“填料+絲網”除霧在氨法脫硫的工業應用

吳全富 杜海波 楊 瀟

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司)

0 引 言

氨法脫硫工藝是目前比較成熟、已工業化應用的脫硫工藝，主要用于300 MW及以下的燃煤機組[1]。其原理是水中的氨和煙氣中的SO2發生反應生成亞硫酸銨，亞硫酸銨進一步與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸氫銨，亞硫酸氫銨再與氨水反應生成亞硫酸銨，生成的亞硫酸銨被空氣氧化為硫酸銨。其能耗很低，產物附加值高且符合可持續發展，是一種綠色的廢氣處理方式。另一方面石化廠內有液氨或者氨水的供應，利用氨法脫硫技術有得天獨厚的優勢。

氨的反應迅速，處理廢氣效率高，產物不會附著在設備上，處理流程相對簡單，操作簡便、維護相對輕松。相對鈣法脫硫其基本沒有固廢的產生，高濃度的硫酸銨液體通過旋流提濃、離心脫水、干燥得到硫酸銨副產品符合循環經濟的要求，不會再次污染環境[2-3]。

常規投入運行的大部分氨法脫硫雖然SO2依賴氨的強制加入達到GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》要求，但煙囪檢測口的霧滴和顆粒物檢測濃度很難達標排放[4-5]。常見的問題如下：

1)煙囪雨嚴重、PM2.5氣溶膠“煙氣拖尾”明顯，污染轉移。

2)硫酸銨隨酸霧夾帶飄落，腐蝕生產生活設施，影響廠區和周邊居民生活。

3)氨逃逸嚴重，銨鹽損失大，影響脫硫系統運行的經濟性。

1 氨法脫硫工藝

GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》要求重點區域SO2和煙塵分別執行50 mg/m3和20 mg/m3的限值。中石油克拉瑪依石化有限責任公司動力廠在氨法煙氣脫硫后段采用“填料+絲網”除霧技術，結合脫硫塔工藝設計，實現了脫硫效率高，氧化快速，除霧能力強的預期，成功解決氨法脫硫“煙氣拖尾”及氣溶膠等問題，確保煙塵達到排放標準。

該氨法脫硫及“填料+絲網”除霧工藝系統主要由濃縮塔、吸收塔、除霧系統、氧化系統、硫酸銨后處理系統等組成，其工藝流程見圖1。

圖1 脫硫部分工藝流程

1)來自鍋爐脫硝除塵后的高溫煙氣首先進入濃縮塔，自下而上與兩臺濃縮循環泵來的漿液逆流接觸，在此過程中，煙氣降溫，漿液濃縮，同時，煙氣中SO2被初步吸收。被濃縮的漿液一部分繼續循環，另一部分則送至濃漿罐，經泵送入硫酸銨回收工段，采用蒸發結晶工藝，離心機分離、干燥后送入包裝機，包裝入庫。

2)經過初步凈化的煙氣進入脫硫吸收段。在脫硫吸收段，煙氣與三層噴淋層來的漿液逆流接觸，煙氣中的SO2進一步被吸收。吸收SO2的漿液回流至塔底，亞硫酸氫銨與氨水反應，生成亞硫酸銨，再經氧化生成硫酸銨，送至濃縮塔。凈化后的煙氣經三級除霧器去除夾帶的液滴后(液滴含量50 mg/Nm3)，經過塔盤后進入洗滌段。

3)在洗滌段內，含一定量霧滴的煙氣通過填料層到水洗層，在水洗層煙氣被無鹽水噴頭進一步沖洗達到去含鹽霧滴和粉塵的效果，沖洗過的煙氣再經過兩層絲網除霧器過濾后達到GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》排放。

2 “填料+絲網”除霧技術消除產生的氣溶膠

氨法脫硫的特殊之處在于脫硫劑氨常溫常壓下是氣體，易揮發，與SO2在氣態下反應易生成亞微米級的亞硫酸銨和硫酸銨氣溶膠。因此，氨法脫硫的首要問題是圍繞著如何控制氨的揮發，防止氣溶膠的生成和氨隨脫硫后煙氣的逃逸。控制三層噴淋吸收將煙氣的降溫與吸收分開，有效抑制氣溶膠的產生。

