氨法脱硫液特点及塔外结晶蒸发器选用

氨法脱硫液特点及塔外结晶蒸发器选用

氨法脱硫法是用氨吸收硫酸生产尾气中的SO₂, 生产亚硫铵和氧化生成硫铵。

 

氨法脱硫系统由烟气系统、吸收循环系统、氧化空气系统、副产物处理系统（塔内结晶系统和塔外结晶系统）、吸收剂储存供给系统、自控及在线监测系统等组成。

 

硫酸铵溶液处理工艺路线可分为塔内结晶和塔外结晶，两者主要区别就在于不同的热源。塔内结晶是利用原烟气热量在脱硫塔内实现溶液的浓缩结晶；塔外结晶是利用高温蒸汽为热源结合塔外单独设置的盐溶液蒸发晶设备使硫酸铵溶液蒸发结晶析出。结晶析出的硫酸铵料经浓缩增稠及离心分离得到硫酸铵晶体，硫酸铵湿料可进入干燥系统干燥成含水符合要求的硫酸铵肥料或复合肥原料。

 

一、水质特点

1、锅炉烟气氨法脱硫氧化后的溶液的基本情况：

浓度：硫酸铵质量分数30%-40%

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氯离子浓度：800mg/L（A)；10021mg/L（B)

氟离子浓度：少量氟离子

pH值：3-6等

密度：1.2-1.22g/cm3。

油及悬浮物：200mg/L

总硬：2520mg/L（其中钙687mg/L、镁含量196mg/L）

铁含量：32.6mg/L

2、脱硫液基本情况分析：

从上面数据可知：A、氨法脱硫液最主要含有硫酸铵；因为氧化不彻底等原因还可能含有少量的亚硫酸铵或亚硫酸氢铵等盐分。B、由于烟气中不可避免带一些少量的其他元素成分，如氯、氟等阴离子，脱硫液中亦含有相应的氯、氟等阴离子，且含量因原料不同等因素而不尽相同。C、酸碱度偏酸：由于脱硫工艺通常涉及SO?的吸收过程，废水pH值通常在3~6之间，呈弱酸性。D、可能有某些重金属离子：废水中可能含有汞、铅、镉、铬、砷等重金属离子，这些离子来自于燃料燃烧产生的飞灰以及脱硫过程中可能带入的其他物质。E、悬浮物与浊度较高：废水中含有悬浮物，主要来源于烟尘颗粒。F、易结垢性：废水中含有的钙、镁离子和硫酸根离子，容易在冷却、浓缩过程中形成硫酸钙等水垢，影响设备的正常运行。

3、纯硫酸铵基本性质

硫酸铵是一种无机物，化学式为(NH₄)₂SO₄，无色结晶或白色颗粒，无气味。280℃以上分解。水中溶解度：0℃时70.6g，100℃时103.8g。不溶于乙醇和丙酮。0.1mol/L水溶液的pH为5.5。相对密度1.77。有吸湿性，吸湿后固结成块。加热到513℃以上完全分解成氨气、氮气、二氧化硫及水。与碱类作用则放出氨气。与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀。折光率1.521。硫酸铵主要用作肥料，适用于各种土壤和作物。

硫酸铵溶解度表：

 

硫酸铵溶液沸点情况：

硫酸铵溶液的密度情况：

二、蒸发器的选用

1、氨法脱硫液为什么采用塔外蒸发结晶器？

从氨法脱硫工艺可知：氨水吸收二氧化硫生成亚硫酸铵，并强制氧化生成硫酸铵。硫酸铵溶液过饱和后形成硫酸铵晶体，硫酸铵晶浆经离心分离和干燥形成硫酸铵产品。对于塔内结晶工艺而言，当烟气温度较低（＜100℃），则其蒸发能力较差，不能形成符合要求的硫酸铵晶体料浆；且烟气中含尘量对塔内结晶的影响较大，如烟尘含量过高，会阻碍晶体的形成，相关设备的磨蚀也较严重；并容易堵塞相关管道及设备；高浓度硫酸铵浆料也影响脱硫效率。为改善或优化上述情况，很多氨法脱硫项目初始设计或改造时改为采用塔外蒸发结晶模式。

2、选用单效、双效、三效或MVR蒸发器？

常压下，单纯硫酸铵饱和溶液的沸点升为8.2℃，具备采用MVR蒸发器的一些前提条件。但脱硫硫酸铵溶液成分较为复杂，腐蚀、起沫、沸点升高等因素变化较大，且氨法脱硫系统一般是锅炉配套装置，有稳定的蒸汽热源，塔外结晶设备多采用双效或单效蒸发结晶设备。系统对水质波动变化的适应能力强，且初次投资较为节约。

