煤化工中氨法脫硫技術的應用探討

徐永雙

摘要：隨著國家對環保要求的日漸嚴苛，氨法脫硫因其脫硫效率高、副產品硫銨可回收利用等特點，在煤化工尤其是本身擁有氨資源的煉化項目配套生產中得到了廣泛應用。但氨法脫硫工藝伴生的氣溶膠現象，造成大氣中PM2.5增加并嚴重影響自然環境，危害人類健康。本文簡要介紹了氨法脫硫工藝流程，通過氨法脫硫超低排放環保改造技術對某廠現有氨法脫硫工藝進行技術改造升級，使鍋爐煙氣的排放量達到國家超低排放標準。

關鍵詞：煤化工;氨法脫硫;應用

1 引言

為了保證排放的煙氣中NOx的含量符合國家排放標準，火煤化工企業通常采用煙氣脫硝工藝來控制。在煙氣脫硝工藝中，通常采用具有良好選擇性，較高效率和穩定性的SCR脫硝工藝，即將NOx與還原劑發生氧化還原反應，從而轉化為無害的N2和水。實際的應用過程中，為維持較高的脫硝效率，加入的氨量超過了與NOx等摩爾反應的理論值，導致過量的氨未能反應且隨煙氣“逃出”脫硝反應器，這種現象被稱為“氨逃逸”。當氨逃逸較高時，會導致運行成本增加以及對鍋爐煙氣凈化系統產生影響。逃逸的氨少部分以硫酸氫銨的形式沉積在空預器和被飛灰帶走，大部分的進入脫硫系統，因此以逃逸氨對脫硫塔以及脫硫廢水處理系統及環境是否會產生影響進行了分析。

2 氨法脫硫工藝簡介

氨法脫硫是一種高效、低耗能的濕法脫硫方式，脫硫過程是氣液反應，反應速率快，吸收劑利用率高，能保持脫硫效率95%～99%。氨法的最大特點是SO2的可資源化，可將污染物SO2回收成為高附加值的商品化產品。氨法脫硫主要包括兩部分，其一是指SO2的吸收，其二是亞硫酸銨的氧化。在采用這種方法進行脫硫的過程中要用到吸收劑，能夠選擇性的吸收液體。在脫硫過程中一般以液氨作為吸收劑，有時也會用到氨水，其過程是對在制硫過程產生的二氧化硫氣體進行吸收，然后再將尾氣排放到大氣中，反應過程中產生的亞硫酸氨溶液被氧化，進一步生成硫酸銨溶液。對于生成的溶液要進行濃縮，使用原煙氣中的熱量將其濃縮，這一環節完成后要進行結晶處理，采用結晶系統進行結晶，一般以蒸發結晶為主，最后生成硫酸銨漿液。將漿液進行分離處理，采用分離處理系統將硫酸銨進行分離，然后將其干燥處理，再進行包裝。這種煙氣脫硫法是一種相對較為環保的脫硫工藝之一，尤其我國此種脫離工藝剛起步，因此技術尚不夠成熟。這種脫硫法的優勢在于其脫硫的效率較高，而且在整個過程中不會產生二次污染，還可以將SO2進行回收再利用，提升了資源的利用率。當前我國已經可以采用硫酸銨制作化肥，采用這種脫硫方法在脫硫過程中會形成亞硫酸銨，而其可以還原氮氧化物，因此采用這種工藝一方面可以脫硫，另一方面還能脫硝，在一定程度上降低了溫室效應。

3 實驗對象

被選擇的、優化后的多段分區脫硫塔系統。煙氣洗滌降溫區的循環漿液為吸收塔漿液，其利用進口煙氣的熱量，使硫酸銨溶液達到飽和并析出晶體——塔內結晶;SO2吸收區的循環漿液來自設置在吸收塔外的2級循環槽;顆粒物及氨逃逸控制區的循環液為工藝水，來自設置在吸收塔外的3級循環槽。針對原脫硫出口硫酸銨顆粒物濃度高的情況，煤化工企業對控制顆粒物及氨逃逸的3級循環區域結構進行了改造，改造內容包括：擴大了該區域結構的直徑;工藝水淋洗噴淋層由1層變為2層，并加大了原有工藝水淋洗水量;在原有的2層V型除霧器的基礎上，增加了1層高效除霧器;多孔填料用塑料絲替換原有的斜板通道。

