氨法煙氣脫硫技術中影響硫酸銨溶液濃縮結晶的影響因素分析
1 前言
氨法脫硫技術是近幾年來新興的脫硫技術逐步得到了廣泛的應用。氨法脫硫的副產品是硫酸銨作為含氮含硫的肥料具有廣闊的市場需求這也是氨法脫硫技術得到推廣應用的重要優勢如何將回收的硫酸銨溶液進行濃縮結晶是氨法脫硫技術的重要環節。
柳鋼燒結廠燒結和球團生產線均采用氨法脫硫技術由煙氣脫硫和母液回收兩部分組織其中母液回收系統由蒸發器、結晶器、離心機、干燥系統組成。濃度為35%的硫酸銨溶液首先經列管換熱器預熱進入蒸發器進行蒸發濃縮濃度達到48%左右溶液進入結晶器濃縮結晶晶體經離心機實現固體與液體的分離得到有價值的化肥硫酸銨成品在生產過程中經常出現晶體生成不穩定、晶體大小不穩定結合結晶原理和其工藝特點探討影響其結晶的因素找到合理的控制參數。
2 影響因素分析
2.1 雜質的對結晶的影響
（1）目前柳鋼燒結廠氨法脫硫是采用以廢治廢的形式以煉焦回收的氨水為吸收劑脫除煙氣中的SO2由于氨法脫硫采用焦化廠煉焦回收的廢氨水（濃度≤10%）氨水中含有大量的雜質煙氣與含氨水的吸收液反應溶液中可能會帶有鈣、鎂、鐵、鉛等離子這些離子吸附在硫酸銨晶體的表面遮蓋了結晶表面的活性區域使晶體生長緩慢金屬離子對硫酸銨晶體的生長有較大的影響尤其是鈣、鎂離子影響最大。
（2）燒結系統工藝涉及大量的粉塵主抽抽風系統大量的煙塵隨煙氣一起進入脫硫系統，紅外熱像儀煙塵中含有大量的金屬元素如鈣、鐵、鎂等這類金屬離子很容易與脫硫溶液中和的SO4^2-離子結合成硫酸鹽沉淀這些雜質進入蒸發結晶系統對結晶過程影響很大。
（3）硫酸銨溶液的雜質還可導致一定的時間內結晶器內晶體體積大量積累而離心機無法對細小的晶體顆粒進行分離造成結晶器內溶液的過飽和度升高溶液黏度增大對生產過程的影響主要表現在結晶器內溶液費騰過大難以控制生產廢水增加脫硫消耗困難晶體細小無法分離。
2.2 pH值對結晶的影響
溶液PH值對結晶的影響主要表現在兩個方面：一是對結晶形狀的影響二是破壞結晶的正常生長條件。在一定條件下隨著溶液pH值的升高溶液的介穩區減小硫酸銨晶形由多面體顆粒變成細長的六角棱柱形甚至針形。同時母液黏度增大硫酸銨分子擴散阻力增加阻礙晶體的正常生長。當pH值為5-6時硫酸銨晶體可生長為較大的圓形晶體。當溶液的PH值突然降低時溶液中的細小晶體出現消失的現象破壞了晶體正常的生長條件。現有的工藝設計中沒有對進入蒸發結晶系統硫酸銨溶液pH值的檢測僅有對溶液的比重和顏色檢測不利于調整工藝參數。
2.3 蒸發溫度和真空度對結晶的影響
蒸發器采用減壓降溫蒸發形式當濃縮高溫的溶液由升膜蒸發器進入較高真空度的結晶器繼續濃縮蒸發在較高的真空度下溶液沸點溫度降低可使得溶液過飽和度增加從而成核速率增加同時加快增長晶體有利于較大顆粒的形成。實際生產過程中結晶器和升膜蒸發器的真空度很難控制穩定真空度不穩定溶液的溫度變化很大影響正常生產一方面容易造成管道、泵葉輪堵塞；另一方面顆粒的碰撞使二次成核量增大晶體增長速率減慢晶體顆粒減小不利于較大顆粒晶體形成。
2.4 結晶器溶液比重的影響
