高硫煤煙氣氨法脫硫裝置升級改造

龍 勇

(貴州黔希煤化工投資有限責(zé)任公司, 貴州黔西 551500)

貴州黔希煤化工投資有限責(zé)任公司原氨法脫硫系統(tǒng)于2018年5月建成并投入使用，按“3臺鍋爐全開，共用1塔”設(shè)計，設(shè)置3臺220 t/h循環(huán)流化床鍋爐，同時處理來自3臺鍋爐的煙氣。

1 現(xiàn)有問題

隨著SO2排放限值要求越來越高，原氨法脫硫裝置不能滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，具體表現(xiàn)為不能滿足凈煙氣中SO2質(zhì)量濃度≤35 mg/m3、顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3的超低排放要求。原氨法脫硫裝置設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 原裝置主要設(shè)備參數(shù)

2 原因分析

(1) 工藝流程不合理，氣溶膠及氨逃逸嚴(yán)重。

(2) 循環(huán)量不足，液氣比偏小。

(3) 噴淋層設(shè)計不合理，噴淋覆蓋率偏低，影響吸收效果。

(4) 氧化方式設(shè)計不合理，造成氧化率不高，未充分氧化的溶液進入濃縮系統(tǒng)后遇高溫?zé)煔夥纸猱a(chǎn)生大量氣溶膠。

(5) 脫硫后凈煙氣二次凈化措施不當(dāng)，且洗滌效果差，導(dǎo)致凈煙氣霧滴中的硫酸鹽含量偏高，凈煙氣出口總塵超標(biāo)。

(6) 除霧器選型及配置不合理導(dǎo)致除霧效果差、凈煙氣霧滴夾帶嚴(yán)重，引起出口總塵超標(biāo)。

3 改造方案

重新設(shè)計進口參數(shù)，煙氣量為90萬 m3/h，進口SO2質(zhì)量濃度為8 300 mg/m3。采用單塔多段多循環(huán)工藝，在脫硫塔內(nèi)實現(xiàn)濃縮、降溫、脫硫、煙氣的凈化除塵及除霧等功能。每級循環(huán)分別設(shè)獨立的循環(huán)槽、噴淋層，形成相對獨立的閉環(huán)循環(huán)回路。根據(jù)不同的功能，獨立控制每級循環(huán)運行參數(shù)，易于優(yōu)化和快速調(diào)整。吸收氧化區(qū)硫酸銨濃度低、pH值高，利于SO2的吸收及亞硫酸銨的氧化；濃縮區(qū)硫酸銨濃度高、pH值低，利于硫酸銨的結(jié)晶[1-2]。改造后的煤煙氣脫硫裝置流程見圖1。

圖1 改造后的煤煙氣脫硫流程

3.1 提高系統(tǒng)氧化率

原氧化系統(tǒng)采用噴射氧化技術(shù)，循環(huán)溶液經(jīng)過曝氣器的喉腔與經(jīng)射流曝氣器的空氣接觸，從而對脫硫吸收回流溶液進行氧化。但因噴射泵揚程小，吸入的空氣量不足，且氣液接觸時間短，氧化率低至50%，導(dǎo)致濃縮段結(jié)晶顆粒細(xì)小懸浮、硫酸銨出料困難、干燥系統(tǒng)散發(fā)的氨味刺鼻。

采用可控制吸收液氧化率技術(shù)對原氧化系統(tǒng)進行改造，相比其它脫硫工藝，單塔多段多循環(huán)技術(shù)吸收液和氧化液是徹底分開的，可保證99.5%以上的氧化率。合理控制吸收液的氧化率，在保證脫硫效率的前提下，降低吸收液的pH值，從源頭上杜絕氨逃逸?？刂莆找旱牡脱趸剩谠瓱煔鈪?shù)突然往上波動、加氨調(diào)節(jié)未及時跟上的情況下，可保證出口排放參數(shù)不會突然升高。氧化罐采用2臺羅茨風(fēng)機(體積流量為271 m3/min，4層篩板結(jié)構(gòu))，保證足夠的氧化風(fēng)量和氧化停留時間。氧化槽底部為氧化風(fēng)管分布器，確保低濃度亞硫酸銨的氧化率為99.5%以上，避免亞硫酸銨分解形成SO2、NH3，提高氨的利用率。

3.2 升級濃縮段擾動方式

原脫硫塔濃縮段采用羅茨風(fēng)機擾動來防止硫酸銨物料沉淀。羅茨風(fēng)機的體積流量為54 m3/h，出口壓力為49 kPa。2018年9月停車檢修時，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)濃縮段底部有厚度為300 mm的硫酸銨物料沉淀。停車前，已對濃縮段進行補清水化料操作，控制硫酸銨溶液的密度后，仍存在大量物料沉淀。

分析物料沉積原因，發(fā)現(xiàn)擾動風(fēng)與懸浮底部的距離為500 mm，無法擾動所有硫酸銨物料。

濃縮段底部擾動風(fēng)分布管布置較為密集，給底部維修施工帶來一定的阻礙。同時，分布管上的孔徑較小，當(dāng)固含量偏高時，容易發(fā)生堵塞，導(dǎo)致羅茨風(fēng)機電流升高、出口壓力升高。

