220 t/h鍋爐煙氣氨法脫硫特點及存在問題

袁平華

(陽煤豐喜集團臨猗分公司，山西運城 044100)

陽煤豐喜集團臨猗分公司220 t/h鍋爐煙氣治理項目包括選擇性非催化還原(SNCR)+選擇性催化還原(SCR)脫硝、布袋除塵及氨法脫硫。其中，脫硫采用高效節(jié)能氨法脫硫深度凈化技術(shù)，保證了鍋爐煙氣SO2和粉塵排放達到超低排放Ⅰ類標準(SO2質(zhì)量濃度≤35 mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度≤5 mg/m3，NOx質(zhì)量濃度≤50 mg/m3)。脫硫塔塔徑為8 m，總高90 m(直排煙囪高20 m)，整體脫硫工藝為氨法脫硫+填料水洗+濕式電除塵+煙囪直排。氧化系統(tǒng)采用塔內(nèi)氧化工藝，布置1層曝氣管；濃縮系統(tǒng)采用塔外濃縮結(jié)晶工藝。

1 工藝概述

脫硫塔是一個多功能塔，全塔功能分7段，脫硫塔設(shè)計從下往上分別為氧化段、濃縮降溫段、SO2吸收段、水洗段、除霧段、濕式電除塵段、直排煙囪[1]。脫硫塔總高90 m，帶進出口在線監(jiān)測裝置(CEMS)。塔外設(shè)置濃縮結(jié)晶罐、一二級水洗槽、濕電沖洗水槽、氨水罐、泵房及配電室。硫銨后處理裝置及事故池利舊。

1.1 氧化段

氧化系統(tǒng)主要由曝氣裝置和氧化風機組成[1]。

氧化段置于脫硫塔塔底，高度為10 m，采用曝氣氧化+自然氧化的原理，在距離塔底6 m左右布置1層曝氣管(見圖1)，采用羅茨風機鼓入空氣對吸收液進行強制氧化，阻力低、氧化效果好。脫硫塔內(nèi)吸收液中的亞硫酸銨被氧化為硫酸銨，亞鹽氧化率可達99%以上。合格的硫酸銨溶液最終從脫硫塔補充進入濃縮結(jié)晶槽。

圖1 氧化曝氣管

脫硫塔內(nèi)過量的氧化空氣和亞鹽分解氣體經(jīng)過脫硫塔凈化后由塔頂煙囪排空。

1.2 濃縮降溫段

濃縮降溫段高度為10 m(含煙氣進口煙道)，采用一級濃縮，濃縮采用渦流噴嘴；濃縮降溫段和氧化段之間由1層隔板(斜板)分開，斜板上的積料自流入濃縮結(jié)晶槽，斜板設(shè)有反沖洗裝置，沖洗液來自氧化段。

圖2為濃縮噴淋層，只有1層，負責把硫酸銨漿液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮液經(jīng)過斜板自流到濃縮結(jié)晶槽。

圖2 濃縮噴淋層及斜板

鍋爐引風機來的高溫煙氣進入脫硫塔中部，在自下向上的過程中與濃縮噴淋的硫酸銨漿液逆向接觸，煙氣中的微量煙塵大部分被洗除。高溫煙氣由于絕熱蒸發(fā)，溫度降低，釋放出的熱量把稀硫酸銨漿液中的大量水分蒸發(fā)，硫酸銨漿液被濃縮，當達到過飽和時析出硫酸銨晶體，硫酸銨漿液濃縮達到設(shè)定的結(jié)晶指標后，用晶漿泵將硫酸銨漿液送至原硫酸銨工序。

1.3 SO2吸收段

SO2吸收段設(shè)3級吸收(2層噴淋+1層填料吸收)。SO2吸收段高度為10 m，濃縮降溫段和SO2吸收段采用集液器分隔，布置有升氣帽，SO2吸收段和氧化段之間采用2根Φ800玻璃鋼管(即下降管，見圖3)連接，下降管跨過濃縮降溫段，在脫硫塔內(nèi)從SO2吸收段集液器盤向下直通塔底氧化段，下降管的下部開有不同規(guī)格數(shù)量的孔，保證吸收液能夠全部經(jīng)下降管自流入氧化段進行氧化。下降管底部固定在脫硫塔底上。

