高效氨法脫硫除塵一體化技術(shù)的應(yīng)用

孫小會(huì)

(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河南 義馬 472300)

中國是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家，隨著工業(yè)的快速發(fā)展,煤炭燃燒生成的SO2、塵、氮氧化物已成為中國大氣污染的主要污染物。根據(jù)發(fā)改能源《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》，東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，中部地區(qū)新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。中國在電力行業(yè)內(nèi)開展了大規(guī)模的煙氣脫硫除塵治理工程，從國外引進(jìn)一大批煙氣脫硫技術(shù),主流技術(shù)為石灰石-石膏法，還有氨法、海水法、鎂法、雙堿法、離子液法等被人們認(rèn)識(shí)并推廣使用。其中，氨法脫硫20世紀(jì)70年代初由日本與意大利等國開始研制并相繼獲得成功，氨法煙氣脫硫工藝采用氨做吸收劑除去煙氣中的SO2，隨著技術(shù)進(jìn)步具有高效脫硫協(xié)同除塵優(yōu)勢(shì)，且無固廢、廢水產(chǎn)生等優(yōu)勢(shì)，在日益嚴(yán)峻的超低排放環(huán)保要求環(huán)境下受到廣泛的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況和實(shí)施背景

某廠有2臺(tái)145 t/h、3臺(tái)130 t/h、1臺(tái)220 t/h鍋爐，采用濕法氨法脫硫工藝，由于建于早期，工藝設(shè)計(jì)較落后，脫硫塔腐蝕嚴(yán)重，煙囪煙羽長，排放指標(biāo)二氧化硫在100 mg/Nm3以下，煙氣脫硫前除塵采用電袋一體化除塵裝置，脫硫塔前塵含量控制在30 mg/Nm3以下，但由于脫硫塔設(shè)計(jì)缺陷，脫硫塔出口塵含量經(jīng)常大于30 mg/Nm3。配套的硫銨回收裝置流程如下：氧化罐氧化→二效蒸發(fā)→結(jié)晶器→干燥機(jī)→包裝機(jī)。采用塔外蒸汽加熱濃縮，能耗高，且氧化能力不足，不能滿足生產(chǎn)需要。凈煙氣進(jìn)入煙囪中，原煙囪為混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為排放干煙氣，濕法脫硫煙氣含有少量SO2、SO3、氯化物等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，脫硫后會(huì)產(chǎn)生硫酸、亞硫酸、氯化物等冷凝物和低pH值環(huán)境中，導(dǎo)致老煙囪和煙囪入口煙道已出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。對(duì)老煙囪進(jìn)行加固和做內(nèi)防腐處理，投資大，周期長，實(shí)施難度大。因此，決定對(duì)裝置進(jìn)行高效脫硫脫塵一體化技術(shù)改造。

2 項(xiàng)目實(shí)施情況

2.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

改造入口煙氣參數(shù)見表1。

表1 改造入口煙氣參數(shù)

注：以2×130 t/h為例進(jìn)行說明。

2.2 方案介紹

采取了兩臺(tái)鍋爐配套一套脫硫塔(簡稱“兩爐一塔”)的布置方式，現(xiàn)場(chǎng)位置十分緊湊，建設(shè)該項(xiàng)目時(shí)需兼顧生產(chǎn)，需在附近新建脫硫裝置，待建成后停爐進(jìn)行煙道連接，拆除舊的脫硫裝置，采取“兩爐一塔”既節(jié)約占地，又節(jié)省投資。

該脫硫塔塔體采用碳鋼襯玻璃鱗片，具有較好的抗腐蝕性能。該脫硫塔從下到上依次為濃縮段、吸收段、水洗段、除霧段，在一個(gè)塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)煙氣中二氧化硫的吸收，吸收后漿液的濃縮，以及濕凈煙氣的氣溶膠、水霧、塵的去除。在脫硫塔上部采用超聲波一體化技術(shù)協(xié)同處理灰塵，達(dá)到高效去塵效果。工藝流程簡述如下：原煙氣自引風(fēng)機(jī)進(jìn)入多功能脫硫塔，依次通過濃縮段、吸收段，在濃縮段利用煙氣熱量提濃脫硫液，煙氣溫度降為50～60 ℃，再進(jìn)入脫硫塔吸收段。在吸收段煙氣與氨水液充分接觸反應(yīng)，吸收掉絕大部分的SO2，吸收后的凈煙氣經(jīng)水洗，再經(jīng)過屋脊除霧器、絲網(wǎng)除沫器、超聲波，完成對(duì)煙氣中顆粒物的控制、洗滌、捕集功能，保證脫硫塔出口煙氣達(dá)到超低排放要求，凈煙氣由脫硫塔頂部直排煙囪排放。吸收段吸收SO2后的吸收液進(jìn)行氧化、濃縮，送入硫氨回收裝置，依次進(jìn)入旋流器、離心機(jī)、振動(dòng)流化床干燥系統(tǒng)，硫氨成品包裝后外售。