4 實驗方法

4.1 采樣方法

前期在鍋爐75%BRL負荷、SO2排放濃度小于10mg·m-3的條件下，跟蹤、測試吸收塔進、出口顆粒物濃度。可以看出，在吸收塔入口煙塵濃度很低的情況下，吸收塔出口顆粒物濃度是進口煙塵濃度的4～5倍，且冷凝液中離子態硫酸銨濃度約為顆粒物濃度的60%，即運用常規采樣方法不能準確反映氨法脫硫塔出口硫酸銨顆粒物濃度。同時，不管是哪種運行條件，出口顆粒物濃度在線CEMS監測儀均無法準確反映煙氣中實際的顆粒物濃度。有研究表明，氨法脫硫吸收塔出口硫酸銨粒徑分布集中在0.07～0.70μm，即存在硫酸銨穿透濾膜或濾筒的可能，且目前缺乏高濕度條件下，濾膜與濾筒對硫酸銨顆粒捕集效率的研究結果。因此，分析中采用濾筒或濾膜上可過濾顆粒物（FPM）與可凝結顆粒物（CPM）之和作為出口硫酸銨濃度。

1）采樣前，用去離子水對采樣槍、采樣連接管、氣水分離器進行清洗。2）啟動采樣儀，對清洗后的采樣槍、采樣連接管、氣水分離器進行抽空氣風干。3）在采樣過程中，采樣槍的把手端向下傾斜5°～10°，采樣連接管以向下傾斜的方式連接采樣槍與氣水分離器。4）采樣后，保存濾膜或濾筒的同時，收集從采樣槍、采樣連接管、氣水分離器中被采煙氣中冷凝出的冷凝液。5）采樣后，用去離子水對采樣槍、采樣連接管、氣水分離器進行清洗，并收集清洗液。6）用去離子水溶解濾筒或濾膜上的可過濾態硫酸銨，再利用陽離子色譜儀測定溶液中NH4+量，計算脫硫塔出口可過濾顆粒態（FPM）硫酸銨濃度;同時，利用陽離子色譜儀測定冷凝液與清洗液中NH4+量，計算脫硫塔出口可凝結顆粒態硫酸銨（CPM）濃度（以硫酸銨與亞硫酸銨形式存在的可凝結顆粒，均計算成硫酸銨顆粒），各個條件下平行采樣2次，取平均值。

4.2 氨法脫硫超低排放改造

（1）在吸收塔頂部增設超聲波除塵一體化超低排放系統，增加吸收塔高度，并為每臺吸收塔設置1套超聲波發生器及配套設施。超聲波除塵是利用超聲波的特點，使亞微米顆粒在聲波的作用下發生共振，顆粒越小則振幅越大，相互團結發生凝并，從流動的煙氣中分離，進一步降低煙氣中的總塵含量。（2）調整吸收塔內結構，改善吸收塔內氣液流場分布，進一步提高氣液接觸效果，強化脫硫塔細微顆粒物的控制，調整一級循環泵流量（由550m3/h調整為710m3/h）及相應的管道閥門設置。（3）優化吸收塔內除霧器設置，并在超聲波一體化系統頂部設置高效除霧器。（4）每臺塔增加1臺三級循環水泵以及相應的管道、閥門系統，循環水泵流量Q=410m3/h。增大三級循環水槽容積，單臺循環水槽容積由100m3增大為200m3。增高塔體，出口凈煙道及凈煙道支架做相應高度調整。

5 結束語

（1）逃逸氨經過正常運行條件下的脫硫系統后，對逃逸氨氣液相平衡分布的影響因素及程度：氨逃逸率>pH值>脫硫廢水的排放量>溫度。（2）氨逃逸率一定情況下，溫度和pH值的升高，會導致脫硫系統排出煙氣的氨含量增大。（3）氨逃逸率增大，排入大氣的氨量和脫硫廢水的氨含量均增加;當典型的2臺1000MW機組共用一根煙囪的情況下，氨逃逸率超過0.85mg/Nm3后，煙囪排放處不滿足惡臭氣體排放標準。

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（作者單位：寶泰隆新材料股份有限公司）