圖3 下降管

上升的含SO2的煙氣穿過集液器盤后進入SO2吸收段，SO2吸收段設(shè)3層噴淋層，與自上而下噴淋的吸收液進行逆向傳質(zhì)，吸收并脫除煙氣中的SO2，脫除SO2后的凈化煙氣進入2級循環(huán)水洗除霧段；吸收SO2后吸收漿液經(jīng)SO2吸收段集液器盤靠自身重力進入脫硫塔落液管氧化段底部的循環(huán)槽，通過吸收泵進行循環(huán)噴淋。

部分吸收漿液向上進入氧化段，通過鼓入的空氣將漿液中的亞硫酸銨氧化成硫酸銨，氧化完成后稀硫酸銨漿液在氧化段頂部流入濃縮槽或由吸收循環(huán)泵打到濃縮降溫段流入濃縮結(jié)晶槽。

填料吸收層采用布液槽+填料形式，吸收液經(jīng)管道輸送至布液槽，再經(jīng)填料均勻分布與煙氣逆流接觸，對煙氣中的SO2進行吸收。噴淋吸收采用大流量螺旋碳化硅噴嘴，2層噴淋之間的高度差為2.4 m。

1.4 水洗段

水洗段分2級，1級為布液槽+填料，2級為螺旋噴嘴，2級高度差為5.4 m。

2級水洗段采用集液器盤隔開，保持水洗液的密度梯度，除去凈化煙氣中微量未反應(yīng)的游離氣氨、夾帶的硫酸銨液沫，并使煙氣夾帶的液滴稀釋成水滴。然后煙氣經(jīng)霧滴除霧器及濕式電除塵器逐級去除粒徑由大到小的液滴。滿足排放要求的凈煙氣經(jīng)塔頂直排煙囪排放。

1.5 除霧段

除霧器分為2層：下面1層為填料除霧器，采用聚丙烯(PP)材質(zhì)填料對煙氣中的大液滴進行過濾；上面1層為平板除霧器，為折流板式，對煙氣中夾帶的小液滴進行凈化處理。2層除霧器配置4層沖洗裝置，對除霧器定期沖洗，保證脫硫系統(tǒng)壓差在指標范圍內(nèi)。

1.6 濕式電除塵段

脫硫塔出口煙氣中粉塵質(zhì)量濃度要求≤5 mg/m3，僅憑2級除霧難以保證其穩(wěn)定達標。濕式電除塵器由氣流分布板、陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、電儀系統(tǒng)組成：陽極系統(tǒng)由陽極管(Φ360、長度為6 m，498根)和玻璃管密封條組成；陰極系統(tǒng)由絕緣箱、導(dǎo)電吊桿、絕緣吊桿、大小梁、陰極線及重錘等組成；電儀系統(tǒng)由高頻恒流電源及高低壓控制柜組成[3]。整套系統(tǒng)保證脫硫塔出口煙氣粉塵質(zhì)量濃度≤5 mg/m3。

1.7 直排煙囪

脫硫塔塔頂直排煙囪的直徑為3.8 m，高20 m，設(shè)計煙氣排放體積流量為45萬m3/h，內(nèi)壁貼有環(huán)形擋水環(huán)，防止煙氣帶水。

2 技術(shù)特點

2.1 多點加氨

氨法脫硫中吸收劑為氨水，煙氣排放濃度對氨逃逸量有要求；加氨過多會產(chǎn)生氣氨，氣氨與氣態(tài)SO2反應(yīng)產(chǎn)生氣溶膠。在運行中要減少氣氨的產(chǎn)生，就要防止加氨過于集中；采用多點加氨的方式，減少了氨逃逸量，防止了氣溶膠的產(chǎn)生。

2.2 高效氧化

在采用傳統(tǒng)氧化風機氧化的同時，通過控制吸收液密度的方式，利用煙氣中的氧濃度，提高了氧化效果，氧化風機功率和臺數(shù)可以相應(yīng)減少，實現(xiàn)低能高效氧化。

