220 t/h锅炉烟气氨法脱硫特点及存在问题

袁平华

(阳煤丰喜集团临猗分公司，山西运城 044100)

阳煤丰喜集团临猗分公司220 t/h锅炉烟气治理项目包括选择性非催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)脱硝、布袋除尘及氨法脱硫。其中，脱硫采用高效节能氨法脱硫深度净化技术，保证了锅炉烟气SO2和粉尘排放达到超低排放Ⅰ类标准(SO2质量浓度≤35 mg/m3，粉尘质量浓度≤5 mg/m3，NOx质量浓度≤50 mg/m3)。脱硫塔塔径为8 m，总高90 m(直排烟囱高20 m)，整体脱硫工艺为氨法脱硫+填料水洗+湿式电除尘+烟囱直排。氧化系统采用塔内氧化工艺，布置1层曝气管；浓缩系统采用塔外浓缩结晶工艺。

1 工艺概述

脱硫塔是一个多功能塔，全塔功能分7段，脱硫塔设计从下往上分别为氧化段、浓缩降温段、SO2吸收段、水洗段、除雾段、湿式电除尘段、直排烟囱[1]。脱硫塔总高90 m，带进出口在线监测装置(CEMS)。塔外设置浓缩结晶罐、一二级水洗槽、湿电冲洗水槽、氨水罐、泵房及配电室。硫铵后处理装置及事故池利旧。

1.1 氧化段

氧化系统主要由曝气装置和氧化风机组成[1]。

氧化段置于脱硫塔塔底，高度为10 m，采用曝气氧化+自然氧化的原理，在距离塔底6 m左右布置1层曝气管(见图1)，采用罗茨风机鼓入空气对吸收液进行强制氧化，阻力低、氧化效果好。脱硫塔内吸收液中的亚硫酸铵被氧化为硫酸铵，亚盐氧化率可达99%以上。合格的硫酸铵溶液最终从脱硫塔补充进入浓缩结晶槽。

图1 氧化曝气管

脱硫塔内过量的氧化空气和亚盐分解气体经过脱硫塔净化后由塔顶烟囱排空。

1.2 浓缩降温段

浓缩降温段高度为10 m(含烟气进口烟道)，采用一级浓缩，浓缩采用涡流喷嘴；浓缩降温段和氧化段之间由1层隔板(斜板)分开，斜板上的积料自流入浓缩结晶槽，斜板设有反冲洗装置，冲洗液来自氧化段。

图2为浓缩喷淋层，只有1层，负责把硫酸铵浆液进行蒸发浓缩，浓缩液经过斜板自流到浓缩结晶槽。

图2 浓缩喷淋层及斜板

锅炉引风机来的高温烟气进入脱硫塔中部，在自下向上的过程中与浓缩喷淋的硫酸铵浆液逆向接触，烟气中的微量烟尘大部分被洗除。高温烟气由于绝热蒸发，温度降低，释放出的热量把稀硫酸铵浆液中的大量水分蒸发，硫酸铵浆液被浓缩，当达到过饱和时析出硫酸铵晶体，硫酸铵浆液浓缩达到设定的结晶指标后，用晶浆泵将硫酸铵浆液送至原硫酸铵工序。

1.3 SO2吸收段

SO2吸收段设3级吸收(2层喷淋+1层填料吸收)。SO2吸收段高度为10 m，浓缩降温段和SO2吸收段采用集液器分隔，布置有升气帽，SO2吸收段和氧化段之间采用2根Φ800玻璃钢管(即下降管，见图3)连接，下降管跨过浓缩降温段，在脱硫塔内从SO2吸收段集液器盘向下直通塔底氧化段，下降管的下部开有不同规格数量的孔，保证吸收液能够全部经下降管自流入氧化段进行氧化。下降管底部固定在脱硫塔底上。

图3 下降管

上升的含SO2的烟气穿过集液器盘后进入SO2吸收段，SO2吸收段设3层喷淋层，与自上而下喷淋的吸收液进行逆向传质，吸收并脱除烟气中的SO2，脱除SO2后的净化烟气进入2级循环水洗除雾段；吸收SO2后吸收浆液经SO2吸收段集液器盘靠自身重力进入脱硫塔落液管氧化段底部的循环槽，通过吸收泵进行循环喷淋。

