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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(tǒng)的煙氣嚴重拖尾現(xiàn)象進行分析研究,在氨法脫硫環(huán)保超低排放項目實施過程中,通過應用相關技術協(xié)同對煙氣拖尾進行了針對性治理改造,并對系統(tǒng)進行運行優(yōu)化調(diào)整。通過多方面的研究性改造,嚴重拖尾現(xiàn)象得到根本性改善,極大地緩解了熱電廠的環(huán)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(xiàn)象，采用大濕法石灰石、氨法脫硫等脫硫工藝時這種現(xiàn)象尤其嚴重。隨著環(huán)保要求越來越嚴格，因煙羽問題而遭環(huán)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(huán)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(huán)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(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)。

系統(tǒng)主要流程框圖見圖1。

2 存在問題

2.1 煙氣拖尾現(xiàn)象嚴重

隨著環(huán)保排放要求提高后，對氨法脫硫系統(tǒng)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(xiàn)象越來越嚴重，煙氣拖尾有時長達數(shù)百米，造成的二次視覺污染成為環(huán)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(tǒng)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(nèi)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(wěn)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(diào)節(jié)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(chǎn)現(xiàn)場亞硫酸銨氣味濃烈，腐蝕現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)運行物料的平衡受到較大影響。與理論相比，系統(tǒng)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(guī)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(tǒng)中?高溫煙氣與脫硫系統(tǒng)各段液相接觸使得煙氣逐步達到飽和狀態(tài)。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(huán)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(fā)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(shù)超過10×10^-6~20×10^-6時，會出現(xiàn)可見煙羽?而且質量分數(shù)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(chǎn)生煙氣嚴重拖尾現(xiàn)象，特別是微米級(PM2.5)的亞硫酸銨顆?？沙蔀樗魵饫淠木ХN，使拖尾現(xiàn)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(huán)分段優(yōu)化設計:在脫硫超低排放改造中，將原單塔三段單層循環(huán)改為二塔多層循環(huán)，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(huán)分別改為雙層和三層循環(huán)，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(nèi)氧化工藝改為塔內(nèi)、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(nèi)漿液原有氧化分布器，實現(xiàn)增濃液系統(tǒng)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(nèi)進行雙段強制氧化、雙段氧化的設計，實現(xiàn)了漿液系統(tǒng)全過程氧化，整個系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)采用塔盤分層布置三級水洗系統(tǒng)。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(jù)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(fā)的氣氨能充分吸收，多點、定量加氨提高氧化器內(nèi)pH 控制精度，保證脫硫區(qū)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(tǒng)? 因設置了氧化風使?jié){液中NH₄HSO₃與NH₃充分反應，提高系統(tǒng)脫硫效率。

5 優(yōu)化運行控制

5.1 氧化率優(yōu)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(xiàn)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(tǒng)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(tài)下，2個硫酸銨溶液樣品的有關工藝參數(shù)對比。

通過硫銨結晶特性的研究，對改造后的系統(tǒng)摸索了降低煙氣中硫銨含量的運行優(yōu)化:

(1)通過多點加氨系統(tǒng)。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(chuàng)造良好的弱酸性環(huán)境。

(2)控制溶液中Cl^-質量分數(shù)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(tǒng)設備產(chǎn)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(qū)的檢修管，防止廢油進入系統(tǒng)引起系統(tǒng)COD(化學需氧量)升高?而影響系統(tǒng)結晶。

6 改造效果

6.1 煙氣拖尾

裝置改造后，經(jīng)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(guī)范要求。煙氣拖尾程度得到極大的改善(見圖5)。

6.2 經(jīng)濟性提高

氨法脫硫裝置經(jīng)改造和運行優(yōu)化后，提高了氨利用率。多循環(huán)深度洗滌裝置的應用，使回收的硫酸銨產(chǎn)量有所增加，氨法脫硫裝置的經(jīng)濟性得到提升。表2為改造前后的經(jīng)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(chǎn)量增加所增加的收益約為69.75萬元/a。氨逃逸減少所節(jié)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(xié)同治理、全面提升的原則，在熱電廠氨法脫硫環(huán)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(huán)保難題，提前有效應對環(huán)保新政策的要求，全方面提升了熱電廠的環(huán)保綜合實力。通過對系統(tǒng)優(yōu)化操作控制，氨法脫硫裝置運行趨于穩(wěn)定，生產(chǎn)成本明顯下降、經(jīng)濟性得到提升，可為氨法脫硫系統(tǒng)環(huán)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(chǎn)的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集采用PLC，包括模擬信號采集和狀態(tài)信號收集。在工控機內(nèi)，根據(jù)溫度、壓力和流速等參數(shù)，將煙氣濃度換算成標態(tài)，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(huán)保局實現(xiàn)遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測；lm