2.3 脫硫系統(tǒng)防腐

濃縮系統(tǒng)運行中，一般不需要調(diào)試pH，但濃縮液會腐蝕設(shè)備，采用濃縮槽加氨調(diào)整系統(tǒng)pH的方式，減少了濃縮段及硫酸銨設(shè)備的腐蝕。

2.4 脫硫系統(tǒng)防堵

在濃縮系統(tǒng)和硫酸銨系統(tǒng)中，接觸硫酸銨漿液的設(shè)備，都會被腐蝕；設(shè)計沖洗裝置用來過濾設(shè)備，在濃縮段還采用了反沖洗防堵措施，使得整個系統(tǒng)不堆料掛料等。

2.5 吸收落液管內(nèi)置

將吸收液循環(huán)回流管道放置于塔內(nèi)，以改變塔外管道過多的外觀情況。

2.6 硫酸銨化肥結(jié)晶

化肥結(jié)晶是一個復(fù)雜的過程。結(jié)晶中需要晶體的長大環(huán)境，在濃縮結(jié)晶槽使用了攪拌裝置，改變濃縮液的流動性，有利于化肥的長大與結(jié)晶。同時，調(diào)整濃縮液密度，改善了結(jié)晶環(huán)境，使得大部分硫酸銨漿液在離心機濾網(wǎng)上形成濾餅而生產(chǎn)為固體化肥，最終實現(xiàn)了物料平衡。

2.7 液體分析點及工藝參數(shù)控制

液體分析工藝參數(shù)見表1。

表1 液體分析工藝參數(shù)

注：1)取液位置為脫硫塔。

3 工藝系統(tǒng)流程

3.1 脫硫工藝流程

脫硫工序含5個工藝過程，即煙氣洗滌降溫與硫酸銨漿液的濃縮結(jié)晶、煙氣中SO2的脫除與吸收劑的再生、煙氣中逃逸氨的去除和濕煙氣霧滴的去除、煙氣降溫除塵與硫酸銨漿液的濃縮、事故保護裝置的運行。

3.1.1 煙氣洗滌降溫與硫酸銨漿液的濃縮結(jié)晶

鍋爐熱煙氣經(jīng)除塵后，進入脫硫塔濃縮段，與頂部噴淋的硫酸銨漿液逆流接觸，洗去煙氣中的煙塵，同時煙氣在此過程中因絕熱蒸發(fā)而冷卻。煙氣的熱量使硫酸銨漿液中部分水分蒸發(fā)而達到飽和，最終析出硫酸銨晶粒。夾帶硫酸銨晶粒的硫酸銨漿液在脫硫塔濃縮段斜板匯集并回流至濃縮結(jié)晶槽，再由洗滌濃縮泵送濃縮段再蒸發(fā)結(jié)晶。當濃縮漿含固量達到規(guī)定工藝控制指標，由晶漿排出泵送漿液到原硫酸銨裝置生產(chǎn)硫酸銨化肥，硫酸銨漿液返回脫硫系統(tǒng)濃縮結(jié)晶槽。

為防止?jié)饪s結(jié)晶槽底硫酸銨晶粒沉淀結(jié)塊，濃縮結(jié)晶槽設(shè)置切向進料及攪拌裝置。

3.1.2 煙氣中SO2的脫除與吸收劑的再生。

煙氣經(jīng)過濃縮段，溫度由140 ℃左右降至約50 ℃，煙氣通過濃縮段與吸收段之間的集液器盤進入吸收段。在吸收段，煙氣自下而上穿過3級吸收段，在吸收液作用下，煙氣中的大部分SO2被脫除。吸收液在集液器盤匯集后進入脫硫塔底部，再用吸收循環(huán)泵送至吸收段繼續(xù)循環(huán)噴淋吸收SO2。隨著吸收過程的進行，吸收液成分不斷發(fā)生改變，使吸收能力降低，為保持吸收效率，須不斷補充新的吸收再生劑——氨水，使吸收劑得到再生。