部分吸收浆液向上进入氧化段，通过鼓入的空气将浆液中的亚硫酸铵氧化成硫酸铵，氧化完成后稀硫酸铵浆液在氧化段顶部流入浓缩槽或由吸收循环泵打到浓缩降温段流入浓缩结晶槽。

填料吸收层采用布液槽+填料形式，吸收液经管道输送至布液槽，再经填料均匀分布与烟气逆流接触，对烟气中的SO2进行吸收。喷淋吸收采用大流量螺旋碳化硅喷嘴，2层喷淋之间的高度差为2.4 m。

1.4 水洗段

水洗段分2级，1级为布液槽+填料，2级为螺旋喷嘴，2级高度差为5.4 m。

2级水洗段采用集液器盘隔开，保持水洗液的密度梯度，除去净化烟气中微量未反应的游离气氨、夹带的硫酸铵液沫，并使烟气夹带的液滴稀释成水滴。然后烟气经雾滴除雾器及湿式电除尘器逐级去除粒径由大到小的液滴。满足排放要求的净烟气经塔顶直排烟囱排放。

1.5 除雾段

除雾器分为2层：下面1层为填料除雾器，采用聚丙烯(PP)材质填料对烟气中的大液滴进行过滤；上面1层为平板除雾器，为折流板式，对烟气中夹带的小液滴进行净化处理。2层除雾器配置4层冲洗装置，对除雾器定期冲洗，保证脱硫系统压差在指标范围内。

1.6 湿式电除尘段

脱硫塔出口烟气中粉尘质量浓度要求≤5 mg/m3，仅凭2级除雾难以保证其稳定达标。湿式电除尘器由气流分布板、阳极系统、阴极系统、喷淋系统、电仪系统组成：阳极系统由阳极管(Φ360、长度为6 m，498根)和玻璃管密封条组成；阴极系统由绝缘箱、导电吊杆、绝缘吊杆、大小梁、阴极线及重锤等组成；电仪系统由高频恒流电源及高低压控制柜组成[3]。整套系统保证脱硫塔出口烟气粉尘质量浓度≤5 mg/m3。

1.7 直排烟囱

脱硫塔塔顶直排烟囱的直径为3.8 m，高20 m，设计烟气排放体积流量为45万m3/h，内壁贴有环形挡水环，防止烟气带水。

2 技术特点

2.1 多点加氨

氨法脱硫中吸收剂为氨水，烟气排放浓度对氨逃逸量有要求；加氨过多会产生气氨，气氨与气态SO2反应产生气溶胶。在运行中要减少气氨的产生，就要防止加氨过于集中；采用多点加氨的方式，减少了氨逃逸量，防止了气溶胶的产生。

2.2 高效氧化

在采用传统氧化风机氧化的同时，通过控制吸收液密度的方式，利用烟气中的氧浓度，提高了氧化效果，氧化风机功率和台数可以相应减少，实现低能高效氧化。

2.3 脱硫系统防腐

浓缩系统运行中，一般不需要调试pH，但浓缩液会腐蚀设备，采用浓缩槽加氨调整系统pH的方式，减少了浓缩段及硫酸铵设备的腐蚀。

2.4 脱硫系统防堵

在浓缩系统和硫酸铵系统中，接触硫酸铵浆液的设备，都会被腐蚀；设计冲洗装置用来过滤设备，在浓缩段还采用了反冲洗防堵措施，使得整个系统不堆料挂料等。

2.5 吸收落液管内置

将吸收液循环回流管道放置于塔内，以改变塔外管道过多的外观情况。

2.6 硫酸铵化肥结晶

化肥结晶是一个复杂的过程。结晶中需要晶体的长大环境，在浓缩结晶槽使用了搅拌装置，改变浓缩液的流动性，有利于化肥的长大与结晶。同时，调整浓缩液密度，改善了结晶环境，使得大部分硫酸铵浆液在离心机滤网上形成滤饼而生产为固体化肥，最终实现了物料平衡。

