氨法脫硫技術(shù)在超低排放項目中的應(yīng)用

馮立波，劉文櫸，羅鐘高(.浙江天地環(huán)保科技股份有限公司，浙江 杭州 3； .中國能源建設(shè)集團浙江省電力設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 300)

0 引言

目前，隨著能源消耗的日益增多，環(huán)境污染問題也趨之嚴(yán)重。SO2成為造成大氣污染的主要原因之一，SO2不僅是酸雨形成的主要原因，也是引起霧霾天氣的主要原因之一。隨著國家對大氣污染防治進(jìn)程的加快，環(huán)保政策也更加嚴(yán)格，脫硫技術(shù)需要的不斷革新。

氨法脫硫技術(shù)是一種應(yīng)用較為廣泛的SO2脫除技術(shù)，該技術(shù)采用氨作為吸收劑，SO2等酸性氣體進(jìn)入脫硫吸收塔內(nèi)，與噴淋層向下噴淋出的氨-硫銨漿液發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸銨，亞硫酸銨被空氣氧化生成硫酸銨，以達(dá)到脫除煙氣中SO2的目的。隨著國家對火電廠超低排放的要求的推進(jìn)，對石灰石-石膏法脫硫采用超低排放技術(shù)已經(jīng)日益成熟，而對采用氨法脫硫系統(tǒng)的超低排放研究較少，本文以某超低排放項目為例，對氨法脫硫系統(tǒng)的超低排放作一定的應(yīng)用分析。

1 氨法脫硫系統(tǒng)特點

氨法脫硫系統(tǒng)特點：鍋爐煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔后，經(jīng)漿液循環(huán)噴淋、集液盤、除霧器和清水噴淋后由凈煙道進(jìn)入煙囪排放。硫酸銨漿液經(jīng)旋流器、離心機、干燥機干燥等設(shè)備進(jìn)行濃縮、分離和干燥等工序后，產(chǎn)出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的硫酸銨產(chǎn)品。氨法脫硫系統(tǒng)工藝具有投資低、能耗低、無污染等特點。煙氣在氨法脫硫裝置中主要有如下反應(yīng)：

從以上化學(xué)反應(yīng)中可知，在吸收過程中需要不斷地補充氨水，以使部分NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)?NH4)2SO3，在吸收塔底部設(shè)置氧化空氣管網(wǎng)，使(NH4)2SO3氧化成(NH4)2SO4。

2 氨法脫硫存在主要問題及解決措施

目前氨法脫硫技術(shù)在工程應(yīng)用上已經(jīng)比較成熟，但是在實際運行過程中仍然存在一定的問題，如：氨逃逸、氣溶膠和硫酸銨結(jié)晶顆粒較小等，這類運行問題的存在一定程度上對氨法脫硫技術(shù)的推廣和應(yīng)用產(chǎn)生了影響。

氨逃逸是氨法脫硫的普遍存在的問題，氨的逃逸不僅造成氨的浪費，而且氨和煙氣中的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成氣溶膠。形成氣溶膠主要有以下兩種途徑：

(1)逃逸的NH3和SO2發(fā)生反應(yīng)，生成(NH4)2SO3微粒進(jìn)而形成氣溶膠。受煙氣中的二氧化硫/氨的比值、空塔流速、煙溫及煙氣中的H2O和O2含量的影響，煙氣中的SO2和O2越多，空塔氣速越大，氣溶膠越嚴(yán)重。

