煤泥綜合利用電廠氨法脫硫除塵工藝優(yōu)化與應(yīng)用

劉學(xué)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(jì)二礦電廠均為燃用所在煤礦洗煤廠洗煤泥發(fā)電供熱的資源綜合利用熱電廠，隨著政府對(duì)二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)和要求的不斷提高，煤泥綜合利用電廠采取的爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝，已經(jīng)不能滿足二氧化硫排放要求。結(jié)合煤泥電廠生產(chǎn)實(shí)際，通過對(duì)各種脫硫工藝的調(diào)研分析、綜合比較，認(rèn)為氨法脫硫具有很高的脫硫效率，系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低，其脫硫副產(chǎn)品硫酸銨作為化肥銷售，能大幅度降低運(yùn)行成本，且該工藝不會(huì)產(chǎn)生廢水、廢渣二次污染。

1 氨法脫硫基礎(chǔ)方案的確定

鑒于國內(nèi)幾家專業(yè)的氨法脫硫?qū)I(yè)公司工藝方案各有千秋，具有各自的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，又有技術(shù)缺陷和不足，為選擇性價(jià)比適合公司需求的基礎(chǔ)工藝方案及專業(yè)廠家，兗礦集團(tuán)公司邀請(qǐng)了10余家氨法脫硫公司，組織進(jìn)行了EPC總承包招標(biāo)。通過綜合評(píng)標(biāo)和集團(tuán)公司招標(biāo)領(lǐng)導(dǎo)小組研究，確定由洛陽市天譽(yù)環(huán)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(chǔ)工藝方案確定后，借鑒國內(nèi)外氨法脫硫技術(shù)，取長補(bǔ)短，針對(duì)華聚能源煤泥資源綜合利用電廠具體特點(diǎn)，組織進(jìn)行了全面的技術(shù)工藝優(yōu)化研究。

2 工藝方案優(yōu)化意見

2.1 明晰脫硫塔內(nèi)各功能區(qū)

明確劃分脫硫塔內(nèi)各功能區(qū)，充分發(fā)揮各區(qū)專有的作用，更有效地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效脫硫、高效率地回收高品質(zhì)的硫酸銨。

（1）增加濃縮降溫段，使高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫塔后首先被降溫，以適合脫硫的溫度進(jìn)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(wěn)定低溫，可以保證脫硫效果，同時(shí)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(yōu)化洗滌段布置。選擇合適的液氣比，加大循環(huán)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(nèi)，繼續(xù)循環(huán)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(nèi)以低氣速上升，減少煙氣霧沫夾帶情況的發(fā)生，同時(shí)破壞了氣溶膠形成的條件。

（5）優(yōu)化補(bǔ)給水系統(tǒng)，最大限度地發(fā)揮每級(jí)循環(huán)系統(tǒng)中補(bǔ)給液的作用，增強(qiáng)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(yōu)化氨水加入方式，減少氨揮發(fā)

氨水分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、易揮發(fā)，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(jìn)了技術(shù)方案中向一級(jí)文丘里預(yù)脫硫段噴入一定濃度的欠量氨水進(jìn)行中和反應(yīng)，生成亞硫酸銨進(jìn)行脫硫的工藝，采用獨(dú)特的氨水補(bǔ)入方式，將氨水直接加入亞氨罐中，避免氨水進(jìn)入霧化噴淋系統(tǒng)，減少了其與煙氣直接接觸的機(jī)會(huì)，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(yù)脫硫部分優(yōu)化為濃縮降溫段

進(jìn)入濃縮段的稀硫酸銨溶液需在脫硫塔濃縮段蒸發(fā)濃縮至40%含量，其目的：一是為剛進(jìn)入系統(tǒng)的熱煙氣降溫，以保護(hù)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(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，以節(jié)約蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽。

流程為：硫酸銨液由濃縮循環(huán)泵自塔底抽出，分別進(jìn)入熱煙氣進(jìn)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(fā)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(huán)，直至濃度合格為止。

2.4 系統(tǒng)防腐

針對(duì)不同的工作介質(zhì)，選定相應(yīng)的系統(tǒng)、設(shè)備材質(zhì)。

就氨回收法脫硫工藝和脫硫塔采用的塔體材質(zhì)而言，氯離子不會(huì)對(duì)本系統(tǒng)造成大的負(fù)面影響。用氨水脫除二氧化硫的同時(shí)，富裕的氨水可以和氯離子達(dá)到一定的濃度積的時(shí)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(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部主要設(shè)備脫硫塔的材質(zhì)均為特種玻璃鋼，氯離子不會(huì)對(duì)該材質(zhì)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(duì)于硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，氯離子的富集會(huì)對(duì)不銹鋼受熱面產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，因而建議蒸發(fā)器受熱面管材由不銹鋼更改為鈦材。

2.5 pH值的控制

基礎(chǔ)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(rèn)為pH值＞7能夠克服酸性條件對(duì)脫硫塔本體和管網(wǎng)的酸性腐蝕，同時(shí)SO2的平衡分壓甚小，即吸收效率較高，但此時(shí)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(gè)分壓。建議pH值控制在5.5～6.6之間。