2.7 液体分析点及工艺参数控制

液体分析工艺参数见表1。

表1 液体分析工艺参数

注：1)取液位置为脱硫塔。

3 工艺系统流程

3.1 脱硫工艺流程

脱硫工序含5个工艺过程，即烟气洗涤降温与硫酸铵浆液的浓缩结晶、烟气中SO2的脱除与吸收剂的再生、烟气中逃逸氨的去除和湿烟气雾滴的去除、烟气降温除尘与硫酸铵浆液的浓缩、事故保护装置的运行。

3.1.1 烟气洗涤降温与硫酸铵浆液的浓缩结晶

锅炉热烟气经除尘后，进入脱硫塔浓缩段，与顶部喷淋的硫酸铵浆液逆流接触，洗去烟气中的烟尘，同时烟气在此过程中因绝热蒸发而冷却。烟气的热量使硫酸铵浆液中部分水分蒸发而达到饱和，最终析出硫酸铵晶粒。夹带硫酸铵晶粒的硫酸铵浆液在脱硫塔浓缩段斜板汇集并回流至浓缩结晶槽，再由洗涤浓缩泵送浓缩段再蒸发结晶。当浓缩浆含固量达到规定工艺控制指标，由晶浆排出泵送浆液到原硫酸铵装置生产硫酸铵化肥，硫酸铵浆液返回脱硫系统浓缩结晶槽。

为防止浓缩结晶槽底硫酸铵晶粒沉淀结块，浓缩结晶槽设置切向进料及搅拌装置。

3.1.2 烟气中SO2的脱除与吸收剂的再生。

烟气经过浓缩段，温度由140 ℃左右降至约50 ℃，烟气通过浓缩段与吸收段之间的集液器盘进入吸收段。在吸收段，烟气自下而上穿过3级吸收段，在吸收液作用下，烟气中的大部分SO2被脱除。吸收液在集液器盘汇集后进入脱硫塔底部，再用吸收循环泵送至吸收段继续循环喷淋吸收SO2。随着吸收过程的进行，吸收液成分不断发生改变，使吸收能力降低，为保持吸收效率，须不断补充新的吸收再生剂——氨水，使吸收剂得到再生。

3.1.3 烟气中逃逸氨的去除和湿烟气雾滴的去除

为了减少脱硫塔排烟中的氨逃逸量，提高氨的利用率，同时为了避免脱硫湿烟气液滴对周围装置的腐蚀，保证排放指标达到烟尘质量浓度≤5 mg/m3，氨逃逸质量浓度≤3 mg/m3，塔体上部设计有氨除雾器(清洗水层)、雾滴除雾器和湿式电除尘器。2级除雾器都为填料+喷嘴(冲洗水)。

烟气经过吸收段脱除SO2后，通过集液器盘进入脱硫塔上部氨除雾器(清洗水层)、雾滴除雾器，除去烟气中夹带游离NH3和液沫(雾滴)，再经塔体最上部湿式电除尘器进一步净化烟气，净化的烟气最终由塔顶烟囱排放。各除雾器配套工艺水冲洗装置，湿式电除尘器配套湿电离线冲洗泵。

3.1.4 烟气降温除尘与硫酸铵浆液的浓缩

锅炉热烟气经收尘后，由引风机送入脱硫塔的浓缩段，在浓缩段中，高温烟气与浓缩喷淋层喷淋的硫酸铵浆液逆流接触，通过硫酸铵浆液洗涤，烟气在此过程中因绝热蒸发而冷却。经过足够的停留时间，在脱硫塔内经过洗涤、浓缩、结晶，在浓缩结晶槽内形成一定含固量的硫酸铵晶浆液，送入原硫酸铵系统生产化肥。烟气经过洗涤、降温后进入吸收塔中的吸收段。

3.1.5 事故保护装置的运行

脱硫塔进口设置事故喷淋保护装置，当锅炉系统烟气温度超过设计指标，或浓缩段喷淋装置短时间故障时，浓缩段温度升高达到设计警戒指标(70 ℃)，事故阀自动打开进行烟管喷淋降温并报警。另外，为保证设备绝对安全，当启动脱硫塔进口事故喷淋时，烟气温度超过设计指标时，人工打开浓缩段反冲洗，保证脱硫塔的整体安全。此时一定要注意浓缩结晶槽的液位，浓缩结晶槽液位使用搅拌泵打液体到脱硫塔，控制整个液体平衡。

