盛明斌

（浙江双屿实业有限公司，浙江温州 325029）

近年来，我国氰尿酸行业需求旺盛，已成为全球最大的氰尿酸生产国。目前工业上主要以尿素热解法生产氰尿酸[1]，该工艺会产生大量的废氨气和含稀硫酸废液，这是制约氰尿酸生产规模扩大的主要因素。随着环保政策趋严，探索一种可对废氨气和废稀硫酸液实现资源化利用的治理工艺，成为业内人士的迫切需求。

浙江双屿实业有限公司（简称双屿实业）多年来针对工业废气中SO2、NOx、NH3、颗粒物、重金属等多种污染物的净化处理技术做了大量研究和工业化应用，形成了针对废气治理的各种成套技术与装备。其中，石家庄和合化工化肥有限公司（简称和合化工）150t/d 硫酸铵氨吸收系统就是一个应用实例。

1 项目概况

和合化工共有6条窑炉，利用尿素高温热解缩合出含副产物的粗氰尿酸，再经破碎、酸洗、分离和干燥后得到含量高于98%的产品。尿素高温热解过程中会释放较高浓度的氨气，氨吸收系统主要对尿素热解炉来的烟气进行降温并回收这部分氨气，同时去除烟气中其他有害杂质。氨吸收系统是氰尿酸生产工艺中的重要单元之一，该单元运行和操作的好坏对氨气回收效率、尿素热解炉的运行效率、烟气的达标排放起着重要的作用。

受多种因素制约，和合化工原氨气吸收系统在运行5条窑炉的情况下已经出现系统堵塞、外排尾气超标的情况，为实现氰尿酸生产线满负荷稳定生产，和合化工计划新建一套氨气吸收系统，经多次技术交流和市场调研，决定采用双屿实业自有知识产权的湍冲洗涤烟气除尘脱硫技术[2]和湿式静电除尘器烟气净化技术[3]对氨气进行处理。

2 设计烟气条件

氨吸收系统设计烟气条件为：①烟气量35 000 m3（标）/h；②氨气≤40 000 mg/m3（标）；③烟气温度≤250℃。

氨吸收系统出口烟气要求为：①氨气≤10 mg/m3（标）；②烟气温度≤40℃；③系统气相阻力降≤8 kPa。

3 工艺流程设计

来自炉窑的250℃烟气通过烟道从降温浓缩塔顶部进入，在降温浓缩塔湍冲洗涤泡沫区发生氨气的吸收、硫酸铵浆液的提浓、热量的传递，烟气温度降至60℃左右；接着烟气进入一级吸收塔，先经塔体下部气液分离，后上升通过塔体上部的一级吸收段喷淋洗涤；经一级吸收塔洗涤后的烟气进入吸收水洗塔，先经塔体下部的二级吸收段喷淋洗涤，后通过塔体上部的水洗段去除部分水沫并降温至40℃以下；之后，烟气进入两台并联的湿式静电除尘器，通过电场将极细微粉尘去除；最后烟气经引风机接力后通过排气筒外排大气，工艺流程如图1所示。

图1 和合化工150 t/d硫酸铵氨吸收系统工艺流程

降温浓缩段、一级吸收段、二级吸收段和水洗段均设有独立的浆液循环系统。其中，为提高NH3吸收效率，水洗段浆液循环系统设置换热器对烟气进行强制降温。系统串液采用由稀向浓、由后向前、与烟气流程逆向的串液方式，即稀硫酸母液→二级吸收段→一级吸收段→降温浓缩段→结晶系统进一步处理。

氨吸系统入口烟气温度有250℃，为确保系统安全稳定运行，将厂区消防水管线与降温浓缩塔保安喷头入口相连。当系统发生故障时，连锁开启烟气紧急冷却系统开关阀，消防水通过保安喷头对烟气进行降温，保护设备不受高温烟气损坏。

4 工艺设备设计

4.1 设备主要结构及技术说明

4.1.1 降温浓缩塔

降温浓缩塔规格为φ1 000/1 200 mm ，H=9 450 mm，主体材质采用“碳钢+PO+F4+石墨”，主要由高温过渡段、逆喷段Ⅰ、逆喷段Ⅱ、补偿器、喷嘴安装段、连接弯头等部件组成，与一级吸收塔底部储液槽组合构成“塔槽一体式”结构。降温浓缩塔共配置3只湍冲洗涤喷头（每只流量为65 m3/h）和1只保安喷头（Q=20 m3/h），循环洗涤液总量为215 m3/h，氨吸收系统至结晶系统的外排量为8 m3/h。

