煤泥綜合利用電廠氨法脫硫除塵工藝優化與應用

劉學冰 徐秀國 牛憲峰 山東華聚能源股份有限公司

山東華聚能源股份有限公司興隆莊礦電廠、東灘礦電廠、濟二礦電廠均為燃用所在煤礦洗煤廠洗煤泥發電供熱的資源綜合利用熱電廠，隨著政府對二氧化硫排放標準和要求的不斷提高，煤泥綜合利用電廠采取的爐內噴鈣脫硫工藝，已經不能滿足二氧化硫排放要求。結合煤泥電廠生產實際，通過對各種脫硫工藝的調研分析、綜合比較，認為氨法脫硫具有很高的脫硫效率，系統簡單、設備體積小、能耗低，其脫硫副產品硫酸銨作為化肥銷售，能大幅度降低運行成本，且該工藝不會產生廢水、廢渣二次污染。

1 氨法脫硫基礎方案的確定

鑒于國內幾家專業的氨法脫硫專業公司工藝方案各有千秋，具有各自的技術特點和優勢，又有技術缺陷和不足，為選擇性價比適合公司需求的基礎工藝方案及專業廠家，兗礦集團公司邀請了10余家氨法脫硫公司，組織進行了EPC總承包招標。通過綜合評標和集團公司招標領導小組研究，確定由洛陽市天譽環保工程有限公司總承包華聚能源3座小型煤泥綜合利用電廠煙氣脫硫工程。

基礎工藝方案確定后，借鑒國內外氨法脫硫技術，取長補短，針對華聚能源煤泥資源綜合利用電廠具體特點，組織進行了全面的技術工藝優化研究。

2 工藝方案優化意見

2.1 明晰脫硫塔內各功能區

明確劃分脫硫塔內各功能區，充分發揮各區專有的作用，更有效地實現穩定高效脫硫、高效率地回收高品質的硫酸銨。

（1）增加濃縮降溫段，使高溫煙氣進入脫硫塔后首先被降溫，以適合脫硫的溫度進入脫硫吸收段。

（2）保持吸收脫硫段溫度。維持吸收脫硫段溫度穩定低溫，可以保證脫硫效果，同時防止亞硫酸銨、亞硫酸氫銨的分解引起氨的逃逸，保證較高的氨水利用率和硫酸銨回收率。

（3）優化洗滌段布置。選擇合適的液氣比，加大循環液的噴淋密度，將煙氣中可能帶出的殘余的氨洗掉，流入塔底集液池內，繼續循環噴淋利用；凈化后的煙氣中殘余少量霧沫在洗滌層做最后的清洗。

（4）煙氣在脫硫塔內以低氣速上升，減少煙氣霧沫夾帶情況的發生，同時破壞了氣溶膠形成的條件。

（5）優化補給水系統，最大限度地發揮每級循環系統中補給液的作用，增強煙氣中殘余霧沫的清洗，除霧/除沫器和塔頂除霧板層層阻擋氨及氣溶膠逃逸。

2.2 優化氨水加入方式，減少氨揮發

氨水分子結構不穩定、易揮發，如與煙氣接觸后極易隨著凈煙氣排放，造成新的污染。本工藝研究改進了技術方案中向一級文丘里預脫硫段噴入一定濃度的欠量氨水進行中和反應，生成亞硫酸銨進行脫硫的工藝，采用獨特的氨水補入方式，將氨水直接加入亞氨罐中，避免氨水進入霧化噴淋系統，減少了其與煙氣直接接觸的機會，此舉能夠大大減少脫硫劑氨的損耗，提高脫硫劑的利用率。

2.3 將預脫硫部分優化為濃縮降溫段

進入濃縮段的稀硫酸銨溶液需在脫硫塔濃縮段蒸發濃縮至40%含量，其目的：一是為剛進入系統的熱煙氣降溫，以保護塔體及改善脫硫段脫硫效果；二是充分利用熱煙氣的熱量，讓高含量的硫酸銨溶液進入蒸發系統，以節約蒸發系統的蒸汽。