3 運(yùn)行效果

項(xiàng)目完工運(yùn)行一個(gè)月后，進(jìn)行了168 h的性能考核。鍋爐保持滿負(fù)荷運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了超低排放要求，二氧化硫、塵、氨逃逸等指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值，取得了良好的效果，并順利通過了當(dāng)?shù)丨h(huán)保局的驗(yàn)收。改造設(shè)計(jì)值和實(shí)際運(yùn)行值如表2所示。

表2 改造設(shè)計(jì)值和實(shí)際運(yùn)行值

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4.1 高效脫硫的基礎(chǔ)上協(xié)同高效除塵

超聲波脫硫除塵一體化超低排放技術(shù)通過多項(xiàng)二氧化硫吸收提效技術(shù)，降低二氧化硫含量，并顯著減少了氣溶膠和游離氨含量，脫硫效率高達(dá)95%～99%，同時(shí)擁有很好的除塵效果。該項(xiàng)目不需對(duì)塔前原電袋除塵設(shè)施進(jìn)行再改造，原煙氣中的塵含量≤30 mg/Nm3，煙氣在多功能塔中通過洗滌、顆粒凝聚、聲波凝聚，高效除霧，達(dá)到了煙氣總塵含量≤5 mg/Nm3的要求。該技術(shù)取代了傳統(tǒng)的在脫硫后加裝濕式靜電除塵裝置的路線，后者在脫硫后面增加濕式除塵器，會(huì)增加投資、電耗、維護(hù)，并會(huì)新增廢水需要處理。

4.2 氨逃逸和氣溶膠的控制

氨逃逸及氣溶膠的控制是氨法脫硫中最為關(guān)鍵的問題和技術(shù)難點(diǎn)，該技術(shù)合理的設(shè)計(jì)能夠控制氨逃逸≤3 mg/Nm3，氨回收率≥99%，提高脫硫劑的回收利用率，從而提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。并可高效脫除三氧化硫，使SO3≤2 mg/Nm3。煙氣中的氣溶膠得到有效的控制，煙羽短。

4.3 變廢為寶，實(shí)現(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”

多數(shù)煤化工工程，都副產(chǎn)一定量的低濃度廢氨水，可用于氨法脫硫，在治理二氧化硫和廢氨污染的同時(shí)又能“變廢為寶”，副產(chǎn)硫酸銨化肥，系統(tǒng)不產(chǎn)生廢水廢渣[1]。

該廠自己生產(chǎn)液氨，也有副產(chǎn)氨水，以液氨或氨水為原料脫除煙氣中的SO2、NOx，副產(chǎn)硫酸銨化肥，是一種價(jià)值較高的化肥，資源化利用程度高，硫酸銨的銷售可以降低運(yùn)行成本，利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

4.4 節(jié)能減排，沒有二次污染

氨法脫硫不新增二氧化碳排放，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”理念。而石灰石-石膏法每脫除1 t二氧化硫需排放二氧化碳0.7 t。氨法脫硫沒有廢水產(chǎn)生，沒有廢渣排放。氨法脫硫液氣比低，這極大地降低了循環(huán)泵的能耗和尾氣系統(tǒng)的阻力。

5 項(xiàng)目實(shí)施過程中注意的幾個(gè)問題

5.1 脫硫劑的可靠供應(yīng)

該廠有合成氨裝置，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的有2×1 000 m3的液氨球罐，其它裝置還副產(chǎn)氨水，吸收劑有豐富的資源優(yōu)勢(shì)，該項(xiàng)目設(shè)置液氨和氨水獨(dú)立的雙管道供氨，只需鋪設(shè)管線至脫硫裝置即可，液氨管線壓力為1.2 MPa。但由于長距離輸送，特別是夏季環(huán)境溫度高，液氨易汽化造成氨流量不顯示或顯示不準(zhǔn)確，導(dǎo)致加氨不穩(wěn)定，二氧化硫排放指標(biāo)不穩(wěn)定。

