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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(yao)：對熱電廠(chang)氨法(fa)脫(tuo)硫原系統(tong)的煙氣(qi)嚴重拖尾現象進(jin)行(xing)分析研究,在氨法(fa)脫(tuo)硫環保超低排放項目實施過程中,通過應用相關技術協(xie)同(tong)對煙氣(qi)拖尾進(jin)行(xing)了針對性(xing)治理(li)改造,并對系統(tong)進(jin)行(xing)運行(xing)優化調整。通過(guo)多方面的(de)研究性改(gai)造,嚴(yan)重拖尾(wei)現象(xiang)得到(dao)根本(ben)性改(gai)善,極大地緩解了熱(re)電廠的(de)環保(bao)壓(ya)力。

燃煤(mei)鍋爐的煙(yan)氣排放(fang)常(chang)存(cun)在煙(yan)氣拖尾(拖尾煙(yan)氣稱為“煙(yan)羽”)現(xian)象，采用大濕法石(shi)灰(hui)石(shi)、氨法脫硫等脫硫工藝時這種現(xian)象尤其嚴重。隨著(zhu)環(huan)(huan)保要求越來越嚴格，因煙(yan)羽問(wen)題(ti)(ti)而遭(zao)環(huan)(huan)保投訴的(de)比(bi)例越來越高，各級政府也已開始關注煙(yan)羽問(wen)題(ti)(ti)，如上海市增加了(le)消除(chu)石膏雨飄落及有色(se)(se)煙(yan)羽等(deng)(deng)環(huan)(huan)保指標(biao)并賦予相應權重，浙江省已將消除(chu)有色(se)(se)煙(yan)羽寫入地方(fang)強制(zhi)性環(huan)(huan)保標(biao)準等(deng)(deng)。

1 氨法脫硫原理及流程

1.1 工藝原理(li)

氨法脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)是以氨為吸收劑(ji)，脫(tuo)除(chu)煙氣中的(de)二氧化硫(liu)(liu)(liu)并回收副產(chan)物硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)銨的(de)煙氣脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)工(gong)藝，主要(yao)反(fan)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(yuan)系統(tong)流程(cheng)

江蘇華(hua)昌化工股(gu)份有(you)限公司熱電廠原氨(an)法(fa)脫(tuo)硫建(jian)設(she)相對(dui)較早，系(xi)統構成相對(dui)簡單，主(zhu)要包括煙氣的吸收、氧化、增濃、加(jia)氨(an)、出料(liao)和輔助等系(xi)統。

系統主(zhu)要流(liu)程框(kuang)圖(tu)見圖(tu)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(di)

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(xia)降(jiang)

提高標準運行后，原采用塔外噴(pen)射(she)氧化設(she)計調節裕度(du)不(bu)(bu)夠，且噴(pen)射(she)器噴(pen)嘴極(ji)易堵塞，化效率不(bu)(bu)能滿(man)足(zu)新標準運行要求，造(zao)成亞硫(liu)酸銨氧化不(bu)(bu)徹底，生產現(xian)場亞硫(liu)酸銨氣味(wei)濃烈(lie)，腐(fu)蝕現(xian)象嚴(yan)重加劇，也加劇了氣溶膠(jiao)的(de)形成。

2.4 氨(an)利用率低(di)

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(wei)煙(yan)氣(qi)攜帶的硫酸銨和(he)氨逃逸(yi)流失嚴重，使得系統運行物料的平衡受(shou)到較(jiao)大影響。與(yu)理論相比(bi)，系統氨利用率(lv)只有(you)90.2%，大大低于(yu)HJ2001—2010《火電廠煙氣脫硫工程(cheng)技(ji)術(shu)規范(fan)氨法》中的(de)技(ji)術(shu)要求。

3 煙氣拖尾的主要原因

3.1 物理(li)因(yin)素

氨法脫(tuo)硫(liu)系統中?高溫(wen)煙氣與脫(tuo)硫(liu)系統各段液相接(jie)觸(chu)使得(de)煙氣逐步達到飽和狀態。煙氣溫(wen)度逐級(ji)降(jiang)(jiang)低(di)(di)使其攜帶水(shui)蒸氣的能力降(jiang)(jiang)低(di)(di)，攜帶小(xiao)液滴(di)的煙氣最后排入(ru)大氣，飽和濕煙氣中小(xiao)液滴(di)大量凝結形(xing)成白色，環境溫(wen)度越(yue)(yue)低(di)(di)、濕度越(yue)(yue)大使白色煙羽越(yue)(yue)長。