針對氨法脫硫漿液的特點，采用帶噴嘴的漿液噴射液力攪拌技術(shù)。對比常規(guī)氣流攪拌裝置，液力攪拌優(yōu)勢在于：其動能遠(yuǎn)超氣流攪拌動能，攪拌效果更好；避免了氣流攪拌時泵入口易吸氣導(dǎo)致泵氣蝕和管道振動；液力攪拌覆蓋整個塔截面，避免塔底局部集料導(dǎo)致硫銨塊狀物料堵塞循環(huán)泵進口過濾器；底部分布管布局較為寬敞，方便底部檢修施工；噴嘴孔徑較大，不易發(fā)生堵塞，同時易沖洗。改造后，2次大修停車開塔時，發(fā)現(xiàn)底部硫酸銨物料均無任何堆積情況，擾動效果良好。采用此種擾動方式要求氧化罐漿液氧化率達到99.5%以上，且氧化罐漿液保持較低pH值運行，保證濃縮段內(nèi)部不產(chǎn)生亞硫酸銨成分[3]。

3.3 合理選擇加氨方式

原脫硫塔從脫硫循環(huán)泵進口管道加入氨水，氨水與亞硫酸氫銨混合不均勻，而氧化罐內(nèi)不參與加氨，與SO2反應(yīng)后生成的亞硫酸氫銨在氧化罐內(nèi)不能轉(zhuǎn)換成亞硫酸銨，導(dǎo)致整個氧化罐內(nèi)亞硫酸銨、亞硫酸氫銨增多，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)氧化率，增大了氨逃逸，吸收效率低。

對此進行改造，將氨水直接打入單獨新建的加氨槽內(nèi)，連接3臺脫硫循環(huán)泵，在脫硫段內(nèi)完成SO2的吸收反應(yīng)，經(jīng)集液盤2根回流管流入加氨槽形成循環(huán)。亞硫酸銨溶液經(jīng)脫硫泵的支管打入氧化槽，經(jīng)過2臺羅茨風(fēng)機進行強制氧化[4]。

3.4 合理選擇液氣比

液氣比過小會導(dǎo)致吸收效率降低、循環(huán)液中游離氨含量增多。吸收段氣相氨質(zhì)量濃度應(yīng)小于3 mg/m3，以避免氣溶膠的生成。過高的液氣比會導(dǎo)致煙氣帶水嚴(yán)重及塔阻增大、投資費用增加。根據(jù)實踐經(jīng)驗并結(jié)合理論計算，液氣比應(yīng)大于9 L/m3。原脫硫塔液氣比不足5 L/m3，改造后達10 L/m3。

3.5 升級除霧器

原脫硫塔采用兩層平板除霧器，除霧效果差，煙氣拖尾嚴(yán)重。對此進行改造，使用三級屋脊除霧器加兩級絲網(wǎng)除霧器。在脫硫塔吸收噴淋層上方設(shè)置3層除霧器，分離收集噴淋吸收后的煙氣中夾帶的絕大部分機械霧滴。除霧器上下安裝噴淋水管，通過定期沖洗，去除除霧器表面上的煙塵和亞硫酸銨晶體顆粒，補充循環(huán)液因煙氣飽和而帶走的水分，以維持塔底循環(huán)池的液位。確保除霧器出口的霧滴質(zhì)量濃度≤50 mg/m3。

3.6 升級水洗段

原水洗段體積流量為120 m3/h，無法捕捉煙氣中的銨鹽。對此進行改造，選用大流量的水洗泵，由外部水洗循環(huán)槽、水洗泵、水洗噴淋層、填料、吸收積液盤組成。通過水洗噴淋層噴出的大量清水洗滌去除煙氣中夾帶的可溶性銨鹽，水通過積液盤收集洗滌至水洗槽中循環(huán)使用，保證了塔內(nèi)噴淋覆蓋面積，將出口粉塵質(zhì)量濃度控制在5 mg/m3以下。

3.7 優(yōu)化濃縮段循環(huán)

濃縮層塔壁安裝環(huán)形清洗管路，保證了塔壁清潔。進口煙道兩側(cè)有煙道沖洗水，底部安裝沖洗水，防止煙氣中的灰塵或噴淋漿液堆積于進口煙道。此外，設(shè)置煙道緊急降溫水，防止塔壁溫度超溫。濃縮系統(tǒng)的集液器進口采用旋流凝并器，減少了煙氣中漿液夾帶量，同時起到了整流煙氣的作用，利于吸收流場的分布。氧化循環(huán)槽向濃縮段輸送的補充液為合格的完全氧化液，濃縮段亞硫酸銨不會分解，杜絕氣溶膠的生成。

4 改造效果

改造前，原鍋爐煙氣中，SO2排放質(zhì)量濃度≤200 mg/m3、顆粒物排放質(zhì)量濃度≤30 mg/m3。改造后，SO2排放質(zhì)量濃度≤35 mg/m3、顆粒物排放質(zhì)量濃度≤5 mg/m3。現(xiàn)鍋爐煙氣排放量為90萬m3/h，年運行時間按8 000 h計，SO2減排量為1 188 t、顆粒物減排量為180 t。

5 結(jié)語

貴州地區(qū)煤礦煤種中，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%～4.0%，煙氣中SO2排放質(zhì)量濃度為5 500～8 000 mg/m3，原脫硫系統(tǒng)無法消化，排放無法達標(biāo)。改造后，裝置運行穩(wěn)定，滿足環(huán)保超低排放要求。