針對(duì)此問題增加液氨增壓系統(tǒng)，增加液氨加壓泵兩臺(tái)，將液氨的供應(yīng)壓力提高到1.5 MPa，增壓泵布置在脫硝吸收劑區(qū)，泵出口設(shè)置有安全閥，事故氨氣進(jìn)入脫硝氨區(qū)事故吸收罐。通過改造保證加氨的穩(wěn)定，防止指標(biāo)出現(xiàn)波動(dòng)。

5.2 系統(tǒng)中Cl-的控制

氨法脫硫裝置難題就是氯離子的腐蝕問題，由于系統(tǒng)不排放廢水，氯離子會(huì)在漿液里富集，尤其是煤含硫量低時(shí)，硫氨帶走的氯離子非常少，會(huì)造成對(duì)塔體、管道的嚴(yán)重腐蝕，減短脫硫塔裝置的使用壽命。氯離子一方面來自煤炭，另一方面來自工藝補(bǔ)水。該廠原水預(yù)處理后生產(chǎn)供水中Cl-濃度在130 mg/L左右，Cl-含量很高，不利于脫硫裝置的長周期運(yùn)行。之后改造直接采用地下水，水中Cl-在20 mg/L左右，由離心泵直接將井水加壓送至脫硫裝置，盡可能地降低系統(tǒng)Cl-的帶入。提升工藝補(bǔ)水品質(zhì)，控制系統(tǒng)內(nèi)氯離子濃度，減少裝置腐蝕速率，延長設(shè)備使用壽命。

5.3 凈煙氣排放問題

該廠原煙囪設(shè)計(jì)為排放干煙氣，若對(duì)老煙囪進(jìn)行加固和做內(nèi)防腐處理，投資較大，且實(shí)施難度大，施工周期長。新建脫硫塔直徑為8.5 m，高約45 m，若把且脫硫塔出口凈煙道需要從45 m處回到煙囪煙氣入口6.5 m處，增加了項(xiàng)目投資，煙氣阻力增大，經(jīng)綜合考慮，廢棄老煙囪，煙氣采取直排方式。

吸收塔與煙囪同心布置，煙囪排放口高度為90 m，煙囪直筒段為45 m，吸收塔凈煙氣出口錐體與煙囪內(nèi)筒相連接，煙囪內(nèi)設(shè)置冷凝水回收裝置，直接回收至塔內(nèi)漿液里，能夠有效減少冷凝水帶出。煙囪筒體和脫硫塔筒體均采用碳鋼襯玻璃鱗片，易維護(hù)和檢修?？晒?jié)約投資300余萬元，并減少煙氣阻力，減少引風(fēng)機(jī)電耗。

5.4 多套脫硫塔出料與一套硫氨的合理配置

該廠三套脫硫裝置共用一套硫銨生產(chǎn)系統(tǒng)，較近的一套脫硫裝置硫銨排出由濃縮泵出口增加分支管至硫銨緩沖槽，另兩套脫硫漿液由硫銨排出泵排出，距離硫氨裝置約800 m，輸送距離遠(yuǎn)，三套均出料時(shí)間長，硫銨系統(tǒng)裝置運(yùn)行負(fù)荷低，設(shè)備效率低，包裝間工人工作時(shí)間長。該廠對(duì)硫銨排出系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，利用大修時(shí)間增加或更換硫銨排出泵六臺(tái)，泵流量和揚(yáng)程增加，同時(shí)對(duì)硫銨排出泵出口管線和硫銨裝置返料管線直徑變大，加快硫銨排出速度，硫銨返料管線增加氣動(dòng)閥，利用操作控制，保證三套脫硫裝置單獨(dú)出料，不互相干擾。同時(shí)管線建立互通，當(dāng)一套脫硫裝置檢修時(shí)，脫硫裝置的漿液可以通過互通管線排至另一套脫硫裝置進(jìn)行出料。

6 結(jié)語

高效脫硫協(xié)同除塵技術(shù)可靠穩(wěn)定，脫硫、除塵效率高，在脫硫塔頂部加裝置顆粒物控制系統(tǒng)，在不增加濕電的情況一步到位實(shí)現(xiàn)了超低排放，煙塵的排放濃度低至5 mg/Nm3，達(dá)到了2014 年9 月國家三部委聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020 年)》中火電廠大氣污染物中特別排放限值中要求塵含量低至5 mg/Nm3的要求，即使未來環(huán)保提標(biāo)無需大改。我國是合成氨大國，產(chǎn)能過剩嚴(yán)重，為氨法脫硫提供可靠的氨供應(yīng)。而且能耗小、操作簡單，占地面積節(jié)約，應(yīng)用較為靈活[2]。沒有固廢和廢水產(chǎn)生，具有明顯的綜合優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下有著廣闊的應(yīng)用前景和推廣意義。