优化氨法烟气脱硫硫酸铵生产工艺的研究

通过对影响氨法脱硫的硫酸铵结晶影响因素的分析，制定出在生产过程中应该采取的措施。

1 前言

氨法脱硫技术是近几年来新兴的脱硫技术，逐步得到了广泛的应用。氨法脱硫的副产品是硫酸铵，作为含氮含硫的肥料，具有广阔的市场需求，这也是氨法脱硫技术得到推广应用的重要优势，如何将回收的硫酸铵溶液进行浓缩结晶是氨法脱硫技术的重要环节。

柳钢烧结厂烧结和球团生产线均采用氨法脱硫技术，由烟气脱硫和母液回收两部分组织，其中，母液回收系统由蒸发器、结晶器、离心机、干燥系统组成。浓度为35%的硫酸铵溶液首先经列管换热器预热进入蒸发器进行蒸发浓缩，浓度达到48%左右溶液进入结晶器浓缩结晶，晶体经离心机实现固体与液体的分离，得到有价值的化肥硫酸铵成品，在生产过程中，经常出现晶体生成不稳定、晶体大小不稳定，结合结晶原理和其工艺特点，探讨影响其结晶的因素，找到合理的控制参数。

2 影响因素分析

2.1 杂质的对结晶的影响

（1）目前柳钢烧结厂氨法脱硫是采用以废治废的形式，以炼焦回收的氨水为吸收剂，脱除烟气中的SO2，由于氨法脫硫采用焦化厂炼焦回收的废氨水（浓度≤10%），氨水中含有大量的杂质，烟气与含氨水的吸收液反应，溶液中可能会带有钙、镁、铁、铅等离子，这些离子吸附在硫酸铵晶体的表面，遮盖了结晶表面的活性区域，使晶体生长缓慢，金属离子对硫酸铵晶体的生长有较大的影响，尤其是钙、镁离子影响最大。

（2）烧结系统工艺涉及大量的粉尘，主抽抽风系统大量的烟尘随烟气一起进入脱硫系统，烟尘中含有大量的金属元素，如钙、铁、镁等，这类金属离子很容易与脱硫溶液中和的SO4^2-离子结合成硫酸盐沉淀，这些杂质进入蒸发结晶系统对结晶过程影响很大。

（3）硫酸铵溶液的杂质还可导致一定的时间内结晶器内晶体体积大量积累，而离心机无法对细小的晶体颗粒进行分离，造成结晶器内溶液的过饱和度升高，溶液黏度增大，对生产过程的影响，主要表现在结晶器内溶液费腾过大难以控制，生产废水增加脱硫消耗困难，晶体细小无法分离。

2.2 pH值对结晶的影响

溶液PH值对结晶的影响主要表现在两个方面：一是对结晶形状的影响，二是破坏结晶的正常生长条件。在一定条件下，随着溶液pH值的升高，溶液的介稳区减小，硫酸铵晶形由多面体颗粒变成细长的六角棱柱形，甚至针形。同时，母液黏度增大，硫酸铵分子扩散阻力增加，阻碍晶体的正常生长。当pH值为5-6时，硫酸铵晶体可生长为较大的圆形晶体。当溶液的PH值突然降低时，溶液中的细小晶体出现消失的现象，破坏了晶体正常的生长条件。现有的工艺设计中，没有对进入蒸发结晶系统硫酸铵溶液pH值的检测，仅有对溶液的比重和颜色检测，不利于调整工艺参数。

2.3 蒸发温度和真空度对结晶的影响

蒸发器采用减压降温蒸发形式，当浓缩高温的溶液由升膜蒸发器进入较高真空度的结晶器继续浓缩蒸发，在较高的真空度下溶液沸点温度降低，可使得溶液过饱和度增加，从而成核速率增加，同时，加快增长晶体，有利于较大颗粒的形成。实际生产过程中结晶器和升膜蒸发器的真空度很难控制稳定，真空度不稳定溶液的温度变化很大，影响正常生产，一方面容易造成管道、泵叶轮堵塞；另一方面颗粒的碰撞，使二次成核量增大，晶体增长速率减慢，晶体颗粒减小，不利于较大颗粒晶体形成。