3.2 氨逃逸

氨(an)逃逸的根本原(yuan)因是(shi)由(you)氨(an)的揮(hui)發性引起的。由于(yu)其具有(you)較高的飽和蒸汽壓(ya)力(li)，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(rong)膠(jiao)

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(ceng)(ceng)循(xun)環分段(duan)優化設計:在脫硫超低(di)排放改造中，將原單(dan)塔(ta)(ta)三(san)段(duan)單(dan)層(ceng)(ceng)循(xun)環改為二(er)塔(ta)(ta)多層(ceng)(ceng)循(xun)環，脫硫塔(ta)(ta)結構由氧化段(duan)、吸收(shou)段(duan)、清洗段(duan)三(san)段(duan)結構改造成增濃(nong)段(duan)、吸收(shou)段(duan)二(er)段(duan)布置，分別由單(dan)層(ceng)(ceng)循(xun)環分別改為雙層(ceng)(ceng)和三(san)層(ceng)(ceng)循(xun)環，這(zhe)樣可以增加氣(qi)液反應路程(cheng)和延長反應時間，因硫酸(suan)銨氣(qi)溶膠(jiao)形成與液氣(qi)比關系密切。從抑(yi)制硫酸銨(an)氣(qi)溶膠的角度考(kao)慮(lv)，選擇較大液(ye)(ye)氣(qi)比(bi)，可(ke)將液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)游離氨(an)、氣(qi)相(xiang)(xiang)中銨(an)鹽(yan)含量(liang)控制得很低?

4.2 雙段氧化

將(jiang)原塔(ta)內氧(yang)化(hua)工藝改(gai)為塔(ta)內、塔(ta)外雙段氧(yang)化(hua):新增(zeng)氧(yang)化(hua)器(qi)，實(shi)行(xing)主氧(yang)化(hua)功能?同時保(bao)留性改(gai)造脫(tuo)硫塔(ta)內漿(jiang)液(ye)原有氧(yang)化(hua)分(fen)(fen)布(bu)器(qi)，實(shi)現(xian)增(zeng)濃液(ye)系統的(de)輔助氧(yang)化(hua)，改(gai)用羅(luo)茨風(feng)機分(fen)(fen)別(bie)送入(ru)空氣(qi)，在(zai)氧(yang)化(hua)器(qi)吸收段、脫(tuo)硫塔(ta)增(zeng)濃段內進行(xing)雙段強制(zhi)氧(yang)化(hua)、雙段氧(yang)化(hua)的(de)設計，實(shi)現(xian)了漿(jiang)液(ye)系統全過程氧(yang)化(hua)，整(zheng)個(ge)系統氧(yang)化(hua)率大大提高，最大限度地減少了亞硫酸(suan)銨的(de)存在(zai)，抵制(zhi)其易分(fen)(fen)解的(de)逆反應(ying)發生，從設計上(shang)就減少了亞硫酸(suan)銨被(bei)煙(yan)氣(qi)攜帶的(de)量，降低氣(qi)溶膠中(zhong)亞硫酸(suan)銨組分(fen)(fen)。

4.3 多梯度(du)深層次(ci)水洗和(he)除霧

新增水洗(xi)系(xi)統采(cai)用塔盤分層布置三級水洗(xi)系(xi)統。各(ge)層間裝有格柵和(he)填料?通過(guo)對煙(yan)氣(qi)的逆(ni)流清洗使(shi)氣(qi)溶膠和(he)逃逸氨得到清洗吸(xi)收? 同時水洗分(fen)層設(she)計使(shi)溶液梯差濃(nong)度(du)得以形成，煙(yan)氣(qi)溫度(du)得到進一(yi)步降低，為除(chu)霧器的氣(qi)水分(fen)離(li)提(ti)供了條件。

在水洗塔的出(chu)口(kou)裝設管式和旋流板式雙層除霧(wu)器，其(qi)中(zhong)旋流板式除霧(wu)器(見(jian)圖(tu)4)通過機械離(li)心(xin)作用，進一步加強煙氣(qi)中(zhong)的氣(qi)水分(fen)離(li)，降低出(chu)口(kou)煙氣(qi)霧(wu)滴(di)濃度。

