“填料+絲網(wǎng)”除霧在氨法脫硫的工業(yè)應(yīng)用

吳全富 杜海波 楊 瀟

(中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司)

0 引 言

氨法脫硫工藝是目前比較成熟、已工業(yè)化應(yīng)用的脫硫工藝，主要用于300 MW及以下的燃煤機(jī)組[1]。其原理是水中的氨和煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)生成亞硫酸銨，亞硫酸銨進(jìn)一步與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸氫銨，亞硫酸氫銨再與氨水反應(yīng)生成亞硫酸銨，生成的亞硫酸銨被空氣氧化為硫酸銨。其能耗很低，產(chǎn)物附加值高且符合可持續(xù)發(fā)展，是一種綠色的廢氣處理方式。另一方面石化廠內(nèi)有液氨或者氨水的供應(yīng)，利用氨法脫硫技術(shù)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

氨的反應(yīng)迅速，處理廢氣效率高，產(chǎn)物不會(huì)附著在設(shè)備上，處理流程相對(duì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便、維護(hù)相對(duì)輕松。相對(duì)鈣法脫硫其基本沒(méi)有固廢的產(chǎn)生，高濃度的硫酸銨液體通過(guò)旋流提濃、離心脫水、干燥得到硫酸銨副產(chǎn)品符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，不會(huì)再次污染環(huán)境[2-3]。

常規(guī)投入運(yùn)行的大部分氨法脫硫雖然SO2依賴氨的強(qiáng)制加入達(dá)到GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，但煙囪檢測(cè)口的霧滴和顆粒物檢測(cè)濃度很難達(dá)標(biāo)排放[4-5]。常見(jiàn)的問(wèn)題如下：

1)煙囪雨嚴(yán)重、PM2.5氣溶膠“煙氣拖尾”明顯，污染轉(zhuǎn)移。

2)硫酸銨隨酸霧夾帶飄落，腐蝕生產(chǎn)生活設(shè)施，影響廠區(qū)和周邊居民生活。

3)氨逃逸嚴(yán)重，銨鹽損失大，影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 氨法脫硫工藝

GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求重點(diǎn)區(qū)域SO2和煙塵分別執(zhí)行50 mg/m3和20 mg/m3的限值。中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司動(dòng)力廠在氨法煙氣脫硫后段采用“填料+絲網(wǎng)”除霧技術(shù)，結(jié)合脫硫塔工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了脫硫效率高，氧化快速，除霧能力強(qiáng)的預(yù)期，成功解決氨法脫硫“煙氣拖尾”及氣溶膠等問(wèn)題，確保煙塵達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

該氨法脫硫及“填料+絲網(wǎng)”除霧工藝系統(tǒng)主要由濃縮塔、吸收塔、除霧系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、硫酸銨后處理系統(tǒng)等組成，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 脫硫部分工藝流程

1)來(lái)自鍋爐脫硝除塵后的高溫?zé)煔馐紫冗M(jìn)入濃縮塔，自下而上與兩臺(tái)濃縮循環(huán)泵來(lái)的漿液逆流接觸，在此過(guò)程中，煙氣降溫，漿液濃縮，同時(shí)，煙氣中SO2被初步吸收。被濃縮的漿液一部分繼續(xù)循環(huán)，另一部分則送至濃漿罐，經(jīng)泵送入硫酸銨回收工段，采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝，離心機(jī)分離、干燥后送入包裝機(jī)，包裝入庫(kù)。

2)經(jīng)過(guò)初步凈化的煙氣進(jìn)入脫硫吸收段。在脫硫吸收段，煙氣與三層噴淋層來(lái)的漿液逆流接觸，煙氣中的SO2進(jìn)一步被吸收。吸收SO2的漿液回流至塔底，亞硫酸氫銨與氨水反應(yīng)，生成亞硫酸銨，再經(jīng)氧化生成硫酸銨，送至濃縮塔。凈化后的煙氣經(jīng)三級(jí)除霧器去除夾帶的液滴后(液滴含量50 mg/Nm3)，經(jīng)過(guò)塔盤(pán)后進(jìn)入洗滌段。

3)在洗滌段內(nèi)，含一定量霧滴的煙氣通過(guò)填料層到水洗層，在水洗層煙氣被無(wú)鹽水噴頭進(jìn)一步?jīng)_洗達(dá)到去含鹽霧滴和粉塵的效果，沖洗過(guò)的煙氣再經(jīng)過(guò)兩層絲網(wǎng)除霧器過(guò)濾后達(dá)到GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放。

2 “填料+絲網(wǎng)”除霧技術(shù)消除產(chǎn)生的氣溶膠

氨法脫硫的特殊之處在于脫硫劑氨常溫常壓下是氣體，易揮發(fā)，與SO2在氣態(tài)下反應(yīng)易生成亞微米級(jí)的亞硫酸銨和硫酸銨氣溶膠。因此，氨法脫硫的首要問(wèn)題是圍繞著如何控制氨的揮發(fā)，防止氣溶膠的生成和氨隨脫硫后煙氣的逃逸?？刂迫龑訃娏芪諏煔獾慕禍嘏c吸收分開(kāi)，有效抑制氣溶膠的產(chǎn)生。

