復合氨法脫硫工藝中氧化槽和濕式電除塵器應用小結

孟曉琴，袁平華

［陽煤豐喜肥業(yè) （集團）有限責任公司臨猗分公司，山西臨猗 044100］

0 引 言

陽煤豐喜肥業(yè) （集團）有限責任公司臨猗分公司現(xiàn)有3套鍋爐煙氣氨法脫硫裝置：第1套配套2臺75t／h循環(huán)流化床鍋爐，合用1臺脫硫塔 （空塔，即無塔內(nèi)件），脫硫塔直徑4.8m、高30m，設計采用塔內(nèi)吸收、氧化、濃縮結晶工藝；第2套配套1臺130t／h煤粉鍋爐，脫硫塔 （1臺）直徑4.8m、高30m，脫硫塔內(nèi)用集液器分成2段 （上部為吸收段、下部為濃縮段），設計采用塔內(nèi)吸收和濃縮結晶、塔外氧化工藝；第3套配套新建的280t／h循環(huán)流化床鍋爐，采用脫硫塔塔內(nèi)吸收、濃縮和結晶及塔外氧化工藝，塔頂設有濕式電除塵器。

280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復合氨法脫硫裝置，采用脫硫塔塔外氧化、塔內(nèi)濃縮和結晶工藝，塔內(nèi)自下而上布置有文丘里分布器、2層集液器+2層托盤、2段水洗、2層屋脊式除霧器，塔頂布置有濕式電除塵器，外加煙囪直排；脫硫塔塔外布置有氧化槽、稀氨水槽、水洗槽、各式泵設備及硫銨回收裝置。復合氨法脫硫裝置中的關鍵設備——氧化槽和濕式電除塵器是整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的中樞神經(jīng)，氧化槽擔負著副產(chǎn)品硫銨的形成，濕式電除塵器控制著出口尾氣中的粉塵含量，二者相輔相成，保證著整個系統(tǒng)的順利、環(huán)保運行。以下就280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復合氨法脫硫裝置中氧化槽和濕式電除塵器的應用情況進行總結。

1 氧化槽

1.1 氧化槽在復合氨法脫硫系統(tǒng)中的作用

氧化槽為非標容器，規(guī)格為φ 10000mm×10000mm。氧化槽為篩板槽，槽里面有2層篩板，篩板上密布著氣孔。篩板有兩大作用：一是增大氣液接觸面積，空氣通過篩板孔會使液面產(chǎn)生鼓泡，使吸收液與空氣充分接觸而氧化；二是減緩空氣流速、增加空氣在槽內(nèi)的停留時間。氧化風機設計為2臺 （一用一備），Q＝109.1m3／h、p＝98 kPa，風壓在98kPa左右的空氣在氧化槽中停留時間要超過6s，以保證亞硫酸銨的氧化效果。

復合氨法脫硫裝置中氧化槽與脫硫塔之間的流程見圖1?？諝鈴难趸鄣撞抗娜?，槽頂與脫硫塔有氣相和液相連接管線，氣相為從羅茨風機鼓入的空氣，沒有反應完全的空氣 （主要是N2）與脫硫煙氣混合后從脫硫塔頂排出；液相為脫硫吸收液，經(jīng)噴嘴與煙氣接觸后，經(jīng)集液器自流入氧化槽，保證氧化槽和脫硫塔之間建立起循環(huán)（也有廠家將氧化槽稱為 “循環(huán)槽”）。脫硫循環(huán)泵 （單臺循環(huán)泵的額定流量為900m3／h）出口與脫硫塔噴淋層連接，一共設有5臺脫硫循環(huán)泵，對應5層噴淋層。

氨水是氨法脫硫的吸收劑，是脫硫的主要原料，脫硫用氨水也是從氧化槽加入。復合氨法脫硫工藝中，脫硫塔被分隔成3段，自下而上分別為濃縮段、吸收段和水洗段，吸收段是氨與SO2發(fā)生反應的主要區(qū)域，而氧化槽與吸收段之間是建立了循環(huán)的，即兩者是一體的；氧化槽在與脫硫塔建立起脫硫吸收液循環(huán)的同時，也對脫硫塔濃縮段進行補液，保證濃縮段液位在一定的范圍內(nèi)，不會使高溫煙氣直接進入吸收段，而濃縮段自身也能建立起液體循環(huán)，給煙氣降溫的同時其中的脫硫吸收液不斷濃縮，硫銨晶體不斷長大，直至能夠從離心機中分離出來。