3.2 烟气的工艺流程

含SO2的锅炉烟气经过烟道及挡板门依次经过浓缩、吸收、水洗、除雾、湿式电除尘器，最后经直排烟囱排放(见图4)。

图4 烟气流程图

此系统含烟气降温除尘与硫酸铵浆液的浓缩、SO2的吸收、吸收液的氧化、清洗水等工艺过程。

3.3 浓缩液的补充渠道

脱硫塔氧化段溢流至浓缩结晶槽的硫酸铵浆液、来自浓缩段反冲洗或斜板冲洗的吸收液，以及硫酸铵系统返回的母液，在浓缩结晶槽混合，通过洗涤浓缩泵送至浓缩段喷淋循环使用，浓缩液在循环过程中不断与高温烟气进行热交换，浓缩液不断浓缩，当浓缩液达到饱和时，硫酸铵晶体开始出现，当含固质量分数达到10%～30%时，浓缩液通过晶浆排出泵送至原硫酸铵生产工序。

图5为浓缩液循环回路图,浓缩结晶槽浆液来自氧化段溢流、吸收泵出口及硫酸铵回收工段回流的母液，浆液经过烟气热量的不断蒸发浓缩，然后输送到硫酸铵回收工段进行硫酸铵产品的回收。

图5 浓缩浆液的来源及去向

3.4 吸收液循环回路及走向

在循环吸收中，4台吸收循环泵(3开1备)将脱硫塔里的吸收液分别送至3层吸收喷淋装置，与上升的烟气逆向接触，进行吸收反应后在集液器盘段混合进入液体汇合管道，然后回到脱硫塔底部，回到脱硫塔的大部分吸收液再经吸收循环泵分别送至3层吸收喷淋装置，继续循环喷淋吸收SO2；另一部分吸收液通过氧化隔板进入氧化段进行氧化，再间接性地通过溢流管溢流至浓缩结晶槽，或者通过浓缩段吸收液的反冲洗喷淋或斜板冲洗补充溶液到浓缩段，随后溶液进入浓缩结晶槽(见图6)。

图6 吸收液流程

随着吸收过程的进行，吸收液成分不断发生改变，使吸收能力降低，为保持吸收效率，须不断补充新的脱硫再生剂——氨水，使吸收剂得到再生，新补充的氨水由氨水罐经氨水泵输送到汇合管处，由吸收循环区内pH检测控制系统调控氨流量。

采取多点加氨，即操作上pH采用粗调和细调相结合，避免局部加氨过量，pH过高而使氨逃逸及气溶胶的产生，解决烟气拖尾现象。

3.5 工艺水循环回路及走向

工艺水主要用于冲洗除雾层、补充系统需要的水、脱硫烟道降温和各泵的密封水。工艺水进入循环水箱储存，循环水箱中的工艺水经循环水泵输送至除雾器冲洗和脱硫降温；经1级循环泵输送至1级水洗除雾层冲洗，包括氧化段的补水；经2级循环水泵输送至2级水洗除雾层冲洗，各级冲洗水可返回循环水箱。

图7为工艺水自厂工艺水总管进入2级清洗水箱，再经工艺水泵输送到除雾器冲洗水管、2级水洗段、集液器反冲洗水管道，洗涤水经集液器盘再流入2级水箱进行循环洗涤；2级清洗水箱高液位水自流入1级清洗水箱，经1级清洗水泵进入1级水洗段，洗涤烟气后进入1级清洗集液器盘，自流入1级清洗水箱循环使用。机泵冷却水来自厂工艺水总管，脱硫塔补水来自1级清洗水箱[4]。

图7 工艺循环水流程

3.6 氧化液的走向

吸收液进入氧化段，在氧化段通入压缩空气(氧气)，经氧化曝气装置分布后，与氧化循环槽液体接触，氧化液中的亚硫酸铵被氧化为硫酸铵，合格的硫酸铵浆液送到浓缩结晶槽。

图8为氧化液流程。吸收液经过吸收泵后分成两部分，一部分经下降管进入氧化段，另一部分吸收液自吸收循环泵出口进入斜板，与浓缩段来的浓缩液及斜板冲洗液汇合经斜板自流入浓缩结晶槽。氧化槽高液位溢流至浓缩结晶槽。

