氨法脫硫工藝參數(shù)對氣溶膠排放特性的影響

劉鵬勃 孫燕妮

摘 要：隨著合成氨工業(yè)的不斷發(fā)展以及濕式氨法煙氣脫硫工藝的不斷完善和改進，近年來，氨法脫硫工藝由于其氣液反應速度快、脫硫效率高及脫硫副產(chǎn)品可回收利用等優(yōu)點而在燃煤電廠得到應用推廣。但是在氨法脫硫過程中容易產(chǎn)生大量的氣溶膠顆粒，不僅會影響設(shè)備的安全運行，而且會隨著煙氣排入大氣環(huán)境中，對氣候、環(huán)境和人體健康造成嚴重的危害，氣溶膠問題已經(jīng)成為制約氨法脫硫工藝推廣應用的技術(shù)瓶頸?；诖耍疚闹饕獙Π狈摿蚬に噮?shù)對氣溶膠排放特性的影響進行分析探討。

關(guān)鍵詞：氨法脫硫;工藝參數(shù);氣溶膠排放特性;影響

1、實驗系統(tǒng)與方法

試驗系統(tǒng)如圖1所示，主要由全自動燃煤鍋爐、緩沖罐、旋風分離器、濕法煙氣脫硫系統(tǒng)和分析測試系統(tǒng)等組成，額定煙氣量為150m3/h，最大煙氣流量200m3/h;脫硫塔塔徑150mm，塔高4000mm，塔內(nèi)可加裝填料、篩板等塔內(nèi)件，塔出口安裝旋流板除霧器。工藝流程為：燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)緩沖罐進入旋風分離器去除粗顆粒（dp≥10！m）后，通過增壓風機增壓進入脫硫系統(tǒng)，在脫硫塔內(nèi)與脫硫液逆流接觸，然后經(jīng)引風機排放。

煙氣中氣溶膠顆粒濃度及粒徑分布采用芬蘭Dekati公司生產(chǎn)的電稱低壓沖擊器（ElectricalLowPressureImpactor，ELPI）實時在線測量，ELPI可測試的顆粒粒徑范圍為0.023～9.314μm。用于形貌和元素組成分析的顆粒物樣品借助75R647型采樣泵，由不銹鋼濾筒采集，采用荷蘭FEL公司的Sirion200場發(fā)射掃描電子顯微鏡分析。SO2濃度采用德國MRU公司生產(chǎn)的Delta2000CD-IV型煙氣分析儀在線監(jiān)測。

模擬實驗中，脫硫液采用揚子熱電廠提供的過飽和硫酸銨溶液，通過添加氨水調(diào)節(jié)溶液pH值。煙氣中SO2濃度可在緩沖罐內(nèi)通過添加SO2調(diào)節(jié);SO3由50℃水浴加熱50%的發(fā)煙硫酸產(chǎn)生，并以N2作為載氣加入塔進口煙氣中，通過控制氮氣流量以改變SO3添加量。由于模擬試驗系統(tǒng)塔高無法與實際脫硫塔相比，為使模擬實驗中氣溶膠形成較為顯著，選用相對較高的脫硫液pH值（6.0-7.2）和煙氣SO2濃度;其余實驗參數(shù)均根據(jù)表1所示的揚子熱電廠II期氨法煙氣脫硫裝置實際運行工況參數(shù)選取。

2、結(jié)果與討論

2.1 氨法脫硫前后氣溶膠顆粒物性變化

揚子熱電廠II期氨法脫硫裝置氣溶膠排放特性的試驗結(jié)果如圖2所示;試驗條件：塔進口煙溫TG=130℃，試驗煙氣量Q=150m3/h，SO2濃度CSO2=1500mg/m3，脫硫液溫度TL=55℃;pH=7.0。可見，在上述試驗條件下氨法脫硫過程中有明顯的氣溶膠顆粒形成，質(zhì)量濃度由脫硫前約50mg/m3增至約200～400mg/m3。