簡言之，氧化槽在整個復合氨法脫硫裝置中起著承上啟下、前后銜接的作用，是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，占有舉足輕重的地位。

圖1 復合氨法脫硫裝置中氧化槽與脫硫塔之間的流程示意圖

1.2 氧化槽與脫硫漿液pH

脫硫漿液p H是煙氣氨法脫硫系統(tǒng)需要控制的重要參數(shù)之一，它決定著SO2的吸收反應，系統(tǒng)中氨的加入量調(diào)整及硫銨晶體形成快慢均與脫硫漿液p H的控制穩(wěn)定與否相關。脫硫漿液p H的主宰者是氨水，而氨水的加入是在氧化槽中進行的，為保證氨水在氧化槽內(nèi)混合均勻，使進入脫硫塔的脫硫液p H和氧化槽p H計示數(shù)不會偏差太大，在氧化槽內(nèi)設有一隔板，將氨水區(qū)和脫硫液區(qū)分開，氨水區(qū)空間很小，加入的氨水能夠溢流至脫硫液中；所有的脫硫循環(huán)泵都安裝在脫硫液這邊，且脫硫循環(huán)泵的進口管線位于氧化槽底，新鮮的氨水有足夠的時間與脫硫液進行均勻混合。

氨法脫硫工藝中氨水的加入位置對系統(tǒng)運行狀況有非常大的影響。公司的第1套氨法脫硫裝置，在未設氧化槽之前首先從脫硫塔底部加入氨水，當時只設計了1個加入點，運行后就發(fā)現(xiàn)脫硫漿液p H很不穩(wěn)定，忽高忽低。經(jīng)反復分析后認為，問題的原因在于加氨水位置不對，因為整個系統(tǒng)氨水添加量是根據(jù)脫硫漿液p H來確定的，而當時設置的p H計離加氨水位置比較近，稍微加點氨水漿液p H示數(shù)就升高了，而實際上脫硫漿液p H并不高，結果造成脫硫溶液中亞硫酸氫銨過多 （N H3+SO2+H2O→N H4HSO3），又因為亞硫酸氫銨易溶于水，在溶液中狀態(tài)穩(wěn)定，導致生產(chǎn)中出現(xiàn)脫硫漿液密度已達到要求但就是分離不出硫銨產(chǎn)品的現(xiàn)象 ［硫銨難溶于水，在水中會長成一個個小晶體，達到一定濃度 （固液比）才能從離心機中分離出來］，而當時尚處于工藝摸索階段，設計廠家也是一籌莫展。硫銨產(chǎn)品分離不出來，而出口煙氣中SO2還時不時超標，除霧器堵塞，煙氣拖尾現(xiàn)象嚴重。系統(tǒng)停車檢查發(fā)現(xiàn)有大塊的鹽類物附著在脫硫塔塔壁上，大的像塊大石頭，把塔下部的擾動管和氧化風管都砸斷了。經(jīng)化驗分析，這些結晶物大部分是亞硫酸氫銨和硫酸氫銨，它們堵塞漿液噴嘴和除霧器，甚至布滿出口煙道；煙囪煙氣拖尾即源于此，因為帶出物太多，煙氣比重 （密度）大，無法擴散，只有往下沉，尤其是冬天，煙氣抬升高度不夠，整個廠區(qū)彌漫著一股濃濃的臭雞蛋氣味。歸結起來，出現(xiàn)這些現(xiàn)象均源于脫硫漿液的p H沒有控制好，氨水加入不均勻或者是氨水加入太少，沒有生成硫銨，而是生成了硫酸氫銨和亞硫酸氫銨，它們較硫銨在水中的溶解度大，即使飽和了也形不成晶體，無法從離心機中分離出來，當達到過飽和狀態(tài)時，硫酸氫銨和亞硫酸氫銨才從溶液中析出，經(jīng)噴嘴噴出后附著在塔壁和梁上，久而久之，形成大塊物。