图8 氧化液流程

3.7 氨水的走向

氨水是氨-硫酸铵湿法烟气脱硫中的吸收再生剂。

氨水自氨水管网进入氨水槽，经氨水泵进入到1、2级吸收泵入口进入到吸收段，在浓缩结晶槽也设有加氨点，氨水槽释放气经槽顶放空阀进入到脱硫塔吸收段(见图9)。

图9 氨水流程

4 运行中存在的问题

4.1 吸收段集液器溢流

在安装完成调试的过程中，发现浓缩结晶槽液位在吸收循环泵开启后上涨，打开人孔发现是吸收段集液器溢流，水从升气帽口溢流到浓缩段，说明2根Φ800的下降管保证不了吸收段和氧化段之间的循环量，使得吸收液聚集在集液器上，漫过升气帽溢流到浓缩段。如果在系统运行时，会产生液封，使烟气升不上去，系统也就运行不了。

升气帽主要是使烟气上升进入到吸收段，防止吸收液进入到浓缩段见图10。因为下降管设计偏小，造成吸收积液盘液位高过升气帽底部挡板，吸收液从挡板溢流到浓缩段。

图10 升气帽

为此，经过计算，决定在吸收段和氧化段之间新增1根Φ500的下降管。此管只能走塔外，在塔壁上另外开孔，保证氧化吸收正常运行。此管加上后，再次调试，浓缩结晶槽液位不再上涨，说明2根Φ800下降管确实设计有问题，无法保证3台吸收泵的液流量。

4.2 布液槽问题

布液槽的作用是使水洗液分布均匀，保证水洗效果。但由于每根管道液体分布不均匀，造成水洗槽里的液体分布不均，长时间运行后布液槽上的小孔(Φ8)容易堵塞。

在用水调试过程中，布液槽里面的水分布不均显现出来。有些槽里面的水是满的，有些槽里面根本就没有水，经过多次调整都没有效果。

讨论结果是把布液槽全部连通起来，希望能把水经过布液槽进行再次分配，改造后布液槽水流分布情况有所改善。

联通后的水洗槽能够大致保证每个槽子里面液体分配大致平衡，达到水流均匀的效果。

布液槽投资虽然较少，使用期限长，但性能不稳定，效果不太好。

4.3 除雾器问题

除雾器在氨法脱硫上主要有平板式、折流板式、丝网、屋脊式等，其中最有效果的是折流板和屋脊式除雾器。但是本次脱硫塔除雾器采用的是填料除雾器，即2层填料+冲洗水作为除雾器的整体。从实际运行上来看，效果并不好，很多液滴填料捕集不下来。如果不是塔顶有湿式电除尘器，粉尘质量浓度要很难达到≤5 mg/m3的要求。

因此，在氨法烟气脱硫中，还是应该采用折流板或者屋脊式除雾器，屋脊式除雾器效果很好，再加上湿式电除尘器，粉尘排放质量浓度可以满足≤5 mg/m3的要求。

5 结语

220 t/h锅炉烟气脱硫系统在设计理念和运行操作上有独到的技术和经验，特别是氧化系统设计，阻力小，效果好；水洗布液槽经过改进后运行效果也很好；除雾器虽然没有屋脊式除雾器优良，但是使用起来也能达到要求；多点加氨保证了脱硫系统在低pH下运行，氨耗少，消耗低。缺点是下降管设计上有很多值得商榷之处。

总之，220 t/h锅炉烟气治理项目氨法脱硫虽然设计有所缺陷，但是经过改进后，近1年多来运行比较稳定，能够达到设计要求。排放数据为粉尘质量浓度为0.2 mg/m3，NOx质量浓度为13.69 mg/m3，SO2质量浓度为1.02 mg/m3。在进口SO2质量浓度为2 363 mg/m3的情况下，每天能产硫酸铵超过20 t。