2.4 结晶器溶液比重的影响

结晶器溶液长时间循环生产，溶液中细小晶体含量较多，溶液黏度和比重不断上升，溶液比重甚至可达1.30g/cm3以上，结晶器沸腾变得特别激烈，生产控制参数难以控制，因晶体细小晶浆进入供给槽难以沉淀或易粘结在供给槽内难以顺利进入离心机，导致结晶器内比重越来越高，溶液沸腾量极难控制，经常出现过量沸腾，高浓度的溶液随着冷凝水进入脱硫补水系统，影响脱硫正常氧化运行，比重影响氧气不充分又要送往蒸发结晶系统，从而产生了恶性循环，既影响脱硫设备的正常运行，又难以得到优质的硫酸铵副产品。

2.5 控制措施

2.5.1 控制蒸发结晶系统中母液杂质含量

（1）控制好氨水质量，炼焦后回收用于脱硫的氨水要进行质量分析检测，其中磷酸盐的含量要严格控制好，氨水回收罐向脱硫系统输送氨水前先进行分析检测合格后再输送，不合格的进行降磷处理合格后再使用，防止氨水中含有大量的磷酸盐杂质影响硫酸铵溶液的蒸发结晶。

（2）严格监测好脱硫入口烟气粉尘浓度，要求烧结系统机头电除尘系统必须正常运行，粉尘颗粒物深度低于30mg/m3，尽量降低洗涤烟气后溶液的含灰量，脱硫溶液进入蒸发系统前需要经过中间罐体进行充分沉淀，取其上层清液进行蒸发结晶。

（3）结晶器内长期循环的浆液定期排入事故池加入氨水混合，再由事故溶液送往脱硫系统循环使用，不仅可以为脱硫补充液位，又可以让不稳定的亚硫酸盐氧化为稳定的硫酸盐，硫酸盐杂质能够在脱硫塔与中间缓冲罐、母液储罐等容器内沉淀，有效降低母液中杂质含量。

2.5.2 控制好结晶循环器内硫酸铵浆液pH值

正常生产时每2个小时检测1次浆液pH值，若pH值低于5时，可以考虑往母液储罐内加氨水调整；当pH值大于7时，可以考虑将结晶器浆液排部分入事故池加水后再给脱硫系统补水循环使用降低pH值，通过调整将硫酸铵溶液pH值控制在5-6为宜。

2.5.3 合理控制好结晶器的生产温度和真空度

结晶器内溶液温度的控制主要是通过控制好升膜蒸发器和结晶器的真空度来实现，再加上加热蒸汽的合理控制，理论上，硫酸铵最佳的结晶温度为70℃左右，实际生产过程中考虑到南方气温影响，循环水冷却系统降温成本和节约能源（夏季高温天气时一台冷却系统对循环冷却水的降温能力大量只有10℃，水温由50℃降至40℃左右，冷却水系统水温超过40℃时对结晶器抽真空影响很大，若多增加一台冷却系统又增加了能耗），生产过程中将结晶器真空度提升到-90度左右，结晶器温度维持在60℃左右。

2.5.4 控制结晶器中溶液比重

当有结晶生成之后定时测量含晶浆溶液的比重，尤其是长时间生产的情况下更要关注，正常情况时比重变化不大，当其它条件变化不大时溶液比重不断在上升时，生产稳定将会受影响，当比重超过1.27g/cm3时，应考虑往结晶器内加水稀释降溶液比重，彻底进行细晶消除后再浓缩结晶又可以得到比较理想的晶体；当比重超过1.30g/cm3时，说明结晶器内已经有大量杂质沉积，对生产已经影响很大，这时可以考虑对结晶器彻底换液清洗结晶，将溶液排入事故池根据pH值加氨水和水调整后给脱硫系统补水循环使用。

3 结论

在实际生产过程中，影响硫酸铵结晶因素不是单一的，可能是一种或几种因素在共同影响，我们主要控制好进入结晶系统溶液的杂质含量，尽量保证溶液无可视杂物，将溶液pH值控制在5-6的范围，结晶器真空度控制在-90度左右，结晶温度维护在60℃左右，并控制结晶溶液比重低于1.27g/cm3，在此条件下可以长期稳定的连续生产，结晶成品硫酸铵颗粒较大。