第1套氨法脫硫裝置運行不正常，我們對其進行了改造，采用塔外氧化、塔內(nèi)濃縮結晶工藝；第2套氨法脫硫裝置也采用塔外氧化、塔內(nèi)濃縮結晶工藝；第1套、第2套煙氣氨法脫硫裝置2臺脫硫塔共用1臺氧化槽，氧化槽上設有1個氨水加入點，即用隔板在氧化槽內(nèi)給補加的氨水設置一個 “小房間”，氨水經(jīng)溢流與氧化槽中的吸收液慢慢混合均勻。p H計設計為2個，分布在2臺脫硫塔的濃縮段，但運行過程中發(fā)現(xiàn)2臺脫硫塔的p H計示數(shù)不一樣，且偏差較大。經(jīng)反復研究分析，還是認為氨水加入點設置有問題，氨水與氧化槽內(nèi)的吸收液混合不均勻，導致2臺脫硫塔漿液p H計示數(shù)不一樣，無法為操作提供可靠的依據(jù)。

針對這一問題，設計廠家經(jīng)過研究，決定第3套復合氨法脫硫裝置改變氨水加入點，將氨水改由從氧化槽頂部加入。因氧化槽有10m高，槽內(nèi)液位控制在6～8m，新加入的氨水從氧化槽頂部落下，有足夠的時間與氧化槽內(nèi)的吸收液充分混合，而循環(huán)泵安裝在氧化槽底部，將氧化槽內(nèi)與氨水混合均勻的吸收液打入脫硫塔對SO2進行吸收。為保證吸收液p H的真實性，280t／h循環(huán)流化床鍋爐復合煙氣氨法脫硫裝置不再將p H計安裝在氧化槽上，而是安裝在了脫硫循環(huán)泵出口 （即脫硫塔液相進口），即在泵出口安裝一個小容器，p H計安裝在這個小容器里面，用支管將各泵出口吸收液匯集到小容器中進行p H檢測，以確保進塔溶液p H計示數(shù)的真實有效。

另外，第3套煙氣復合氨法脫硫裝置采用技術手段，將氨水泵的變頻調(diào)節(jié)與p H進行聯(lián)鎖，一旦p H偏低，氨水泵會自動加快轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)補氨，而當p H達設定值附近時，氨水泵又會自動調(diào)低轉(zhuǎn)速，從而保證吸收液和漿液p H的穩(wěn)定。當漿液p H保持穩(wěn)定時，亞硫酸銨的形成、氧化、結晶就能順利進行，繼而形成穩(wěn)定的、在溶液中溶解度低的硫銨，且硫銨晶體能夠順利長大到足夠從離心機分離出來，而不是生成硫酸氫銨無法形成晶體并在水中因溶解度大而無法析出，造成脫硫液過飽和，堵塞噴嘴和除霧器，并隨煙氣帶出導致煙氣拖尾，使脫硫系統(tǒng)工況惡化，直至無法運轉(zhuǎn)下去。

經(jīng)過一系列的技改及調(diào)整，第1套和第2套氨法脫硫裝置把氨水加入點都改到了氧化槽的頂部，第3套復合氨法脫硫裝置又新增了p H與氨水泵變頻聯(lián)鎖調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復合氨法脫硫系統(tǒng)氧化槽液位控制在6～8m（液體阻力≤80kPa），脫硫漿液p H＝5～6，脫硫塔液位4m左右，開3臺脫硫循環(huán)泵和1臺氧化風機，在鍋爐負荷約75%、煙氣量300000m3／h、進塔煙氣SO2含量為2500mg／m3的情況下，日產(chǎn)硫銨在25～40t，硫銨品質(zhì)為一級，并且實現(xiàn)了超低排放。

2 濕式電除塵器

2.1 濕式電除塵器產(chǎn)生的背景

對于氨法脫硫工藝來說，雖然SO2和氨能夠快速反應，但生成的鹽類物不止是硫銨，還有亞硫酸氫銨、硫酸氫銨和碳酸氫銨等，這些鹽類物不穩(wěn)定，易溶解和分解，會經(jīng)過集液器氣帽進入除霧器系統(tǒng)，并且經(jīng)除霧器隨煙氣進入煙囪內(nèi)，由此形成平常我們所說的 “氣溶膠”現(xiàn)象。