3、蒸发器的形式选择

氨法脱硫液为高浓度、甚至过饱和的硫酸铵溶液，宜采用强制循环蒸发器，不要为了节约成本采用降膜或自然循环蒸发器，更不要采用“四不像的所谓强制循环蒸发器”。并且保证蒸发换热器料液的流动速度，最好流动速度能达到2m/s，同时增加强制循环泵变频器，实际流速的可调可控。

 

4、蒸发结晶器材质的选择

脱硫液中的主体硫酸铵盐的腐蚀性较强，但对材质选择影响最大的因素是脱硫液中可有的浓度多效的氯离子或氟离子。氯离子较高时钛材质是较优选择，但氟离子的存在又限制钛材料的选用。若排除氟离子影响时可按如下原则选择材质：物料接触材质选用2205、2507等双相不锈钢材质或钛材质。存在氟离子风险时，物料接触材质可选用2507或2205等双相不锈钢材质。二次蒸汽及冷凝水接触的材质起码采用不锈钢304、316L以上的材质。中低温可以采用PE或玻璃钢材质。进蒸发器前，尽量将脱硫液的PH值调节至5-6或以上，减轻氯、氟阴子与氢根离子结合所产生的强大腐蚀性。

5、料液起泡沫及除沫器的选择

氨法脱硫液有一定的起泡沫趋势，但实际运行的项目来看，起泡沫情况总体可控。除沫器采用复合功能除沫器，尽量不要选用单一丝网除沫器。一道除沫器不能消除风险，可以考虑增加两道除沫器。同时厂内一定要配备适当的消泡剂，作为应急之需。

 

6、蒸发器（以双效为例）顺流、逆流的选择

说明A：逆流工艺时，第一效的料液浓度较高，但在高温区时粘度相对小些；第二效的料液浓度较低、粘度较小，但在低温区时粘度相对大些。如此一效高温区与料液高浓区、二效低温区与料液低浓区匹配，且一效高温区有效温差较大且可调。如此，则逆流蒸发各效换热效率比较均衡，各效温差较为均衡。顺流工艺时，第二效的料液浓度高、粘度高，又处于二效低温区，总体料液粘度就更高，换热效率较低。如此，则顺流蒸发各效换热效率不够均衡，各效温差亦不均衡。

结论：仅从换热角度而言，逆流是存在一定优势的；不管是逆流还是顺流，各效温差都会根据实际运行的情况自动平衡，形成符合蒸发器实际运行的合理温差；脱硫蒸发结晶器一直处于排盐排浓缩母液的情况，最终一、二效浓度将处于相对合理范围内。

说明B：采用逆流操作时，需要增加三效往二效、二效往一效倒料的两台效间泵，顺流因为前后效的压差，一般可不设置效间泵。逆流投资及运行成本稍大，但影响也有限。

说明C：逆流操作时，脱硫液的结晶生长主要集中于第一效。温度高结晶的硫铵晶体数量多但颗粒小，高温细晶进入温度相对较低的离心机时，离心机较易漏料或堵住滤孔而拉稀。逆流操作时，也可以将盐浆从一效蒸发器抽送至降温结晶增稠器，让料液温度降至60-70℃，晶浆在降温结晶增稠器增稠、晶体颗粒变大，从而实现正常离心出料。但也反复升降温操作，不可避免增加能耗，降温结晶增稠器也需要做的更大一些，保证足够的换热面积及换热时间，整体投资也会增加一些。

综合上述三点考虑，氨法脱硫硫酸铵溶液蒸发结晶系统一般采用顺流操作；逆流操作亦可。

7、原液预处理、母液排放及处理

从脱硫液的成分情况可知，原液有较高的钙、镁硬度；PH值亦较低，当钙、镁离子浓度过高时，宜采用双碱法将溶液硬度和PH值控制在合理区间范围内，防止蒸发器运行过程中的结垢及腐蚀。当离心母液不直接回蒸发系统而回至脱硫系统时，蒸发结晶设备不存在母液排放问题。

8、设备的清洗：严格执行的系统停机清洗和定期清洗是系统稳定运行的重要保障。

 

三、蒸发器厂家的选用

使命：提供环境问题解决方案、设备及服务，由此提升环境质量。

愿景：含盐高氨氮水溶液资源化的引领企业

博特对氨法脱硫液的前期分析，到后期蒸发器设计、制作、安装、调试、质量管理、运营均有相应的硬件及经验；并在行业内有众多的项目案例。