流程為：硫酸銨液由濃縮循環泵自塔底抽出，分別進入熱煙氣進口噴淋管和脫硫塔濃縮段噴淋管，溶液噴淋后在熱煙氣的加熱下蒸發出大量水分，一方面降低了煙氣溫度，一方面濃縮了溶液。兩路噴淋的溶液均落入塔底，通過增濃泵由塔底抽出送至脫硫塔濃縮段噴淋管噴淋，不斷循環，直至濃度合格為止。

2.4 系統防腐

針對不同的工作介質，選定相應的系統、設備材質。

就氨回收法脫硫工藝和脫硫塔采用的塔體材質而言，氯離子不會對本系統造成大的負面影響。用氨水脫除二氧化硫的同時，富裕的氨水可以和氯離子達到一定的濃度積的時候，氯離子將以氯化銨晶體的形式隨著硫酸銨晶體脫離本系統。系統內部主要設備脫硫塔的材質均為特種玻璃鋼，氯離子不會對該材質造成腐蝕，有氯離子存在的管道、閥門、泵等，均采用襯塑工藝，防止氯離子腐蝕。對于硫酸銨蒸發結晶系統，氯離子的富集會對不銹鋼受熱面產生嚴重腐蝕，因而建議蒸發器受熱面管材由不銹鋼更改為鈦材。

2.5 pH值的控制

基礎方案中要求脫硫塔底部積液池利用pH值控制儀，將其pH值控制在弱堿性（pH＞7）。本研究認為pH值＞7能夠克服酸性條件對脫硫塔本體和管網的酸性腐蝕，同時SO2的平衡分壓甚小，即吸收效率較高，但此時NH3的平衡分壓大，即NH3的排空損失大。所以吸收液的組成，必須兼顧兩個分壓。建議pH值控制在5.5～6.6之間。

2.6 濕式除塵

優化脫硫液中粉塵的處理系統，使系統內的灰塵及時被帶出系統，而又能保證硫酸銨質量。

脫硫液中的粉塵來自于煙氣中除塵器未除盡的亞微米煤灰，經過濕法脫硫后必然有一部分粉塵進入到脫硫液中，長期運行后形成富集可能會對液體管路形成阻塞。粉塵混入到硫酸銨母液中也會影響硫酸銨產品的成色及含氮量。

采用的方法就是灰的濕式分離。采用脫水機對硫酸銨溶液進行除灰，系統設有回料管，可以實現循環除灰；同時在增濃循環系統中設有旁路管，在脫硫塔底部加裝激勵噴嘴，可以定期或根據需要噴射攪動，激起塔底沉積的灰塵，通過分離進行脫除。

2.7 硫酸銨生產系統

將3座電廠氨法脫硫產物硫酸銨溶液進行集中，在東灘礦電廠建設一套蒸餾裝置，處理硫酸銨溶液，生產硫酸銨化肥。一系列的改進和完善，優化了系統配置，提升了脫硫系統的技術水平，進一步提高了系統的可靠性、穩定性和脫硫效率。

3 技術分析

（1）由于東灘礦電廠、濟二礦電廠、興隆莊礦電廠所使用的燃料是煤泥，這使得燃燒過后的煙氣更加難處理。本研究圍繞著如何解決氨的易揮發性，防止氨隨脫硫尾氣溢出損失，將脫硫劑氨水全部由亞硫酸銨罐加入，與亞硫酸氫銨反映生成亞硫酸銨，亞硫酸銨作為脫硫劑在脫硫塔內與二氧化硫反應，氨水不直接參與脫硫反映；同時控制脫硫循環溶液處于較低的濃度；并明確劃分脫硫塔內部各功能區，將脫硫界區的溫度控制在60℃左右，最大限度地促進亞硫酸銨的合成，減少其分解，從而控制氨的溢出損失。