在氨法脫硫系統(tǒng)中，這種 “氣溶膠”現(xiàn)象是不可避免的。因為隨煙氣帶出的硫酸氫銨和碳酸氫銨溫度降低后會在煙道及煙囪中析出，因此有時在煙囪或煙道中會發(fā)現(xiàn)白色的析出物，煙囪有時還會冒黃煙，這是亞硫酸氫銨和硫酸氫銨分解形成的 “酸霧”。氨法脫硫系統(tǒng)中的 “氣溶膠”現(xiàn)象危害非常大，這是許多設計廠家多年來一直在研究解決的問題。

氨法脫硫工藝在除霧器進口增設水洗系統(tǒng)是近年來開發(fā)出的第1種去除 “氣溶膠”的工藝。水洗液采用干凈的一次水，且水洗液需單獨循環(huán)，不與吸收液一起直排入氧化槽，否則脫硫系統(tǒng)的水平衡就無法保證，也就是說，需要另外設計1個水洗池供洗滌液單獨循環(huán)，當氧化槽液位低而整個沖洗水系統(tǒng)無法維持氧化槽正常運轉(zhuǎn)時，可將水洗池的水補入氧化槽內(nèi)，然后再用一次水補充水洗池的液位。

增設水洗系統(tǒng)這一舉措一般只是在氨法脫硫系統(tǒng)改造項目中采用，雖然水洗可降低煙氣溫度，使其中帶出的鹽類物及逃逸的氨重新返回系統(tǒng)，但畢竟水洗液和煙氣接觸時間極短，能吸收的物質(zhì)有限，要使排放煙氣煙塵含量≤5mg／m3，只增設水洗系統(tǒng)是遠遠不夠的。于是，濕式電除塵器工藝應運而生，其類似于靜電除塵器的工作原理，用于捕捉那些極細小的濕顆粒，從而減少煙氣中的煙塵。

2.2 濕式電除塵器結構簡介

濕式電除塵器由高／低壓控制系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、氣體分布系統(tǒng)、陽極系統(tǒng)組成。

高壓控制系統(tǒng)由高壓控制柜、高壓發(fā)生器和隔離開關柜組成。高壓控制柜通過P L C來控制；高壓發(fā)生器將高壓柜的控制輸出整流成直流電進入濕式電除塵器；隔離開關柜保護檢修時人員進入濕式電除塵器內(nèi)的安全。低壓控制系統(tǒng)通過低壓控制柜及P L C和觸摸屏來實現(xiàn)集中控制。

沖洗系統(tǒng)由管道、噴嘴、電動閥、流量計、壓力變送器、放空閥、水泵組成。沖洗要求為單管單沖，沖洗線安裝在上氣室內(nèi)。

絕緣系統(tǒng)是比較重要的系統(tǒng)，涉及到操作人員的人身安全。濕式電除塵器共設置有2個電場，每個電場包括4臺電絕緣箱，電絕緣箱架設在頂部平臺上，每個絕緣箱內(nèi)裝有錐形石英管1支、石英管壓蓋1個、視鏡1個、熱電偶1支，采用內(nèi)保溫。

陰極系統(tǒng)由大梁、小梁、吊桿、陰極線、重錘、高壓機組等組成。電暈電極為2205高效芒刺極線。為保證電暈線在沉淀管中心，且不受氣體流動的干擾而引起位移，每根電暈線下部設置8k g的重錘，上部固定在陰極小梁上，陰極小梁則鋪在陰極大梁上；大梁由4根吊桿通過石英管壓蓋吊在絕緣箱的石英管上，其絕緣采用熱風清掃裝置。

氣體分布系統(tǒng)的設置，緣于煙氣由進氣口進入濕式靜電除霧除塵器時通道截面積突然擴大，容易因渦流而造成整個截面上的氣體分布不均，故需在下氣室內(nèi)設置氣體分布系統(tǒng)。材質(zhì)采用FRPP，通過開孔的大小及開孔率來保證氣體的均勻分布，氣流均布系數(shù)σr＜0.2。