(2)NH3吸收煙氣中的SO2后脫硫液滴被煙氣夾帶，在空氣中析出NH4HSO3固體結(jié)晶形成氣溶膠[1]。為了減少氨逃逸等，脫硫吸收塔內(nèi)吸收段的氣速一般在3.5 m/s以下，并且設(shè)置多層除霧器和噴淋管道，控制氨水的濃度及用量、設(shè)置循環(huán)槽、控制脫硫液的pH值在 4～8等措施，以減小氣體帶液形成的氨逃逸，減少氣溶膠的形成。在工業(yè)應(yīng)用中，結(jié)晶析出硫酸銨的方法通常采取蒸發(fā)結(jié)晶，但由于受限于蒸發(fā)結(jié)晶條件，硫酸銨晶體一般出現(xiàn)如晶粒過小，晶體出現(xiàn)多種顏色等現(xiàn)象。影響硫酸銨結(jié)晶的主要因素是氨水中雜質(zhì)、脫硫塔濃縮段溶液pH值、蒸發(fā)溫度等，在氨法脫硫系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)控制好氨水的質(zhì)量，防止氨水摻雜大量的雜質(zhì)，控制好硫銨的pH值，合理控制三效蒸發(fā)器溫度[2]。

3 氨法脫硫系統(tǒng)工藝應(yīng)用

以某超低排放項目氨法脫硫系統(tǒng)為例，結(jié)合氨法脫硫存在的主要問題，從系統(tǒng)的氧化風(fēng)管管網(wǎng)、濃縮段高度、噴淋層布置、吸收塔集液盤等方面開展項目應(yīng)用。

3.1 氧化風(fēng)管網(wǎng)

在氨法脫硫中，氧化空氣進(jìn)入吸收塔漿液池的形式廣泛應(yīng)用的為氧化風(fēng)管網(wǎng)。在距離吸收塔底部約0.6 m處設(shè)置氧化風(fēng)管網(wǎng)，由氧化風(fēng)進(jìn)入氧化風(fēng)母管，再進(jìn)行各個分支管的布置，各個風(fēng)管均設(shè)置若干均勻布置的小孔，在氧化風(fēng)管小孔的布置方面，孔間距宜均勻分布，因吸收塔底部存有硫酸銨漿液和極少量的硫酸銨結(jié)晶體，氧化空氣分布管可以起到攪拌的作用。因溶液的不規(guī)則運動，導(dǎo)致氧化空氣的不均勻性，為能夠使?jié){液與氧化空氣更好的充分接觸，有效的氧化，氧化風(fēng)管網(wǎng)上布置均勻的小孔顯得尤為重要[3]。管網(wǎng)的布置為亞硫酸銨氧化生成硫酸銨奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.2 濃縮段高度

為確保硫酸銨結(jié)晶顆粒的成型，合適的脫硫吸收塔濃縮段的高度需要進(jìn)行一定的研究，合適的高度可延長硫酸銨濃縮過程中所需要的時間，讓其有充足的時間進(jìn)行結(jié)晶，以提高硫酸銨的產(chǎn)品質(zhì)量。通過對吸收塔塔體濃縮段合理的高度進(jìn)行布置，保證了煙氣和硫酸銨漿液有足夠的熱交換時間，延長了煙氣在濃縮段區(qū)域的停留時間，進(jìn)而延長結(jié)晶時間，從而使硫酸銨結(jié)晶顆粒不斷地增大。

3.3 噴淋層布置

脫硫吸收塔內(nèi)部的噴淋層由噴淋管和噴嘴組成，噴淋管厚度根據(jù)設(shè)計需要對不同管徑的噴淋管采用不同的壁厚，避免了噴淋層彎曲變形的產(chǎn)生。噴淋管能使?jié){液在吸收塔內(nèi)分布均勻，合理的噴淋覆蓋率，可使脫硫塔內(nèi)的每一個角落都會有噴淋液均勻噴灑，以達(dá)到噴淋吸收的效果，從而實現(xiàn)充分吸收二氧化硫的目的[3]。本項目中，噴淋層周邊和中心處覆蓋率不低于300%，噴嘴型式采用空心噴嘴和實心噴嘴相結(jié)合的布置，噴淋層布置的高覆蓋率確保了二氧化硫盡可能多的被吸收，噴淋層設(shè)置多層，通過對噴嘴型式及噴嘴的合理布置，保證了噴淋漿液和上升煙氣的均勻逆流接觸并進(jìn)行充分反應(yīng)。