脫硫前的顆粒物大多呈球形結(jié)構(gòu)，顆粒大小較為均勻，主要元素為Ca、O、Si、Al、C等，次要元素為Na、K、Fe、S等，從其主要元素的種類可知主要為難溶于水的硅鋁質(zhì)礦物顆粒。與此不同的是，氨法脫硫后的顆粒物形態(tài)發(fā)生了較大的變化，粒徑顯著增加，顆粒表面光滑，多呈規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，含長方體、棱柱體等晶習，與初始燃煤煙氣中顆粒物相比，氨法脫硫后的顆粒物中S、O元素含量顯著增加，而Al，Si含量均很低，從元素組分含量可以推知該顆粒主要為含硫、氧的氣溶膠顆粒，如（NH4）2SO4、NH4HSO3、（NH4）2SO3等。

2.2 氨法脫硫操作參數(shù)對氣溶膠排放的影響

2.2.1空塔氣速的影響

在氨法煙氣脫硫過程中，過高的空塔氣速會導致嚴重的霧沫夾帶，將大量的脫硫液液滴帶出脫硫系統(tǒng)，引起“硫銨雨”;同時，當塔內(nèi)加裝填料、篩板、除沫絲網(wǎng)等塔內(nèi)件時，過高的空塔氣速易出現(xiàn)液泛，使塔設(shè)備不易操作穩(wěn)定。為能定量獲得其影響特性，進行了煙氣量在115～200m3/h范圍下的試驗，對應的空塔氣速范圍為2.50～4.30m/s。脫硫凈煙氣中氣溶膠濃度隨空塔氣速增大明顯增多;空塔氣速為3.25m/s時，脫硫凈煙氣中氣溶膠由脫硫前的約50mg/m3增至200mg/m3;隨空塔氣速進一步增至4.30m/s，脫硫凈煙氣中氣溶膠可增至約350mg/m3，是脫硫前的7倍。這主要是由于空塔氣速越高，脫硫系統(tǒng)霧沫夾帶現(xiàn)象越嚴重，使更多吸收SO2后的脫硫液滴隨煙氣排出，進入大氣環(huán)境后可逐步蒸發(fā)析出固態(tài)氣溶膠顆粒。

2.2.2脫硫液pH值的影響

脫硫凈煙氣中氣溶膠濃度隨脫硫液pH值升高而增大，特別是當pH值高于6.5時尤為顯著，如脫硫液pH值由6.5提高至7.2時，脫硫凈煙氣中氣溶膠顆粒質(zhì)量濃度可由70mg/m3左右增至225mg/m3左右。這主要是由于脫硫液pH值較高時，脫硫液中揮發(fā)逸出的氨氣量增加，相應地，氣態(tài)NH3與煙氣中SO2反應生成的亞硫酸銨、亞硫酸氫銨、硫酸銨等氣溶膠微粒數(shù)量增多。因此，實際氨法脫硫中，在不影響脫硫效率的前提下，應盡可能控制較低的脫硫液pH值以抑制氣溶膠生成和排放。

3、結(jié)論

（1）氨法煙氣脫硫過程中會產(chǎn)生大量氣溶膠顆粒，使得脫硫前后顆粒物物性發(fā)生顯著變化。

（2）氨法脫硫氣溶膠排放量隨空塔氣速、脫硫液pH值及其濃度、液氣比、煙氣及脫硫液溫度、煙氣中SO3濃度的增大而增加;在不影響脫硫效率及系統(tǒng)正常運行的前提下，可通過優(yōu)化操作條件減少氣溶膠排放。

（3）在相同脫硫性能下，填料塔、篩板塔結(jié)構(gòu)塔設(shè)備氣溶膠排放量低于噴淋空塔。

參考文獻

[1]王志雅.氨法脫硫中氨逃逸和硫酸按氣溶膠現(xiàn)象「J].化工設(shè)計通訊，2014，40（5）：35-38.

[2]顏金培，楊林軍，鮑靜靜.濕法脫硫煙氣中細顆粒物的變化特性「J].中國電機工程學報，2011，41（2）：21-26.