煤化工中氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用探討

徐永雙

摘要：隨著國家對(duì)環(huán)保要求的日漸嚴(yán)苛，氨法脫硫因其脫硫效率高、副產(chǎn)品硫銨可回收利用等特點(diǎn)，在煤化工尤其是本身擁有氨資源的煉化項(xiàng)目配套生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但氨法脫硫工藝伴生的氣溶膠現(xiàn)象，造成大氣中PM2.5增加并嚴(yán)重影響自然環(huán)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(huán)保改造技術(shù)對(duì)某廠現(xiàn)有氨法脫硫工藝進(jìn)行技術(shù)改造升級(jí)，使鍋爐煙氣的排放量達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：煤化工;氨法脫硫;應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，火煤化工企業(yè)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(wěn)定性的SCR脫硝工藝，即將NOx與還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為無害的N2和水。實(shí)際的應(yīng)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(yīng)的理論值，導(dǎo)致過量的氨未能反應(yīng)且隨煙氣“逃出”脫硝反應(yīng)器，這種現(xiàn)象被稱為“氨逃逸”。當(dāng)氨逃逸較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行成本增加以及對(duì)鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)產(chǎn)生影響。逃逸的氨少部分以硫酸氫銨的形式沉積在空預(yù)器和被飛灰?guī)ё?，大部分的進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，因此以逃逸氨對(duì)脫硫塔以及脫硫廢水處理系統(tǒng)及環(huán)境是否會(huì)產(chǎn)生影響進(jìn)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(yīng)，反應(yīng)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(diǎn)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(chǎn)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(jìn)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(shí)也會(huì)用到氨水，其過程是對(duì)在制硫過程產(chǎn)生的二氧化硫氣體進(jìn)行吸收，然后再將尾氣排放到大氣中，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的亞硫酸氨溶液被氧化，進(jìn)一步生成硫酸銨溶液。對(duì)于生成的溶液要進(jìn)行濃縮，使用原煙氣中的熱量將其濃縮，這一環(huán)節(jié)完成后要進(jìn)行結(jié)晶處理，采用結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)晶，一般以蒸發(fā)結(jié)晶為主，最后生成硫酸銨漿液。將漿液進(jìn)行分離處理，采用分離處理系統(tǒng)將硫酸銨進(jìn)行分離，然后將其干燥處理，再進(jìn)行包裝。這種煙氣脫硫法是一種相對(duì)較為環(huán)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(shù)尚不夠成熟。這種脫硫法的優(yōu)勢在于其脫硫的效率較高，而且在整個(gè)過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染，還可以將SO2進(jìn)行回收再利用，提升了資源的利用率。當(dāng)前我國已經(jīng)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(huì)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(yīng)。

3 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

被選擇的、優(yōu)化后的多段分區(qū)脫硫塔系統(tǒng)。煙氣洗滌降溫區(qū)的循環(huán)漿液為吸收塔漿液，其利用進(jìn)口煙氣的熱量，使硫酸銨溶液達(dá)到飽和并析出晶體——塔內(nèi)結(jié)晶;SO2吸收區(qū)的循環(huán)漿液來自設(shè)置在吸收塔外的2級(jí)循環(huán)槽;顆粒物及氨逃逸控制區(qū)的循環(huán)液為工藝水，來自設(shè)置在吸收塔外的3級(jí)循環(huán)槽。針對(duì)原脫硫出口硫酸銨顆粒物濃度高的情況，煤化工企業(yè)對(duì)控制顆粒物及氨逃逸的3級(jí)循環(huán)區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，改造內(nèi)容包括：擴(kuò)大了該區(qū)域結(jié)構(gòu)的直徑;工藝水淋洗噴淋層由1層變?yōu)?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(chǔ)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(shí)驗(yàn)方法

4.1 采樣方法

前期在鍋爐75%BRL負(fù)荷、SO2排放濃度小于10mg·m-3的條件下，跟蹤、測試吸收塔進(jìn)、出口顆粒物濃度?？梢钥闯?，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(jìn)口煙塵濃度的4～5倍，且冷凝液中離子態(tài)硫酸銨濃度約為顆粒物濃度的60%，即運(yùn)用常規(guī)采樣方法不能準(zhǔn)確反映氨法脫硫塔出口硫酸銨顆粒物濃度。同時(shí)，不管是哪種運(yùn)行條件，出口顆粒物濃度在線CEMS監(jiān)測儀均無法準(zhǔn)確反映煙氣中實(shí)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?yàn)V筒的可能，且目前缺乏高濕度條件下，濾膜與濾筒對(duì)硫酸銨顆粒捕集效率的研究結(jié)果。因此，分析中采用濾筒或?yàn)V膜上可過濾顆粒物（FPM）與可凝結(jié)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(duì)采樣槍、采樣連接管、氣水分離器進(jìn)行清洗。2）啟動(dòng)采樣儀，對(duì)清洗后的采樣槍、采樣連接管、氣水分離器進(jìn)行抽空氣風(fēng)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?yàn)V筒的同時(shí)，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(duì)采樣槍、采樣連接管、氣水分離器進(jìn)行清洗，并收集清洗液。6）用去離子水溶解濾筒或?yàn)V膜上的可過濾態(tài)硫酸銨，再利用陽離子色譜儀測定溶液中NH4+量，計(jì)算脫硫塔出口可過濾顆粒態(tài)（FPM）硫酸銨濃度;同時(shí)，利用陽離子色譜儀測定冷凝液與清洗液中NH4+量，計(jì)算脫硫塔出口可凝結(jié)顆粒態(tài)硫酸銨（CPM）濃度（以硫酸銨與亞硫酸銨形式存在的可凝結(jié)顆粒，均計(jì)算成硫酸銨顆粒），各個(gè)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(shè)超聲波除塵一體化超低排放系統(tǒng)，增加吸收塔高度，并為每臺(tái)吸收塔設(shè)置1套超聲波發(fā)生器及配套設(shè)施。超聲波除塵是利用超聲波的特點(diǎn)，使亞微米顆粒在聲波的作用下發(fā)生共振，顆粒越小則振幅越大，相互團(tuán)結(jié)發(fā)生凝并，從流動(dòng)的煙氣中分離，進(jìn)一步降低煙氣中的總塵含量。（2）調(diào)整吸收塔內(nèi)結(jié)構(gòu)，改善吸收塔內(nèi)氣液流場分布，進(jìn)一步提高氣液接觸效果，強(qiáng)化脫硫塔細(xì)微顆粒物的控制，調(diào)整一級(jí)循環(huán)泵流量（由550m3/h調(diào)整為710m3/h）及相應(yīng)的管道閥門設(shè)置。（3）優(yōu)化吸收塔內(nèi)除霧器設(shè)置，并在超聲波一體化系統(tǒng)頂部設(shè)置高效除霧器。（4）每臺(tái)塔增加1臺(tái)三級(jí)循環(huán)水泵以及相應(yīng)的管道、閥門系統(tǒng)，循環(huán)水泵流量Q=410m3/h。增大三級(jí)循環(huán)水槽容積，單臺(tái)循環(huán)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(yīng)高度調(diào)整。

5 結(jié)束語

（1）逃逸氨經(jīng)過正常運(yùn)行條件下的脫硫系統(tǒng)后，對(duì)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(huì)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)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(dāng)?shù)湫偷?臺(tái)1000MW機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。

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（作者單位：寶泰隆新材料股份有限公司）