4.4 多點加氨設(she)計

改變原吸(xi)收泵出口(kou)單點(dian)(dian)加氨(an)(an)(an)方式?根據氧(yang)化器(qi)結構(gou)和溶液流(liu)向采用多點(dian)(dian)加氨(an)(an)(an)設計，以保(bao)證氨(an)(an)(an)水充(chong)分(fen)混合、揮發(fa)的氣氨(an)(an)(an)能(neng)充(chong)分(fen)吸(xi)收，多點(dian)(dian)、定量(liang)加氨(an)(an)(an)提高氧(yang)化器(qi)內pH 控制精(jing)度，保(bao)證脫硫區域氣相游(you)離氨(an)(an)(an)濃度控制得盡量(liang)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(yang)化率優化控制(zhi)

氨法脫硫氧(yang)化率(lv)的(de)主要影響要素為:亞(ya)硫酸銨濃(nong)度、pH、溫度、空氣流(liu)量和流(liu)速等。其中，滿(man)足空氣(qi)分(fen)布均勻(yun)、與(yu)脫硫(liu)溶液充(chong)分(fen)接觸、實現強制(zhi)混(hun)合反(fan)應(ying)，是運行操作控(kong)制(zhi)的關鍵(jian)。通過控制氧(yang)化器運行液(ye)位、提高氧(yang)化效果工作性能，提高氧(yang)化風(feng)(feng)風(feng)(feng)壓，氧(yang)化風(feng)(feng)管上增加沖洗(xi)水(shui)管路(lu)，并定期沖洗(xi)防堵塞(sai)，確保氧(yang)化風(feng)(feng)壓力控制在75~85kPa。通過交叉試驗，確定(ding)吸收液(ye)最佳pH為4.5~5.5，測(ce)定(ding)漿液(ye)系統氧化率提高(gao)到99.8%以(yi)上。

5.2 硫銨結晶的控制

表1為不同結晶狀態(tai)下，2個(ge)硫酸(suan)銨溶(rong)液(ye)樣品的有(you)關工藝參數對比。

通過(guo)硫(liu)銨結晶(jing)特性的研(yan)究，對改造后(hou)的系統摸索了降低煙氣中硫(liu)銨含量的運行優化:

(1)通過多點加(jia)氨系統。嚴格(ge)控制脫硫液(ye)pH為4.5~5.5、增濃段溶(rong)液(ye)pH為5.2~6.0，為增濃液(ye)中硫酸銨結晶創(chuang)造良好的弱(ruo)酸性環(huan)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(jia)強(qiang)其(qi)他雜(za)質控(kong)制:減(jian)少(shao)外界灰塵的(de)帶(dai)入，如控(kong)制事故池(chi)含灰塵水的(de)回用，加(jia)強(qiang)脫硫界區的(de)檢修管，防止(zhi)廢油進入系(xi)統(tong)引(yin)起(qi)系(xi)統(tong)COD(化(hua)學需氧量)升(sheng)高?而(er)影響系(xi)統(tong)結(jie)晶(jing)。

6 改造效果

6.1 煙(yan)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(gai)善(shan)(見(jian)圖5)。

6.2 經濟性提高

氨法脫硫裝(zhuang)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(ying)用，使(shi)回(hui)收的硫酸銨產量有所(suo)增加，氨法(fa)脫(tuo)硫裝置的經濟性得到提升。表2為改造前后(hou)的經濟(ji)技術(shu)對比。

按(an)硫銨600元/t 、純氨2200元/t、年運行(xing)小時為7000h估算，硫銨產量增(zeng)加所增(zeng)加的收益約為69.75萬元/a。氨(an)逃逸減少所節(jie)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(mian)提(ti)升(sheng)的原則，在熱(re)電(dian)廠(chang)氨法脫硫(liu)環(huan)(huan)保(bao)超(chao)低改造項目(mu)(mu)中，同步(bu)對煙氣嚴(yan)重(zhong)(zhong)拖尾(wei)問題(ti)實施改造，項目(mu)(mu)實施后(hou)解決(jue)了熱(re)電(dian)廠(chang)煙氣嚴(yan)重(zhong)(zhong)拖尾(wei)的環(huan)(huan)保(bao)難(nan)題(ti)，提(ti)前有(you)效應(ying)對環(huan)(huan)保(bao)新政策的要求，全方面(mian)提(ti)升(sheng)了熱(re)電(dian)廠(chang)的環(huan)(huan)保(bao)綜合(he)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