降温浓缩塔采用湍冲洗涤烟气除尘脱硫技术，待处理烟气由降温浓缩塔顶部自上而下进入，循环洗涤液经逆喷喷头自下而上喷出，拥有极强表面更新能力的循环浆液由中向外均匀封住塔体，在一定的工作参数下与逆向接触的烟气形成动态平衡的泡沫区，烟气在此区域内被洗涤吸收和降温。降温浓缩塔主循环泵设故障报警，正常情况下保安喷嘴循环浆液来自该循环泵，发生故障时由消防水向保安喷嘴供液，消防水由厂区内消防水网供给。

4.1.2 一级吸收塔

一级吸收塔设计规格为φ2 800 mm，H=18 000 mm，主体材质采用FRP，主要由塔体、降温浓缩段集液槽、一级吸收段集液槽及其喷淋系统组成。塔体通过一级吸收段集液槽分为上下两个独立的循环系统，塔体上部为一级吸收段喷淋循环系统，塔体底部贮液槽作为降温浓缩段循环槽使用。一级吸收段采用空塔喷淋技术，烟气自下而上，与喷淋系统喷射出的洗涤液逆流接触，喷头喷淋均匀稳定，共配置特制喷头24只，单只喷头流量为8 m3/h，循环洗涤液总量为192 m3/h，喷淋覆盖率达到300%。

4.1.3 吸收水洗塔

吸收水洗塔设计规格为φ2 800 mm ，H=18 000 m，主体材质采用FRP，主要由塔体、二级吸收段循环槽及其喷淋系统、水洗段集液槽、水洗段填料及其分液槽布水系统组成。塔体通过水洗段集液槽分为上下两个独立的循环系统，塔体上部为水洗段洗涤循环系统，塔体下部为二级吸收段喷淋循环系统。其中，二级吸收段采用空塔喷淋技术，共配置特制喷头16只，单只喷头流量为12 m3/h，循环洗涤液总量为192 m3/h，喷淋覆盖率达到250%；水洗段采用填料洗涤技术，烟气自下而上，经填料层与来自分液槽的洗涤液逆流接触，在此处被冷却、洗涤和吸收，填料采用Y125规整填料，循环洗涤液总量为200 m3/h。

4.1.4 湿式静电除尘器

湿式静电除尘器型号规格为WESP-196，共配置两台，一开一备，主体材质采用C-FRP，主要由上中下3气室、阳极系统、阴极系统、电场冲洗系统和电源系统等组成。湿式静电除尘器设计气速为0.8 m/s，阳极管为正六边形，内切圆φ350 mm，长度6m，数量196根。

湿式静电除尘器采用电场除尘技术[5]，通过电源系统使湿式静电除尘器的阴极和阳极系统之间形成高压电场，烟气进入电场时，其中的含湿粒子被电离，在高压电场力的作用下，含湿粒子定向移动，被捕集到阳极管束内面板上，最后在重力作用下自流至循环浆液系统，以此达到除尘除雾的目的。

4.1.5 引风机

引风机设计规格为Q=45 000 m3/h，p=8 800 Pa，共配置两台，一开一备，主体材质采用316 L，设置于湿式静电除尘器和排气筒之间，配套电机采用变频电机，可根据实际运行工况进行调节，其风量和风压要满足整个系统稳定运行的需求，引风机入口之前为负压，为了保证系统安全运行，在引风机入口管段设置安全水封。

4.1.6 浆液循环及输送泵

氨吸收系统内循环泵主要包括降温浓缩段循环泵、一级吸收段循环泵、二级吸收段循环泵、水洗段循环泵、板框进液输送泵及板框滤液输送泵等。为适应循环浆液含盐量高、腐蚀性强等特性，各循环泵及浆液输送泵均采用耐磨耐腐蚀衬塑泵，所有泵均为卧式结构。