3.4 吸收塔集液盤

為實現(xiàn)脫硫或洗滌后的漿液與煙氣較為充分地分離，并對脫硫液或洗滌液進(jìn)行收集與排出，在脫硫塔的脫硫段、洗滌段的下部設(shè)置氣液分離裝置；氣液分離裝置包括集液盤等。本項目對集液盤的外形結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的選型進(jìn)行了研究，通過對集液盤強度的分析，合理布置以得到滿足設(shè)計需要的集液盤開孔率、優(yōu)化集液盤的結(jié)構(gòu)及確定集液盤采用合金材質(zhì)等，使得優(yōu)化后的集液盤安全可靠運行并更好地實現(xiàn)了氣液有效分離，防止出現(xiàn)運行中的液相泄漏。

3.5 吸收塔出口導(dǎo)流板

屋脊式除霧器布置在吸收塔塔體上部，煙氣在通過屋脊式除霧器時，其流道內(nèi)能夠產(chǎn)生有效的沖擊，通過除霧器葉片的作用，液滴被捕集后降至脫硫吸收塔內(nèi)，進(jìn)而被高效的除去。為使煙氣霧滴均勻有效地被捕集，改善吸收塔出口與除霧器之間的煙氣流場，通過對吸收塔該區(qū)域進(jìn)行流場模擬，確定了導(dǎo)流板的合理定位。

3.6 吸收塔的分級吸收及協(xié)同控制

根據(jù)氨法脫硫的特點，為了在保證脫硫效率的前提下，從源頭上減少氨逃逸和氣溶膠的生成，將吸收段進(jìn)行分級設(shè)計，該設(shè)計實現(xiàn)了SO2和NH3的分區(qū)吸收。同時，合理設(shè)計加氨槽延長氨水的停留時間，運行時吸收液pH值更穩(wěn)定，出口SO2指標(biāo)更平穩(wěn)。在濕法噴淋除塵的基礎(chǔ)上，采用了高效除霧器、多級沖洗水層和濕式靜電除塵器協(xié)同除塵控制技術(shù)。在吸收段和水洗段之間，設(shè)置兩級高效除霧器，減少從吸收段進(jìn)入水洗段的液滴負(fù)荷；在水洗段之后，設(shè)置高效除霧器，減少了從吸收塔進(jìn)入濕式靜電除塵器的液滴負(fù)荷。在吸收塔下游設(shè)置濕式靜電除塵器，使細(xì)微粉塵及氣溶膠顆粒荷電運動吸附在陽極板上，再用沖洗水沖洗極板，實現(xiàn)粉塵及氣溶膠的尾部收集工作。通過采用高效除霧器、多級水洗層和濕式靜電除塵器協(xié)同總塵控制技術(shù)，實現(xiàn)了氨法脫硫出口總塵小于5 mg/m3的超低排放指標(biāo)。

本超低排放項目中，根據(jù)不同煙氣量、不同進(jìn)SO2濃度下，脫硫效率在99.8%以上，出口粉塵在1.2～3.0 mg/m3，硫酸銨晶體顆粒較大，晶體粒徑均勻，含水率＜1%。采用氨法脫硫脫除SO2及系統(tǒng)協(xié)同除塵，污染物的排放等問題得到了有效地解決，達(dá)到了超低排放的總要求。

4 結(jié)語

隨著環(huán)境污染問題的日益突出，國家對燃煤機組二氧化硫等排放指標(biāo)提出了更高要求。燃煤電廠超低排放技術(shù)的廣泛運用將進(jìn)一步提高我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu) 的清潔化水平，而且也為燃煤電廠的生存與發(fā)展提供了一種新思路。氨法脫硫技術(shù)因其脫硫效率高、副產(chǎn)品可被利用、無二次污染、初期投資低等優(yōu)點，滿足了對環(huán)保及循環(huán)經(jīng)濟的要求，該技術(shù)越來越受到重視。本文主要對采用氨法脫硫的超低排放項目進(jìn)行了應(yīng)用分析，并取得了一定的成果，具有較大的環(huán)境效益和社會效益。