氨法脱硫技术在超低排放项目中的应用

冯立波，刘文榉，罗钟高(.浙江天地环保科技股份有限公司，浙江 杭州 3； .中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，浙江 杭州 300)

0 引言

目前，随着能源消耗的日益增多，环境污染问题也趋之严重。SO2成为造成大气污染的主要原因之一，SO2不仅是酸雨形成的主要原因，也是引起雾霾天气的主要原因之一。随着国家对大气污染防治进程的加快，环保政策也更加严格，脱硫技术需要的不断革新。

氨法脱硫技术是一种应用较为广泛的SO2脱除技术，该技术采用氨作为吸收剂，SO2等酸性气体进入脱硫吸收塔内，与喷淋层向下喷淋出的氨-硫铵浆液发生物理化学反应，生成亚硫酸铵，亚硫酸铵被空气氧化生成硫酸铵，以达到脱除烟气中SO2的目的。随着国家对火电厂超低排放的要求的推进，对石灰石-石膏法脱硫采用超低排放技术已经日益成熟，而对采用氨法脱硫系统的超低排放研究较少，本文以某超低排放项目为例，对氨法脱硫系统的超低排放作一定的应用分析。

1 氨法脱硫系统特点

氨法脱硫系统特点：锅炉烟气进入脱硫吸收塔后，经浆液循环喷淋、集液盘、除雾器和清水喷淋后由净烟道进入烟囱排放。硫酸铵浆液经旋流器、离心机、干燥机干燥等设备进行浓缩、分离和干燥等工序后，产出符合国家标准的硫酸铵产品。氨法脱硫系统工艺具有投资低、能耗低、无污染等特点。烟气在氨法脱硫装置中主要有如下反应：

从以上化学反应中可知，在吸收过程中需要不断地补充氨水，以使部分NH4HSO3转变为(NH4)2SO3，在吸收塔底部设置氧化空气管网，使(NH4)2SO3氧化成(NH4)2SO4。

2 氨法脱硫存在主要问题及解决措施

目前氨法脱硫技术在工程应用上已经比较成熟，但是在实际运行过程中仍然存在一定的问题，如：氨逃逸、气溶胶和硫酸铵结晶颗粒较小等，这类运行问题的存在一定程度上对氨法脱硫技术的推广和应用产生了影响。

氨逃逸是氨法脱硫的普遍存在的问题，氨的逃逸不仅造成氨的浪费，而且氨和烟气中的二氧化硫发生反应生成气溶胶。形成气溶胶主要有以下两种途径：

(1)逃逸的NH3和SO2发生反应，生成(NH4)2SO3微粒进而形成气溶胶。受烟气中的二氧化硫/氨的比值、空塔流速、烟温及烟气中的H2O和O2含量的影响，烟气中的SO2和O2越多，空塔气速越大，气溶胶越严重。

(2)NH3吸收烟气中的SO2后脱硫液滴被烟气夹带，在空气中析出NH4HSO3固体结晶形成气溶胶[1]。为了减少氨逃逸等，脱硫吸收塔内吸收段的气速一般在3.5 m/s以下，并且设置多层除雾器和喷淋管道，控制氨水的浓度及用量、设置循环槽、控制脱硫液的pH值在 4～8等措施，以减小气体带液形成的氨逃逸，减少气溶胶的形成。在工业应用中，结晶析出硫酸铵的方法通常采取蒸发结晶，但由于受限于蒸发结晶条件，硫酸铵晶体一般出现如晶粒过小，晶体出现多种颜色等现象。影响硫酸铵结晶的主要因素是氨水中杂质、脱硫塔浓缩段溶液pH值、蒸发温度等，在氨法脱硫系统设计过程中，应控制好氨水的质量，防止氨水掺杂大量的杂质，控制好硫铵的pH值，合理控制三效蒸发器温度[2]。

3 氨法脱硫系统工艺应用

以某超低排放项目氨法脱硫系统为例，结合氨法脱硫存在的主要问题，从系统的氧化风管管网、浓缩段高度、喷淋层布置、吸收塔集液盘等方面开展项目应用。

3.1 氧化风管网

在氨法脱硫中，氧化空气进入吸收塔浆液池的形式广泛应用的为氧化风管网。在距离吸收塔底部约0.6 m处设置氧化风管网，由氧化风进入氧化风母管，再进行各个分支管的布置，各个风管均设置若干均匀布置的小孔，在氧化风管小孔的布置方面，孔间距宜均匀分布，因吸收塔底部存有硫酸铵浆液和极少量的硫酸铵结晶体，氧化空气分布管可以起到搅拌的作用。因溶液的不规则运动，导致氧化空气的不均匀性，为能够使浆液与氧化空气更好的充分接触，有效的氧化，氧化风管网上布置均匀的小孔显得尤为重要[3]。管网的布置为亚硫酸铵氧化生成硫酸铵奠定了良好的基础。