陽極系統(tǒng)的收塵裝置 （內(nèi)徑12160mm）采用集束型，共分16組，管子呈蜂窩狀排列，管子長度為6000mm，組裝并連接好后，安裝時通過其支撐法蘭懸掛在殼體內(nèi)的陽極支撐大梁上。陽極管采用碳纖維增強復合材料CFRP，內(nèi)切圓直徑為360mm的六邊形管 （導電阻燃玻璃鋼）規(guī)格6000mm×3mm，表面涂滿導電的石墨粉，防腐的同時又帶有導電的功能。每根陽極管中插入一根陰極線，陰極線為芒刺型2205耐腐蝕的合金扁鋼，整個構架為懸吊式，用8根大梁和8根立柱把陰／陽極系統(tǒng)懸掛起來。每根陽極管口上部正中心配套1個沖洗水噴嘴，用來對濕式電除塵系統(tǒng)進行沖洗，沖洗水采用高壓一次水，一般每天沖洗1次，沖洗水進入到水洗池。

2.3 濕式電除塵器安裝注意事項

濕式電除塵系統(tǒng)最核心的部分是高頻電源和陰／陽極系統(tǒng)。高頻電源要將濕式電除塵系統(tǒng)電壓從380V升高到60k V，而陰／陽極系統(tǒng)由于陽極管束高達10400mm（脫硫塔底部塔體直徑為8600mm，此處內(nèi)徑為12160mm，相當于在脫硫塔上部加了個 “大肚子”），須保證安裝過程中不能有任何的傾斜，否則即使陰極線安裝是垂直的，由于陽極管是傾斜的，陰／陽極間距不一，也會導致在升壓過程早早發(fā)生放電現(xiàn)象，電壓無法升上去，而如果電壓升不上去，整個濕式電除塵器的除塵效果就會大打折扣。濕式電除塵器在開車運行的過程中，因電擊產(chǎn)生電火花導致脫硫塔被燒毀的情況已經(jīng)發(fā)生過，主要原因就是電壓升不上去強行升壓，陰、陽極短路著火，而陽極管是玻璃鋼的，即使加了阻燃劑，但反復放電打火也會起火燃燒，事故的根本原因還是在于陰、陽極間距安裝不合格，陽極管束發(fā)生傾斜或陰極線安裝不垂直，導致陰／陽極間距過小，在升壓的過程中產(chǎn)生電火花，從而導致脫硫塔著火。

2.4 濕式電除塵器的應用情況

煙氣氨法脫硫工藝已歷經(jīng)多年的發(fā)展，而濕式電除塵系統(tǒng)是近幾年才開發(fā)并應用的，其不僅可在氨法脫硫工藝中應用，在鈣法、鎂法、半干法等煙氣脫硫工藝中均能應用，畢竟如今煙氣的超低排放已是大勢所趨，只依靠除霧器及水洗是無法實現(xiàn)超低排放的。目前，公司濕式電除塵器運行二次電壓為29k V、電流為200m A，每天沖洗1次，除霧器壓差30P a，水洗槽液位3m左右，整個濕式電除塵器運行正常，其煙氣排放D C S界面如圖2所示。

圖2 煙氣排放D C S界面示意圖

由圖2可看出，排放煙氣中粉塵含量為0.02mg／m3（折算值，下同）、SO2含量為0.92 mg／m3、N OX含量為 8.36mg／m3，完全達到超低排放要求。

3 結束語

綜上所述，我公司的鍋爐煙氣氨法脫硫裝置歷經(jīng)多年的應用和改進完善，整個工藝和裝置已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是新建成的280 t／h循環(huán)流化床鍋爐配套的復合氨法脫硫裝置（脫硫塔塔外氧化、塔內(nèi)濃縮結晶，塔頂設有濕式電除塵器），其關鍵設備之一氧化槽已經(jīng)得到了很大的優(yōu)化改進，加之另一關鍵設備——濕式電除塵器的應用，使得除塵器出口煙氣粉塵含量≤20 mg／m3已經(jīng)能夠輕易實現(xiàn)，而脫硫塔進口煙氣中粉塵的減少又給亞硫酸銨的氧化創(chuàng)造了良好的條件。目前，280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復合氨法脫硫裝置經(jīng)過幾個月的運行調(diào)試，運行狀況良好，在鍋爐負荷75%左右、煙氣量300000m3／h、進脫硫塔煙氣中SO2含量2500mg／m3的情況下，日產(chǎn)硫銨（一級品）在25～40t，排放尾氣中粉塵含量為0.02mg／m3、SO2含量為0.92mg／m3、NOX含量為8.36mg／m3，完全實現(xiàn)了超低排放。現(xiàn)場白色的煙氣與藍天白云交相輝映，碧水藍天，我們做到了！