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氨法脫硫煙氣拖尾及其解決措施

日期：2019-11-18 信息來源：本站

摘要：對熱電廠氨法脫硫原系統的煙氣嚴重拖尾現象進行分析研究,在氨法脫硫環保超低排放項目實施過程中,通過應用相關技術協同對煙氣拖尾進行了針對性治理改造,并對系統進行運行優化調整。通過多方面的研究性改造,嚴重拖尾現象得到根本性改善,極大地緩解了熱電廠的環保壓力。

燃煤鍋爐的煙氣排放常存在煙氣拖尾(拖尾煙氣稱為“煙羽”)現象，采用大濕法石灰石、氨法脫硫等脫硫工藝時這種現象尤其嚴重。隨著環保要求越來越嚴格，因煙羽問題而遭環保投訴的比例越來越高，各級政府也已開始關注煙羽問題，如上海市增加了消除石膏雨飄落及有色煙羽等環保指標并賦予相應權重，浙江省已將消除有色煙羽寫入地方強制性環保標準等。

1 氨法脫硫原理及流程

1.1 工藝原理

氨法脫硫是以氨為吸收劑，脫除煙氣中的二氧化硫并回收副產物硫酸銨的煙氣脫硫工藝，主要反應方程式如下:

SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃ (1)

SO₂+2NH₃+H₂O=(NH₄)₂SO₃ (2)

SO₂+H₂O+(NH₄)₂SO₃=2NH₄HSO₃ (3)

NH₃+NH₄HSO₃=(NH₄)₂SO3 (4)

2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄ (5)

1.2 原系統流程

江蘇華昌化工股份有限公司熱電廠原氨法脫硫建設相對較早，系統構成相對簡單，主要包括煙氣的吸收、氧化、增濃、加氨、出料和輔助等系統。

系統主要流程框圖見圖1。

2 存在問題

2.1 煙氣拖尾現象嚴重

隨著環保排放要求提高后，對氨法脫硫系統進行提高標準操作控制，二氧化硫排放質量濃度可以達到35mg/m³超低排放水平，但煙氣拖尾和“硫銨雨”現象越來越嚴重，煙氣拖尾有時長達數百米，造成的二次視覺污染成為環保的關注焦點，散落的“硫銨雨”對周邊設備造成嚴重腐蝕(見圖2 和圖3)。

2.2 除霧效率低

原脫硫系統在清洗段后僅采用一層除霧器，凈煙氣中霧滴質量濃度最高達256mg/m³，遠遠大于設計值75mg/m³，長時間運行后，濕煙氣攜帶的硫酸銨、煙塵在煙道和煙囪內壁結成的結晶層不時脫落堆積，最后堵塞煙道，影響電廠安全穩定運行。

2.3 氧化效果下降

提高標準運行后，原采用塔外噴射氧化設計調節裕度不夠，且噴射器噴嘴極易堵塞，化效率不能滿足新標準運行要求，造成亞硫酸銨氧化不徹底，生產現場亞硫酸銨氣味濃烈，腐蝕現象嚴重加劇，也加劇了氣溶膠的形成。

2.4 氨利用率低

隨著氨水用量增加，系統氨逃逸質量濃度大大上升，最高達52.1mg/m³。由于拖尾煙氣攜帶的硫酸銨和氨逃逸流失嚴重，使得系統運行物料的平衡受到較大影響。與理論相比，系統氨利用率只有90.2%，大大低于HJ2001—2010《火電廠煙氣脫硫工程技術規范氨法》中的技術要求。

3 煙氣拖尾的主要原因

3.1 物理因素

氨法脫硫系統中?高溫煙氣與脫硫系統各段液相接觸使得煙氣逐步達到飽和狀態。煙氣溫度逐級降低使其攜帶水蒸氣的能力降低，攜帶小液滴的煙氣最后排入大氣，飽和濕煙氣中小液滴大量凝結形成白色，環境溫度越低、濕度越大使白色煙羽越長。

3.2 氨逃逸

氨逃逸的根本原因是由氨的揮發性引起的。由于其具有較高的飽和蒸汽壓力，氨水會分解成為氣體氨與水。由于氣氨不易參與氨法脫硫反應，與煙氣一起從煙囪排出? 一般當煙氣中NH3 的質量分數超過10×10^-6~20×10^-6時，會出現可見煙羽?而且質量分數越高?煙羽的顏色越濃、煙羽也越長。

3.3 氣溶膠

氣溶膠是指液體或固體小質點在大氣中分散懸浮形成的膠體分散體? 氨法脫硫中的氣溶膠的主要成分是銨鹽類，如(NH₄ )₂SO₄、NH₄HSO₃ 等，煙氣所含氣溶膠越多，在煙氣流速過大時就會產生煙氣嚴重拖尾現象，特別是微米級(PM2.5)的亞硫酸銨顆粒可成為水蒸氣冷凝的晶種，使拖尾現象明顯。

4 煙氣拖尾的改造措施

4.1 脫硫工藝改造設計

多層循環分段優化設計:在脫硫超低排放改造中，將原單塔三段單層循環改為二塔多層循環，脫硫塔結構由氧化段、吸收段、清洗段三段結構改造成增濃段、吸收段二段布置，分別由單層循環分別改為雙層和三層循環，這樣可以增加氣液反應路程和延長反應時間，因硫酸銨氣溶膠形成與液氣比關系密切。從抑制硫酸銨氣溶膠的角度考慮，選擇較大液氣比，可將液相游離氨、氣相中銨鹽含量控制得很低?