3.2 浓缩段高度

为确保硫酸铵结晶颗粒的成型，合适的脱硫吸收塔浓缩段的高度需要进行一定的研究，合适的高度可延长硫酸铵浓缩过程中所需要的时间，让其有充足的时间进行结晶，以提高硫酸铵的产品质量。通过对吸收塔塔体浓缩段合理的高度进行布置，保证了烟气和硫酸铵浆液有足够的热交换时间，延长了烟气在浓缩段区域的停留时间，进而延长结晶时间，从而使硫酸铵结晶颗粒不断地增大。

3.3 喷淋层布置

脱硫吸收塔内部的喷淋层由喷淋管和喷嘴组成，喷淋管厚度根据设计需要对不同管径的喷淋管采用不同的壁厚，避免了喷淋层弯曲变形的产生。喷淋管能使浆液在吸收塔内分布均匀，合理的喷淋覆盖率，可使脱硫塔内的每一个角落都会有喷淋液均匀喷洒，以达到喷淋吸收的效果，从而实现充分吸收二氧化硫的目的[3]。本项目中，喷淋层周边和中心处覆盖率不低于300%，喷嘴型式采用空心喷嘴和实心喷嘴相结合的布置，喷淋层布置的高覆盖率确保了二氧化硫尽可能多的被吸收，喷淋层设置多层，通过对喷嘴型式及喷嘴的合理布置，保证了喷淋浆液和上升烟气的均匀逆流接触并进行充分反应。

3.4 吸收塔集液盘

为实现脱硫或洗涤后的浆液与烟气较为充分地分离，并对脱硫液或洗涤液进行收集与排出，在脱硫塔的脱硫段、洗涤段的下部设置气液分离装置；气液分离装置包括集液盘等。本项目对集液盘的外形结构及材质的选型进行了研究，通过对集液盘强度的分析，合理布置以得到满足设计需要的集液盘开孔率、优化集液盘的结构及确定集液盘采用合金材质等，使得优化后的集液盘安全可靠运行并更好地实现了气液有效分离，防止出现运行中的液相泄漏。

3.5 吸收塔出口导流板

屋脊式除雾器布置在吸收塔塔体上部，烟气在通过屋脊式除雾器时，其流道内能够产生有效的冲击，通过除雾器叶片的作用，液滴被捕集后降至脱硫吸收塔内，进而被高效的除去。为使烟气雾滴均匀有效地被捕集，改善吸收塔出口与除雾器之间的烟气流场，通过对吸收塔该区域进行流场模拟，确定了导流板的合理定位。

3.6 吸收塔的分级吸收及协同控制

根据氨法脱硫的特点，为了在保证脱硫效率的前提下，从源头上减少氨逃逸和气溶胶的生成，将吸收段进行分级设计，该设计实现了SO2和NH3的分区吸收。同时，合理设计加氨槽延长氨水的停留时间，运行时吸收液pH值更稳定，出口SO2指标更平稳。在湿法喷淋除尘的基础上，采用了高效除雾器、多级冲洗水层和湿式静电除尘器协同除尘控制技术。在吸收段和水洗段之间，设置两级高效除雾器，减少从吸收段进入水洗段的液滴负荷；在水洗段之后，设置高效除雾器，减少了从吸收塔进入湿式静电除尘器的液滴负荷。在吸收塔下游设置湿式静电除尘器，使细微粉尘及气溶胶颗粒荷电运动吸附在阳极板上，再用冲洗水冲洗极板，实现粉尘及气溶胶的尾部收集工作。通过采用高效除雾器、多级水洗层和湿式静电除尘器协同总尘控制技术，实现了氨法脱硫出口总尘小于5 mg/m3的超低排放指标。

本超低排放项目中，根据不同烟气量、不同进SO2浓度下，脱硫效率在99.8%以上，出口粉尘在1.2～3.0 mg/m3，硫酸铵晶体颗粒较大，晶体粒径均匀，含水率＜1%。采用氨法脱硫脱除SO2及系统协同除尘，污染物的排放等问题得到了有效地解决，达到了超低排放的总要求。

4 结语

随着环境污染问题的日益突出，国家对燃煤机组二氧化硫等排放指标提出了更高要求。燃煤电厂超低排放技术的广泛运用将进一步提高我国以煤炭为主的能源结构 的清洁化水平，而且也为燃煤电厂的生存与发展提供了一种新思路。氨法脱硫技术因其脱硫效率高、副产品可被利用、无二次污染、初期投资低等优点，满足了对环保及循环经济的要求，该技术越来越受到重视。本文主要对采用氨法脱硫的超低排放项目进行了应用分析，并取得了一定的成果，具有较大的环境效益和社会效益。