在脫硫塔內(nèi)，噴淋吸收段上部設(shè)置三層高效除霧器，去除吸收段煙氣夾帶的絕大部分煙塵、霧滴以及部分氣溶膠顆粒，將脫硫吸收段與除塵清洗段相對(duì)隔離，有效抑制了吸收段煙氣中夾帶的大量霧滴、煙塵、顆粒物等進(jìn)入除塵清洗段，實(shí)現(xiàn)水洗層濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于吸收層漿液濃度，實(shí)現(xiàn)濃度遞減、逐級(jí)吸收功能。

水洗塔盤(pán)的空隙過(guò)大，造成局部煙氣不均勻偏流現(xiàn)象，在噴淋水洗中，偏流的煙氣中的氣溶膠組分不能有效去除，在經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)除霧器后，仍會(huì)有殘留的氣溶膠隨煙氣排放，造成煙氣拖尾。針對(duì)此問(wèn)題，裝置增設(shè)填料層，安裝在塔內(nèi)水洗塔盤(pán)的上部，水洗水噴淋的下部。填料層增大了氣-液的傳質(zhì)面積，同時(shí)可對(duì)煙氣進(jìn)行均布，均布后的煙氣和噴淋下來(lái)的水洗水在填料中充分接觸，使其均勻混合，可充分去除氣溶膠。

絲網(wǎng)除霧器又稱除沫器，當(dāng)帶有霧沫的氣體以一定速度上升通過(guò)絲網(wǎng)時(shí)，由于慣性作用，霧沫與絲網(wǎng)細(xì)絲相碰撞而被附著在細(xì)絲表面上。細(xì)絲的可潤(rùn)濕性、液體的表面張力及細(xì)絲的毛細(xì)管作用，使得液滴越來(lái)越大，直到聚集的液滴大到其自身產(chǎn)生的重力超過(guò)氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就從細(xì)絲上分離下落[6]。氣體通過(guò)絲網(wǎng)除霧器后，基本不含霧沫。裝置在填料層上部又設(shè)置了兩層絲網(wǎng)除霧器進(jìn)一步去除硫酸銨小液滴。

3 “填料+絲網(wǎng)”除霧技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

克拉瑪依石化采用“填料+絲網(wǎng)”除霧技術(shù)的氨法脫硫工藝建成兩套煙氣脫硫裝置，實(shí)現(xiàn)冬季4臺(tái)鍋爐開(kāi)兩套煙氣脫硫裝置，夏季兩臺(tái)鍋爐開(kāi)一套煙氣脫硫裝置，另一套煙氣脫硫檢修的運(yùn)行模式。裝置設(shè)計(jì)脫硫效率大于95%，氨逃逸小于2 mg/m3。工藝所需液氨由公司酸性水汽提裝置通過(guò)管輸提供，在電廠新建氨水配置系統(tǒng)，控制氨水濃度為10%左右。氨法煙氣脫硫性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 氨法煙氣脫硫性能指標(biāo)

表1列出了“填料+絲網(wǎng)”除霧氨法脫硫的設(shè)計(jì)和運(yùn)行指標(biāo)，從表中可以看出，煙氣處理量，出口SO2、煙塵、氨逃逸、脫硫效率及系統(tǒng)壓降均在設(shè)置指標(biāo)范圍之內(nèi)，達(dá)到了項(xiàng)目建設(shè)的預(yù)期效果。

圖2、圖3列出了2018年全年煙氣脫硫裝置出口SO2和煙塵日均濃度及煙塵濃度。從圖中可看出，SO2的出口濃度不高于30 mg/m3。“填料+絲網(wǎng)”除霧后煙塵濃度不高于10 mg/m3，達(dá)到了超低排放的要求。項(xiàng)目運(yùn)行兩年來(lái)，經(jīng)過(guò)政府環(huán)保部門(mén)的多次檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖2 脫硫出口SO2濃度

圖3 脫硫出口煙塵濃度

4 結(jié) 論

“填料+絲網(wǎng)”除霧的氨法脫硫裝置，自2017年7月投用以來(lái)，操作運(yùn)行平穩(wěn)，脫硫煙囪出口SO2濃度小于30 mg/m3，煙塵濃度小于10 mg/m3，全年煙氣排放溫度在48～55℃，煙氣水含量在40～50 g/Nm3，達(dá)到了《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)[2015]164號(hào))中SO2不大于35 mg/m3，煙塵不大于10 mg/m3超低排放的要求。填料和絲網(wǎng)定期用無(wú)鹽水分模塊沖洗可在不影響壓降的前提下，解決銨鹽的結(jié)晶、堵塞和結(jié)垢等問(wèn)題?！疤盍?絲網(wǎng)”除霧方案投資小、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定，適用于有穩(wěn)定液氨供應(yīng)的小型電廠或化工廠動(dòng)力站的燃煤脫硫裝置。