3.1.3 煙氣中逃逸氨的去除和濕煙氣霧滴的去除

為了減少脫硫塔排煙中的氨逃逸量，提高氨的利用率，同時為了避免脫硫濕煙氣液滴對周圍裝置的腐蝕，保證排放指標達到煙塵質(zhì)量濃度≤5 mg/m3，氨逃逸質(zhì)量濃度≤3 mg/m3，塔體上部設(shè)計有氨除霧器(清洗水層)、霧滴除霧器和濕式電除塵器。2級除霧器都為填料+噴嘴(沖洗水)。

煙氣經(jīng)過吸收段脫除SO2后，通過集液器盤進入脫硫塔上部氨除霧器(清洗水層)、霧滴除霧器，除去煙氣中夾帶游離NH3和液沫(霧滴)，再經(jīng)塔體最上部濕式電除塵器進一步凈化煙氣，凈化的煙氣最終由塔頂煙囪排放。各除霧器配套工藝水沖洗裝置，濕式電除塵器配套濕電離線沖洗泵。

3.1.4 煙氣降溫除塵與硫酸銨漿液的濃縮

鍋爐熱煙氣經(jīng)收塵后，由引風機送入脫硫塔的濃縮段，在濃縮段中，高溫煙氣與濃縮噴淋層噴淋的硫酸銨漿液逆流接觸，通過硫酸銨漿液洗滌，煙氣在此過程中因絕熱蒸發(fā)而冷卻。經(jīng)過足夠的停留時間，在脫硫塔內(nèi)經(jīng)過洗滌、濃縮、結(jié)晶，在濃縮結(jié)晶槽內(nèi)形成一定含固量的硫酸銨晶漿液，送入原硫酸銨系統(tǒng)生產(chǎn)化肥。煙氣經(jīng)過洗滌、降溫后進入吸收塔中的吸收段。

3.1.5 事故保護裝置的運行

脫硫塔進口設(shè)置事故噴淋保護裝置，當鍋爐系統(tǒng)煙氣溫度超過設(shè)計指標，或濃縮段噴淋裝置短時間故障時，濃縮段溫度升高達到設(shè)計警戒指標(70 ℃)，事故閥自動打開進行煙管噴淋降溫并報警。另外，為保證設(shè)備絕對安全，當啟動脫硫塔進口事故噴淋時，煙氣溫度超過設(shè)計指標時，人工打開濃縮段反沖洗，保證脫硫塔的整體安全。此時一定要注意濃縮結(jié)晶槽的液位，濃縮結(jié)晶槽液位使用攪拌泵打液體到脫硫塔，控制整個液體平衡。

3.2 煙氣的工藝流程

含SO2的鍋爐煙氣經(jīng)過煙道及擋板門依次經(jīng)過濃縮、吸收、水洗、除霧、濕式電除塵器，最后經(jīng)直排煙囪排放(見圖4)。

圖4 煙氣流程圖

此系統(tǒng)含煙氣降溫除塵與硫酸銨漿液的濃縮、SO2的吸收、吸收液的氧化、清洗水等工藝過程。

3.3 濃縮液的補充渠道

脫硫塔氧化段溢流至濃縮結(jié)晶槽的硫酸銨漿液、來自濃縮段反沖洗或斜板沖洗的吸收液，以及硫酸銨系統(tǒng)返回的母液，在濃縮結(jié)晶槽混合，通過洗滌濃縮泵送至濃縮段噴淋循環(huán)使用，濃縮液在循環(huán)過程中不斷與高溫煙氣進行熱交換，濃縮液不斷濃縮，當濃縮液達到飽和時，硫酸銨晶體開始出現(xiàn)，當含固質(zhì)量分數(shù)達到10%～30%時，濃縮液通過晶漿排出泵送至原硫酸銨生產(chǎn)工序。

圖5為濃縮液循環(huán)回路圖,濃縮結(jié)晶槽漿液來自氧化段溢流、吸收泵出口及硫酸銨回收工段回流的母液，漿液經(jīng)過煙氣熱量的不斷蒸發(fā)濃縮，然后輸送到硫酸銨回收工段進行硫酸銨產(chǎn)品的回收。