4.2 雙段氧化

將原塔內氧化工藝改為塔內、塔外雙段氧化:新增氧化器，實行主氧化功能?同時保留性改造脫硫塔內漿液原有氧化分布器，實現增濃液系統的輔助氧化，改用羅茨風機分別送入空氣，在氧化器吸收段、脫硫塔增濃段內進行雙段強制氧化、雙段氧化的設計，實現了漿液系統全過程氧化，整個系統氧化率大大提高，最大限度地減少了亞硫酸銨的存在，抵制其易分解的逆反應發生，從設計上就減少了亞硫酸銨被煙氣攜帶的量，降低氣溶膠中亞硫酸銨組分。

4.3 多梯度深層次水洗和除霧

新增水洗系統采用塔盤分層布置三級水洗系統。各層間裝有格柵和填料?通過對煙氣的逆流清洗使氣溶膠和逃逸氨得到清洗吸收? 同時水洗分層設計使溶液梯差濃度得以形成，煙氣溫度得到進一步降低，為除霧器的氣水分離提供了條件。

在水洗塔的出口裝設管式和旋流板式雙層除霧器，其中旋流板式除霧器(見圖4)通過機械離心作用，進一步加強煙氣中的氣水分離，降低出口煙氣霧滴濃度。

4.4 多點加氨設計

改變原吸收泵出口單點加氨方式?根據氧化器結構和溶液流向采用多點加氨設計，以保證氨水充分混合、揮發的氣氨能充分吸收，多點、定量加氨提高氧化器內pH 控制精度，保證脫硫區域氣相游離氨濃度控制得盡量低。在增濃段再增設輔助加氨系統? 因設置了氧化風使漿液中NH₄HSO₃與NH₃充分反應，提高系統脫硫效率。

5 優化運行控制

5.1 氧化率優化控制

氨法脫硫氧化率的主要影響要素為:亞硫酸銨濃度、pH、溫度、空氣流量和流速等。其中，滿足空氣分布均勻、與脫硫溶液充分接觸、實現強制混合反應，是運行操作控制的關鍵。通過控制氧化器運行液位、提高氧化效果工作性能，提高氧化風風壓，氧化風管上增加沖洗水管路，并定期沖洗防堵塞，確保氧化風壓力控制在75~85kPa。通過交叉試驗，確定吸收液最佳pH為4.5~5.5，測定漿液系統氧化率提高到99.8%以上。

5.2 硫銨結晶的控制

表1為不同結晶狀態下，2個硫酸銨溶液樣品的有關工藝參數對比。

通過硫銨結晶特性的研究，對改造后的系統摸索了降低煙氣中硫銨含量的運行優化:

(1)通過多點加氨系統。嚴格控制脫硫液pH為4.5~5.5、增濃段溶液pH為5.2~6.0，為增濃液中硫酸銨結晶創造良好的弱酸性環境。

(2)控制溶液中Cl^-質量分數小于0.5%。以避免Cl^-嚴重富積，使細晶過多不易分離，同時對系統設備產生嚴重的腐蝕。

(3)加強其他雜質控制:減少外界灰塵的帶入，如控制事故池含灰塵水的回用，加強脫硫界區的檢修管，防止廢油進入系統引起系統COD(化學需氧量)升高?而影響系統結晶。

6 改造效果

6.1 煙氣拖尾

裝置改造后，經抽樣分析出口煙氣平均氨逃逸質量濃度<5mg/m³、液滴質量濃度<70mg/m³，均達到設計規范要求。煙氣拖尾程度得到極大的改善(見圖5)。

6.2 經濟性提高

氨法脫硫裝置經改造和運行優化后，提高了氨利用率。多循環深度洗滌裝置的應用，使回收的硫酸銨產量有所增加，氨法脫硫裝置的經濟性得到提升。表2為改造前后的經濟技術對比。

按硫銨600元/t 、純氨2200元/t、年運行小時為7000h估算，硫銨產量增加所增加的收益約為69.75萬元/a。氨逃逸減少所節約的費用約為12.02萬元/a，合計為81.77萬元/a。

7 結語

本著協同治理、全面提升的原則，在熱電廠氨法脫硫環保超低改造項目中，同步對煙氣嚴重拖尾問題實施改造，項目實施后解決了熱電廠煙氣嚴重拖尾的環保難題，提前有效應對環保新政策的要求，全方面提升了熱電廠的環保綜合實力。通過對系統優化操作控制，氨法脫硫裝置運行趨于穩定，生產成本明顯下降、經濟性得到提升，可為氨法脫硫系統環保提高標準改造提供一些借鑒。
山東新澤儀器有限公司生產的煙氣在線監測系統，數據采集采用PLC，包括模擬信號采集和狀態信號收集。在工控機內，根據溫度、壓力和流速等參數，將煙氣濃度換算成標態，并計算出各煙氣污染物的總排放量，生成符合客戶要求的報表，并和環保局實現遠程聯網監測；lm