結晶器溶液長時間循環生產溶液中細小晶體含量較多溶液黏度和比重不斷上升溶液比重甚至可達1.30g/cm3以上結晶器沸騰變得特別激烈生產控制參數難以控制因晶體細小晶漿進入供給槽難以沉淀或易粘結在供給槽內難以順利進入離心機導致結晶器內比重越來越高溶液沸騰量極難控制經常出現過量沸騰高濃度的溶液隨著冷凝水進入脫硫補水系統影響脫硫正常氧化運行比重影響氧氣不充分又要送往蒸發結晶系統從而產生了惡性循環既影響脫硫設備的正常運行又難以得到優質的硫酸銨副產品。
2.5 控制措施
2.5.1 控制蒸發結晶系統中母液雜質含量
（1）控制好氨水質量煉焦后回收用于脫硫的氨水要進行質量分析檢測其中磷酸鹽的含量要嚴格控制好氨水回收罐向脫硫系統輸送氨水前先進行分析檢測合格后再輸送，不合格的進行降磷處理合格后再使用防止氨水中含有大量的磷酸鹽雜質影響硫酸銨溶液的蒸發結晶。
（2）嚴格監測好脫硫入口煙氣粉塵濃度要求燒結系統機頭電除塵系統必須正常運行粉塵顆粒物深度低于30mg/m3盡量降低洗滌煙氣后溶液的含灰量脫硫溶液進入蒸發系統前需要經過中間罐體進行充分沉淀取其上層清液進行蒸發結晶。
（3）結晶器內長期循環的漿液定期排入事故池加入氨水混合再由事故溶液送往脫硫系統循環使用不僅可以為脫硫補充液位又可以讓不穩定的亞硫酸鹽氧化為穩定的硫酸鹽硫酸鹽雜質能夠在脫硫塔與中間緩沖罐、母液儲罐等容器內沉淀有效降低母液中雜質含量。
2.5.2 控制好結晶循環器內硫酸銨漿液pH值
正常生產時每2個小時檢測1次漿液pH值若pH值低于5時可以考慮往母液儲罐內加氨水調整；當pH值大于7時可以考慮將結晶器漿液排部分入事故池加水后再給脫硫系統補水循環使用降低pH值通過調整將硫酸銨溶液pH值控制在5-6為宜。
2.5.3 合理控制好結晶器的生產溫度和真空度
結晶器內溶液溫度的控制主要是通過控制好升膜蒸發器和結晶器的真空度來實現再加上加熱蒸汽的合理控制理論上硫酸銨最佳的結晶溫度為70℃左右實際生產過程中考慮到南方氣溫影響循環水冷卻系統降溫成本和節約能源（夏季高溫天氣時一臺冷卻系統對循環冷卻水的降溫能力大量只有10℃水溫由50℃降至40℃左右冷卻水系統水溫超過40℃時對結晶器抽真空影響很大若多增加一臺冷卻系統又增加了能耗）生產過程中將結晶器真空度提升到-90度左右結晶器溫度維持在60℃左右。
2.5.4 控制結晶器中溶液比重
當有結晶生成之后定時測量含晶漿溶液的比重尤其是長時間生產的情況下更要關注正常情況時比重變化不大當其它條件變化不大時溶液比重不斷在上升時生產穩定將會受影響當比重超過1.27g/cm3時應考慮往結晶器內加水稀釋降溶液比重徹底進行細晶消除后再濃縮結晶又可以得到比較理想的晶體；當比重超過1.30g/cm3時說明結晶器內已經有大量雜質沉積對生產已經影響很大這時可以考慮對結晶器徹底換液清洗結晶將溶液排入事故池根據pH值加氨水和水調整后給脫硫系統補水循環使用。
3 結論
在實際生產過程中影響硫酸銨結晶因素不是單一的可能是一種或幾種因素在共同影響我們主要控制好進入結晶系統溶液的雜質含量盡量保證溶液無可視雜物將溶液pH值控制在5-6的范圍結晶器真空度控制在-90度左右結晶溫度維護在60℃左右并控制結晶溶液比重低于1.27g/cm3在此條件下可以長期穩定的連續生產，結晶成品硫酸銨顆粒較大。
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