圖5 濃縮漿液的來源及去向

3.4 吸收液循環(huán)回路及走向

在循環(huán)吸收中，4臺吸收循環(huán)泵(3開1備)將脫硫塔里的吸收液分別送至3層吸收噴淋裝置，與上升的煙氣逆向接觸，進行吸收反應(yīng)后在集液器盤段混合進入液體匯合管道，然后回到脫硫塔底部，回到脫硫塔的大部分吸收液再經(jīng)吸收循環(huán)泵分別送至3層吸收噴淋裝置，繼續(xù)循環(huán)噴淋吸收SO2；另一部分吸收液通過氧化隔板進入氧化段進行氧化，再間接性地通過溢流管溢流至濃縮結(jié)晶槽，或者通過濃縮段吸收液的反沖洗噴淋或斜板沖洗補充溶液到濃縮段，隨后溶液進入濃縮結(jié)晶槽(見圖6)。

圖6 吸收液流程

隨著吸收過程的進行，吸收液成分不斷發(fā)生改變，使吸收能力降低，為保持吸收效率，須不斷補充新的脫硫再生劑——氨水，使吸收劑得到再生，新補充的氨水由氨水罐經(jīng)氨水泵輸送到匯合管處，由吸收循環(huán)區(qū)內(nèi)pH檢測控制系統(tǒng)調(diào)控氨流量。

采取多點加氨，即操作上pH采用粗調(diào)和細調(diào)相結(jié)合，避免局部加氨過量，pH過高而使氨逃逸及氣溶膠的產(chǎn)生，解決煙氣拖尾現(xiàn)象。

3.5 工藝水循環(huán)回路及走向

工藝水主要用于沖洗除霧層、補充系統(tǒng)需要的水、脫硫煙道降溫和各泵的密封水。工藝水進入循環(huán)水箱儲存，循環(huán)水箱中的工藝水經(jīng)循環(huán)水泵輸送至除霧器沖洗和脫硫降溫；經(jīng)1級循環(huán)泵輸送至1級水洗除霧層沖洗，包括氧化段的補水；經(jīng)2級循環(huán)水泵輸送至2級水洗除霧層沖洗，各級沖洗水可返回循環(huán)水箱。

圖7為工藝水自廠工藝水總管進入2級清洗水箱，再經(jīng)工藝水泵輸送到除霧器沖洗水管、2級水洗段、集液器反沖洗水管道，洗滌水經(jīng)集液器盤再流入2級水箱進行循環(huán)洗滌；2級清洗水箱高液位水自流入1級清洗水箱，經(jīng)1級清洗水泵進入1級水洗段，洗滌煙氣后進入1級清洗集液器盤，自流入1級清洗水箱循環(huán)使用。機泵冷卻水來自廠工藝水總管，脫硫塔補水來自1級清洗水箱[4]。

圖7 工藝循環(huán)水流程

3.6 氧化液的走向

吸收液進入氧化段，在氧化段通入壓縮空氣(氧氣)，經(jīng)氧化曝氣裝置分布后，與氧化循環(huán)槽液體接觸，氧化液中的亞硫酸銨被氧化為硫酸銨，合格的硫酸銨漿液送到濃縮結(jié)晶槽。

圖8為氧化液流程。吸收液經(jīng)過吸收泵后分成兩部分，一部分經(jīng)下降管進入氧化段，另一部分吸收液自吸收循環(huán)泵出口進入斜板，與濃縮段來的濃縮液及斜板沖洗液匯合經(jīng)斜板自流入濃縮結(jié)晶槽。氧化槽高液位溢流至濃縮結(jié)晶槽。

圖8 氧化液流程

3.7 氨水的走向

氨水是氨-硫酸銨濕法煙氣脫硫中的吸收再生劑。

氨水自氨水管網(wǎng)進入氨水槽，經(jīng)氨水泵進入到1、2級吸收泵入口進入到吸收段，在濃縮結(jié)晶槽也設(shè)有加氨點，氨水槽釋放氣經(jīng)槽頂放空閥進入到脫硫塔吸收段(見圖9)。