在脫硫塔內，噴淋吸收段上部設置三層高效除霧器，去除吸收段煙氣夾帶的絕大部分煙塵、霧滴以及部分氣溶膠顆粒，將脫硫吸收段與除塵清洗段相對隔離，有效抑制了吸收段煙氣中夾帶的大量霧滴、煙塵、顆粒物等進入除塵清洗段，實現水洗層濃度遠遠低于吸收層漿液濃度，實現濃度遞減、逐級吸收功能。

水洗塔盤的空隙過大，造成局部煙氣不均勻偏流現象，在噴淋水洗中，偏流的煙氣中的氣溶膠組分不能有效去除，在經過絲網除霧器后，仍會有殘留的氣溶膠隨煙氣排放，造成煙氣拖尾。針對此問題，裝置增設填料層，安裝在塔內水洗塔盤的上部，水洗水噴淋的下部。填料層增大了氣-液的傳質面積，同時可對煙氣進行均布，均布后的煙氣和噴淋下來的水洗水在填料中充分接觸，使其均勻混合，可充分去除氣溶膠。

絲網除霧器又稱除沫器，當帶有霧沫的氣體以一定速度上升通過絲網時，由于慣性作用，霧沫與絲網細絲相碰撞而被附著在細絲表面上。細絲的可潤濕性、液體的表面張力及細絲的毛細管作用，使得液滴越來越大，直到聚集的液滴大到其自身產生的重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時，液滴就從細絲上分離下落[6]。氣體通過絲網除霧器后，基本不含霧沫。裝置在填料層上部又設置了兩層絲網除霧器進一步去除硫酸銨小液滴。

3 “填料+絲網”除霧技術的工業應用

克拉瑪依石化采用“填料+絲網”除霧技術的氨法脫硫工藝建成兩套煙氣脫硫裝置，實現冬季4臺鍋爐開兩套煙氣脫硫裝置，夏季兩臺鍋爐開一套煙氣脫硫裝置，另一套煙氣脫硫檢修的運行模式。裝置設計脫硫效率大于95%，氨逃逸小于2 mg/m3。工藝所需液氨由公司酸性水汽提裝置通過管輸提供，在電廠新建氨水配置系統，控制氨水濃度為10%左右。氨法煙氣脫硫性能指標見表1。

表1 氨法煙氣脫硫性能指標

表1列出了“填料+絲網”除霧氨法脫硫的設計和運行指標，從表中可以看出，煙氣處理量，出口SO2、煙塵、氨逃逸、脫硫效率及系統壓降均在設置指標范圍之內，達到了項目建設的預期效果。

圖2、圖3列出了2018年全年煙氣脫硫裝置出口SO2和煙塵日均濃度及煙塵濃度。從圖中可看出，SO2的出口濃度不高于30 mg/m3。“填料+絲網”除霧后煙塵濃度不高于10 mg/m3，達到了超低排放的要求。項目運行兩年來，經過政府環保部門的多次檢測，各項指標均優于設計指標。

圖2 脫硫出口SO2濃度

圖3 脫硫出口煙塵濃度

4 結 論

“填料+絲網”除霧的氨法脫硫裝置，自2017年7月投用以來，操作運行平穩，脫硫煙囪出口SO2濃度小于30 mg/m3，煙塵濃度小于10 mg/m3，全年煙氣排放溫度在48～55℃，煙氣水含量在40～50 g/Nm3，達到了《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》(環發[2015]164號)中SO2不大于35 mg/m3，煙塵不大于10 mg/m3超低排放的要求。填料和絲網定期用無鹽水分模塊沖洗可在不影響壓降的前提下，解決銨鹽的結晶、堵塞和結垢等問題。“填料+絲網”除霧方案投資小、能耗低、運行穩定，適用于有穩定液氨供應的小型電廠或化工廠動力站的燃煤脫硫裝置。