 mg/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SO 2浓度2000mg/Nm3时，整个装置能够连续稳定运行。合肥宁垣工程技术有限责任公司 4 厂区硫
9、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。脱硫保证效率 95 %尾气SO 2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NH 3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
10、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、一套差压式合肥宁垣工程技术有限责任公司 5 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
11、液位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SO 2
12、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
13、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SO 2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合肥宁垣工程技术有限责任公司 6 化硫脱除率。(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75
14、mg/Nm 3。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
15、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SO 2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
16、.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：合肥宁垣工程技术有限责任公司 7 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95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
17、，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SO 2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酸铵溶液送往塔外，单独设置两个氧化槽将亚硫酸铵氧化成硫
18、酸铵。该工艺脱硫塔内部溶液为亚硫酸铵溶液、亚硫酸氢铵及氨水的混合溶液，基本不含硫酸铵。3.4.2 塔内氧化流程及塔外氧化流程(1) 液气比：塔内氧化流程就需要较大的液气比来达到一定的脱硫效率，一般液气比需要2.5:1，即便这样也无法达到较高的脱硫效率。而塔外氧化流程由于塔内溶液均是吸收 SO2的有效成分，故液气比一般维持在1.01.5:1左右就可以达到较高的脱硫效率。(2) 动力消耗：由于塔内氧化流程需要较大的液气比，所以循环溶液量较大，循环泵的电合肥宁垣工程技术有限责任公司 8 耗也较高，且需要设置较大功率的氧化风机，故电耗远远高于塔外氧化流程。(3) 产品纯度的控制：由于塔内氧化流程中塔内
19、液体为硫酸铵及亚硫酸铵的混合液，此时取出无论采用何种浓缩工艺，亚硫酸铵均不会再氧化成硫酸铵，即亚硫酸铵的氧化率远远达不到90%，此工艺下得到的产品实际上为亚硫酸铵及硫酸铵的混合品，无论制作固体产品还是液体产品均无法满足业主对硫酸铵产品的技术要求。(4) 系统运行的稳定性：塔内氧化流程需要将塔内溶液的硫酸铵浓度控制在较高的浓度范围内操作，在塔内容易析出硫酸铵晶体，而硫酸铵晶体较为坚硬，对溶液循环系统的循环泵、液体分布器、喷头及脱硫塔内部结构均会造成较大的磨损而大大缩短使用周期，严重影响脱硫系统的长周期稳定运行。3.4.3 先进的优化操作控制方法在优化操作和控制方面，提出的三回路控制方法，以PH值
20、控制氨水流量，以液位控制水流量，以密度控制产品硫酸铵流量，各项数据尽可能采用现场和DCS双系统指示，所有主要控制指标均接入DCS控制系统，具有很好的稳定性和安全性，可实现完全的自动化运行，操作简单。3.4.4 脱硫装置的高效脱硫效率及防堵塞设计本工艺采用目前先进的塔外氧化工艺，始终保持脱硫塔内溶液PH值在合适的范围内（6.26.8），第一有利于对SO 2的循环吸收，提高系统的脱硫效率，第二避免了硫酸铵在塔内的形成，塔内循环溶液均为亚硫酸铵，循环液中的有效吸收成分大大增加，有利于提高吸收效率，降低溶液循环量及系统电耗，第三合理控制循环溶液中亚硫酸铵的浓度为20%左右，从根本上杜绝了塔内结晶的形成
21、，避免了塔内结晶堵塔和堵塞管道、喷头，也降低了循环溶液中含有结晶对管道和设备的磨损，大大提高了设备和系统的稳定运行周期。3.4.5 尾气出口氨含量的控制本工艺氨水直接加入脱硫塔底部，氨水的加入主要起到两方面作用，一方面与脱硫塔内循环液中的亚硫酸氢铵反应生成亚硫酸铵，另一方面主要是控制循环液的PH值合肥宁垣工程技术有限责任公司 9 。氨不会直接进入气相，故尾气出口的氨含量很低，一般低于5PPm。3.4.6 脱硫装置的节能设计本工艺技术采用双级喷射再生氧化法，采用喷射器内液体高速流动形成的负压将空气吸入后氧化亚硫酸铵，亚硫酸铵氧化成硫酸铵的氧化率极高，优于塔内的空气曝气氧化，氧化后的硫酸铵产品中亚
22、硫酸铵成分含量很低，使得回收的硫酸铵产品回收率高且品质纯正。不使用功率较大的氧化风机，降低了电耗和噪声。塔外氧化技术的应用也大大降低了脱硫液的循环量，从而也降低了电耗。3.4.7 健康安全环保（HSE）设计(1) 本设计无废水排放。(2) 本设计正常生产没有废渣排放。(3) 在装置紧急停车时，可将系统内容易结晶的溶液排入回收池中，同时加水清洗，保证装置不外排、不结垢。3.4.8 对原有设备及装置的影响脱硫系统在原尾气管道设置旁路，脱硫系统入口、出口分别设置挡板门，尾气经过脱硫系统脱硫后，净尾气经脱硫塔顶部烟囱排空。硫酸装置可以于脱硫与不脱硫两种工况之间切换。本系统的阻力是相对稳定的，脱硫系统的
23、运行是稳定的，当脱硫系统停运时，关闭脱硫系统入口及出口挡板门，尾气不经脱硫系统直接经原水平管道进入烟囱排放；因此本系统不会影响机组的安全、稳定运行，不会影响硫酸装置效率，也不会影响除尘器的安全正常运行。脱硫系统的负荷范围与硫酸系统负荷范围相协调，为硫酸系统最大连续出力的40110。在负荷调整时有良好的、适宜的调节特性，在厂区硫酸系统运行的条件下能可靠和稳定的连续运行，装置年运行时间不低于8000小时。因此，整个脱硫系统对现有设备无任何影响。4 附表与附图附表一：主要工艺设备一览表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750合肥宁垣工程技术有限责任公司 10 00
24、Nm3 / h，尾气压力为0.2KPa，尾气硫含量为1900mg/Nm 3。名称 规格 材质 数量 备注预脱硫塔 16006000 mm 耐温玻璃钢 1脱硫塔 300022000 mm 耐温玻璃钢 1一级氧化槽 20005000mm 玻璃钢 1二级氧化槽 20004000mm 玻璃钢 1工艺水槽 38005000 mm 玻璃钢 1氨水槽 26004000 mm 玻璃钢 1氨蒸发器 60 m2 不锈钢 1硫酸铵储槽 mm 玻璃钢 1回收池 200020002000 mm 砖混内防腐 1加压风机 功率：75kw风压：2KPa 2 一开一备溶液循环泵 60m3 / h、40m 3 两开一备工艺水泵 15m3 / h、40m 2 一开一备氨水泵 5m3 / h、 35m 2 一开一备一级氧化泵 40m3 / h、40m 2 一开一备二级氧化泵 30m3 / h、40m 2 一开一备回收泵 15m3 / h、20m 2 间断运行硫酸铵溶液泵 5m3 / h、 40m 2 一开一备附表二：主要物料消耗一览表(年运行时间8000h)序号 项目 数值 备注1 液氨年用量 590 t/年 2 年运行耗水量 26800 t/年 3 年耗电量 480000 kw/a合肥宁垣工程技术有限责任公司 11 附图：氨法尾气脱硫流程简图