圖9 氨水流程

4 運行中存在的問題

4.1 吸收段集液器溢流

在安裝完成調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)濃縮結(jié)晶槽液位在吸收循環(huán)泵開啟后上漲，打開人孔發(fā)現(xiàn)是吸收段集液器溢流，水從升氣帽口溢流到濃縮段，說明2根Φ800的下降管保證不了吸收段和氧化段之間的循環(huán)量，使得吸收液聚集在集液器上，漫過升氣帽溢流到濃縮段。如果在系統(tǒng)運行時，會產(chǎn)生液封，使煙氣升不上去，系統(tǒng)也就運行不了。

升氣帽主要是使煙氣上升進入到吸收段，防止吸收液進入到濃縮段見圖10。因為下降管設(shè)計偏小，造成吸收積液盤液位高過升氣帽底部擋板，吸收液從擋板溢流到濃縮段。

圖10 升氣帽

為此，經(jīng)過計算，決定在吸收段和氧化段之間新增1根Φ500的下降管。此管只能走塔外，在塔壁上另外開孔，保證氧化吸收正常運行。此管加上后，再次調(diào)試，濃縮結(jié)晶槽液位不再上漲，說明2根Φ800下降管確實設(shè)計有問題，無法保證3臺吸收泵的液流量。

4.2 布液槽問題

布液槽的作用是使水洗液分布均勻，保證水洗效果。但由于每根管道液體分布不均勻，造成水洗槽里的液體分布不均，長時間運行后布液槽上的小孔(Φ8)容易堵塞。

在用水調(diào)試過程中，布液槽里面的水分布不均顯現(xiàn)出來。有些槽里面的水是滿的，有些槽里面根本就沒有水，經(jīng)過多次調(diào)整都沒有效果。

討論結(jié)果是把布液槽全部連通起來，希望能把水經(jīng)過布液槽進行再次分配，改造后布液槽水流分布情況有所改善。

聯(lián)通后的水洗槽能夠大致保證每個槽子里面液體分配大致平衡，達到水流均勻的效果。

布液槽投資雖然較少，使用期限長，但性能不穩(wěn)定，效果不太好。

4.3 除霧器問題

除霧器在氨法脫硫上主要有平板式、折流板式、絲網(wǎng)、屋脊式等，其中最有效果的是折流板和屋脊式除霧器。但是本次脫硫塔除霧器采用的是填料除霧器，即2層填料+沖洗水作為除霧器的整體。從實際運行上來看，效果并不好，很多液滴填料捕集不下來。如果不是塔頂有濕式電除塵器，粉塵質(zhì)量濃度要很難達到≤5 mg/m3的要求。

因此，在氨法煙氣脫硫中，還是應(yīng)該采用折流板或者屋脊式除霧器，屋脊式除霧器效果很好，再加上濕式電除塵器，粉塵排放質(zhì)量濃度可以滿足≤5 mg/m3的要求。

5 結(jié)語

220 t/h鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)在設(shè)計理念和運行操作上有獨到的技術(shù)和經(jīng)驗，特別是氧化系統(tǒng)設(shè)計，阻力小，效果好；水洗布液槽經(jīng)過改進后運行效果也很好；除霧器雖然沒有屋脊式除霧器優(yōu)良，但是使用起來也能達到要求；多點加氨保證了脫硫系統(tǒng)在低pH下運行，氨耗少，消耗低。缺點是下降管設(shè)計上有很多值得商榷之處。

總之，220 t/h鍋爐煙氣治理項目氨法脫硫雖然設(shè)計有所缺陷，但是經(jīng)過改進后，近1年多來運行比較穩(wěn)定，能夠達到設(shè)計要求。排放數(shù)據(jù)為粉塵質(zhì)量濃度為0.2 mg/m3，NOx質(zhì)量濃度為13.69 mg/m3，SO2質(zhì)量濃度為1.02 mg/m3。在進口SO2質(zhì)量濃度為2 363 mg/m3的情況下，每天能產(chǎn)硫酸銨超過20 t。