（2）在塔底進行射流激勵，利用循環系統將淤泥帶出塔底，采用分離技術進行濕式除塵，對硫酸銨母液進行凈化，大大提高了回收的硫酸銨副產品的品質，同時也清除了進入系統的電除塵器未除盡的粉煤灰，使得脫硫系統得以長期安全穩定運行。

（3）硫酸銨生產采用的煙氣濃縮蒸發加三效蒸發系統，是降低能耗、節約能源的先進技術。脫硫產物硫酸銨母液在脫硫塔增濃段與熱煙氣混合，在降低煙氣溫度的同時，溶液被濃縮接近飽和，排出脫硫塔后進行濕式除塵，分離出灰塵，得到較純凈的硫酸銨母液。然后使用蒸汽，采用三效蒸發+結晶器（密閉）工藝，大大降低了蒸汽消耗，降低了運行成本，提高了硫酸銨產品質量。

（4）在亞硫酸銨氧化方面采用塔外引射抽氣氧化技術，可以確保氧化率大于99%以上，并降低脫硫塔的循環液氣比，大大降低系統的運行電耗，同時可以提高NOx的氧化率，更多的脫除NOx。

脫硫漿液通過氧化循環系統吸入空氣中的氧氣，高效、強力混合，使亞硫酸銨迅速氧化為硫酸銨，主要化學反應為：

煙氣中除含有SO2外，還有氮氧化合物，而氮氧化合物中90%以上是以NO形式存在，其他NOx則很少。NO是一種不活潑氣體，但是在濕環境中遇到空氣則極易氧化成為NO2，而NO2又是一種強氧化劑，而亞銨鹽則是一種還原劑，放在空氣中就很快變成硫酸銨鹽。所以在脫硫反應的同時，還發生如下副反應：

上述反應促進了亞硫酸銨的氧化反應。同時，還存在下列反應：

所以只要添加充分的空氣進入氧化系統，并與脫硫漿液高效、強力擾動、混合，脫硫裝置在完成脫硫的同時還能完成部分脫氮的目的，從而達到脫硫又脫氮的綜合效果，本項目在3家電廠的脫硫工程設計中，采用塔外引射抽氣氧化技術，已經有意識地強化了以上反應。當然根據脫硫工藝的發展，還可以進一步優化，從而成為完善的脫硫脫氮一體化的環保設備。

（5）保持亞硫酸銨罐溶液較低的濃度及pH值，有效控制氨的溢出損失。工藝研究及方案制定階段，確定pH值控制在5.5～6.6之間。這樣既能將脫硫率控制在95%以上，又能將NH3逃逸減小到最低程度。在試運行過程中，經反復試驗研究，確定了恰當的pH值，控制SO2、NH3的平衡分壓，使得NH3逃逸減小到最低程度，同時脫硫效率處于可控狀態。

（6）在華聚能源公司3個電廠采用分別建設脫硫裝置，在東灘礦電廠集中進行硫酸銨副產品的提取回收的技術方案也是一個大膽的創新，既節省項目的投資和占地面積，減少運行檢修人員及工作量，降低運行成本，提高效率，又實現3個電廠的資源共享，提升了綜合效益。

4 應用情況

山東華聚能源股份有限公司下屬的東灘礦電廠、濟二礦電廠、興隆莊礦電廠脫硫裝置均采用3爐1塔設計，3家電廠的脫硫裝置投入運行后效果良好。

經地方環境保護監測站監測，東灘礦電廠煙塵、氮氧化物、二氧化硫濃度分別為42.1、170、38mg/Nm3；濟二礦電廠煙塵、氮氧化物、二氧化硫濃度分別為42.2、166、75mg/Nm3；興隆莊礦電廠煙塵、氮氧化物、二氧化硫濃度分別為47.8、165、76mg/Nm3。

副產品硫酸銨晶體氮含量為20.8%，達到了GB535-1995質量標準合格品要求。