4.2 设备主要材料说明

氨吸收系统循环浆液整体呈酸性，易腐易结晶，要求系统内设备及管道要有良好的防腐和防堵塞性能，经综合考虑，和合化工氨吸收系统设备和管道主要采用碳钢紧衬聚烯烃（PO/C.S）和玻璃钢（FRP）两种材料。钢衬PO 工艺主要是采用不同的专用窄分子量聚烯烃类树脂，在200~300℃高温下将其依次与钢壳体热融成为一个整体，成品PO 内衬由底层、结构层和面层构成，在一定温度下耐酸碱腐蚀性能优良，其致密性和附着力是评判衬里层好坏的主要指标。本项目玻璃钢设备采用纤维缠绕成型工艺，通过大型微机控制缠绕机带动专用模具转动，将浸渍树脂后的玻璃纤维连续均匀地缠绕在芯模上，待固化后获得成型筒体，FRP 设备具有强度高、耐腐蚀性好、使用寿命长等优点。

5 控制系统设计

和合化工依托厂区原有DCS 系统来实现对氨吸收系统的控制，通过对各运行参数的连续实时监控，来确保系统长周期稳定运行。系统主要控制及连锁内容为：①通过液位计监测值来控制母液及串液管线上开关阀的开闭，自动控制各塔、槽容器液位维持在设计范围内。彼此之间从后一级逐步向浓度高的前一级连续不断地串入一定数量的循环液。多余的循环液由降温浓缩段循环泵出口侧线排到结晶系统进一步处理。②通过pH 计监测值来控制碱液管线上开关阀的开闭，自动控制各循环段内pH 维持在设计范围内。③当降温浓缩段循环泵供液量不足时，会导致保安喷嘴入口管道压力降低，此时连锁打开应急开关阀，向降温浓缩塔保安喷嘴供水，保护设备免受高温损坏，应急开关阀的水来自厂区消防水管网。④当引风机运转状态异常时，关停该风机的同时，连锁启动备用风机。

6 氨吸收系统负荷联动试车

和合化工尿素热解炉于2022年10月2日上午开始烘炉并投料，10 月2 日21 点左右开始产生氨气，至10月3日10点，氨吸收系统入口烟气达到稳定状态。经专业机构检测，系统入口烟气条件为：烟气量32 762 m3（标）/h，烟气温度253℃，氨气浓度71 983 mg/m³（标），烟气压力-1.44 kPa；系统出口烟气条件为：烟气温度32℃，氨气浓度3.37 mg/m3（标），引风机入口烟气压力-6.72 kPa。目前，氨吸收系统已连续稳定运行数月，各项参数均可达到且优于设计指标，无堵塞现象，深受用户好评。

7 氨吸收系统设计特点

1）多级装置组合，吸收效率高。采用“一级湍冲逆喷洗涤+两级喷淋洗涤+一级填料洗涤+湿式静电除尘器”工艺，使用梯级吸收设计理念，根据氨气浓度采用不同方式逐级吸收，吸收效率高达99.995%，具有系统配置紧凑、运行可靠、吸收效率高等优点。

2）充分利用废气和废液，实现清洁生产。氨吸收系统对尿素热解过程中产生的含氨尾气、氰尿酸精制过程中产生的含稀硫酸废液、硫酸铵蒸发结晶过程中产生的含硫酸母液等废气和废液进行综合考虑，变废为宝，将废氨气和含稀硫酸废液利用起来生产硫酸铵产品，从而形成一套完整的清洁生产工艺，实现废水零排放。

3）外排烟气观感极佳。氨吸收系统先通过水洗段降低外排烟气温度，再通过湿式静电除尘器去除烟气中极细微水沫和颗粒物，明显改善了外排烟气拖尾现象，几乎看不到白烟。

4）系统防堵性能优异。氨吸收系统结构设计合理，对容易堵塞的设备和管道部分，在设备结构和管道布局上进行优化，有效避免了系统高含盐量堵塞的问题。

5）系统内设备选材合理。遵循“既要工艺合理，又要经济节约”原则，对系统关键装置的关键部位进行重点防护，在保证耐腐蚀性能情况下分段考虑耐高温性能，在保证系统稳定运行前提下降低工程投资。

8 结束语

本套氨气吸收系统是一种成熟可靠的系统。工艺方面，采用梯级吸收和清洁生产设计理念，在保证极高吸收效率的同时，实现废水零排放；设备方面，针对烟气不同处理阶段具有不同的温度和腐蚀性能这一特点，在不同处理阶段使用不同的材质，关键部位重点保护，保证设备长周期稳定运行的同时，节约了工程造价；自控方面，系统可实现全自动化控制，关键控制点设置报警值，提高了控制系统的可靠性。以上设计路线实现了在低投资的情况下对废氨气、废稀硫酸液进行综合治理和资源化利用，为我国环保和节能事业的可持续发展提供了一种新思路。