2.6 濕式除塵

優(yōu)化脫硫液中粉塵的處理系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)的灰塵及時(shí)被帶出系統(tǒng)，而又能保證硫酸銨質(zhì)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(jīng)過濕法脫硫后必然有一部分粉塵進(jìn)入到脫硫液中，長期運(yùn)行后形成富集可能會(huì)對(duì)液體管路形成阻塞。粉塵混入到硫酸銨母液中也會(huì)影響硫酸銨產(chǎn)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(jī)對(duì)硫酸銨溶液進(jìn)行除灰，系統(tǒng)設(shè)有回料管，可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)除灰；同時(shí)在增濃循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有旁路管，在脫硫塔底部加裝激勵(lì)噴嘴，可以定期或根據(jù)需要噴射攪動(dòng)，激起塔底沉積的灰塵，通過分離進(jìn)行脫除。

2.7 硫酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)

將3座電廠氨法脫硫產(chǎn)物硫酸銨溶液進(jìn)行集中，在東灘礦電廠建設(shè)一套蒸餾裝置，處理硫酸銨溶液，生產(chǎn)硫酸銨化肥。一系列的改進(jìn)和完善，優(yōu)化了系統(tǒng)配置，提升了脫硫系統(tǒng)的技術(shù)水平，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和脫硫效率。

3 技術(shù)分析

（1）由于東灘礦電廠、濟(jì)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(fā)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(nèi)與二氧化硫反應(yīng)，氨水不直接參與脫硫反映；同時(shí)控制脫硫循環(huán)溶液處于較低的濃度；并明確劃分脫硫塔內(nèi)部各功能區(qū)，將脫硫界區(qū)的溫度控制在60℃左右，最大限度地促進(jìn)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(jìn)行射流激勵(lì)，利用循環(huán)系統(tǒng)將淤泥帶出塔底，采用分離技術(shù)進(jìn)行濕式除塵，對(duì)硫酸銨母液進(jìn)行凈化，大大提高了回收的硫酸銨副產(chǎn)品的品質(zhì)，同時(shí)也清除了進(jìn)入系統(tǒng)的電除塵器未除盡的粉煤灰，使得脫硫系統(tǒng)得以長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）硫酸銨生產(chǎn)采用的煙氣濃縮蒸發(fā)加三效蒸發(fā)系統(tǒng)，是降低能耗、節(jié)約能源的先進(jìn)技術(shù)。脫硫產(chǎn)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(shí)，溶液被濃縮接近飽和，排出脫硫塔后進(jìn)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(fā)+結(jié)晶器（密閉）工藝，大大降低了蒸汽消耗，降低了運(yùn)行成本，提高了硫酸銨產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）在亞硫酸銨氧化方面采用塔外引射抽氣氧化技術(shù)，可以確保氧化率大于99%以上，并降低脫硫塔的循環(huán)液氣比，大大降低系統(tǒng)的運(yùn)行電耗，同時(shí)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(huán)系統(tǒng)吸入空氣中的氧氣，高效、強(qiáng)力混合，使亞硫酸銨迅速氧化為硫酸銨，主要化學(xué)反應(yīng)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(huán)境中遇到空氣則極易氧化成為NO2，而NO2又是一種強(qiáng)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(yīng)的同時(shí)，還發(fā)生如下副反應(yīng)：

上述反應(yīng)促進(jìn)了亞硫酸銨的氧化反應(yīng)。同時(shí)，還存在下列反應(yīng)：

所以只要添加充分的空氣進(jìn)入氧化系統(tǒng)，并與脫硫漿液高效、強(qiáng)力擾動(dòng)、混合，脫硫裝置在完成脫硫的同時(shí)還能完成部分脫氮的目的，從而達(dá)到脫硫又脫氮的綜合效果，本項(xiàng)目在3家電廠的脫硫工程設(shè)計(jì)中，采用塔外引射抽氣氧化技術(shù)，已經(jīng)有意識(shí)地強(qiáng)化了以上反應(yīng)。當(dāng)然根據(jù)脫硫工藝的發(fā)展，還可以進(jìn)一步優(yōu)化，從而成為完善的脫硫脫氮一體化的環(huán)保設(shè)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(yùn)行過程中，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)研究，確定了恰當(dāng)?shù)膒H值，控制SO2、NH3的平衡分壓，使得NH3逃逸減小到最低程度，同時(shí)脫硫效率處于可控狀態(tài)。

（6）在華聚能源公司3個(gè)電廠采用分別建設(shè)脫硫裝置，在東灘礦電廠集中進(jìn)行硫酸銨副產(chǎn)品的提取回收的技術(shù)方案也是一個(gè)大膽的創(chuàng)新，既節(jié)省項(xiàng)目的投資和占地面積，減少運(yùn)行檢修人員及工作量，降低運(yùn)行成本，提高效率，又實(shí)現(xiàn)3個(gè)電廠的資源共享，提升了綜合效益。

4 應(yīng)用情況

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

經(jīng)地方環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)，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(jì)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(chǎn)品硫酸銨晶體氮含量為20.8%，達(dá)到了GB535-1995質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)合格品要求。