梯级净化及声波除尘在氨法烟气脱硫中的应用

赵建

阳煤平原化工有限公司 山东德州 253100

摘要：在氨法烟气脱硫装置上采用梯级净化分离系统，利用吸收液分级、循环吸收烟气中的SO2，解决氨逃逸问题；配合声波团聚除尘装置，高效去除脱硫后烟气中微米、亚微米级超细颗粒，解决烟气夹带雾滴引气溶胶问题。

关键词：氨法脱硫、梯级净化、声波除尘

氨法脱硫气液反应接触面积大，脱硫效率高。脱硫反应副产物应用市场大、对有合成氨和焦化制气的企业可实现以废治废，附加值高，同时反应没有CO2产生，符合双碳目标要求，实现绿色低碳发展。但是氨法烟气脱硫运行容易产生氨逃逸、气溶胶问题，一直是行业内不断改进的方向，经过近些年国家环保政策的导向和行业人的不懈努力，氨法脱硫工艺不断改进提升，实现了超低排放。本文主要阐述梯级净化分离及声波团聚除尘技术在氨法脱硫中治理氨逃逸和气溶胶问题的应用。

1、工艺原理及流程

氨法脱硫反应是一个的气液两相过程,含SO2的烟气与脱硫吸收液接触发生如下反应：

NH3+H2O+SO2 —NH4HSO3

2NH3 +H2O+SO2 —(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+H2O+SO2 —2NH4HSO3

NH3+NH4HSO3 —（NH4)2SO3

由反应式可以看出，对SO2起吸收作用的是(NH4)2SO3。吸收液中(NH4)2SO3与烟气中的SO2反应后生成NH4HSO3，通过加入新鲜NH3水混合后，将没有吸收能力NH4HSO3转化为对有良好吸收能力的(NH4)2SO3，对SO2循环吸收。

脱硫吸收塔自上而下由除尘段、除雾段、净化段、吸收段、浓缩段、氧化段组成。

烟气流程：温度在100-150℃锅炉烟气经引风机进入脱硫塔的中部洗涤浓缩段。烟气经洗涤后温度降为50℃～60℃，再进入脱硫塔吸收段。在吸收段，烟气与含氨水吸收液充分接触反应，脱除掉绝大部分SO2，最后经水洗段吸收、除雾段除雾、除尘段除尘后成为净化尾气排放。

液体流程：脱硫吸收剂浓度为8-10%的氨水经氨水泵送入吸收塔，吸收烟气中的SO2形成亚硫酸铵。亚硫酸铵在吸收塔底部氧化段被氧化风机鼓入的空气氧化成硫酸铵。部分硫酸铵溶液泵入洗涤浓缩段，将烟气冷却的同时自身水分得到蒸发，形成固含量约10％的硫酸铵浆液。硫酸铵浆液由结晶泵送入稠厚器继续沉降分离；稠厚器溢流清液进入结晶槽，底流（固含量40％～60％）进入分离离心机；离心机过滤清液进入料液槽，硫铵为含湿量3％～5％的硫酸铵湿粉，料液槽内清液由料液泵输送至结晶槽内，结晶槽的清液溢流到二级循环槽回吸收系统循环使用。补水经工艺水泵进入吸收塔用于补充吸收、浓缩过程中消耗部分，维持系统水平衡。

工艺流程简图

2. 主要技术特点

平原化工有两套氨法脱硫装置，烟气处理能力均为工况 800000m3/h。第一套脱硫装置采用双塔结构，浓缩段外置，末端采用湿式电除尘器。第二套脱硫装置优化设计后采用一塔结构，各段通过受液盘分开，充分利用液体重力自流，没有了外置塔浆液排出泵带来的能耗，同时没有了双塔结构带来的烟气运行阻力。脱硫塔吸收段采用两级吸收液循环吸收，更加有效控制反应条件，减少氨逃逸。末端采用声波除尘，比采用湿式电除尘器投资少，运行成本低。

1. 梯级净化分离

为更加精准的控制SO2吸收反应条件，吸收段采用两级不同的吸收液对吸收反应分别控制，对锅炉烟气形成梯级吸收。一级吸收布置两层喷淋，吸收液在受液盘收集后，依靠重力通过下降管流至氧化段内布置的氨水混合室。氨水与吸收液在混合室充分混合稀释，进入吸收循环泵入口，进行循环吸收。氨水混合室通过平衡孔与氧化段联通，用来平衡吸收液氨浓度，调节PH。二级吸收布置一层喷淋，位于一级吸收之上，吸收液在受液盘收集后，依靠重力通过下降管流至氧化段。底层充分氧化的吸收液通过循环泵进行循环吸收，一二级吸收循环泵进口管道之间通过串联阀联通，用来调节两级吸收液的PH。一级吸收液PH值控制在7-8之间，在碱性环境下，吸收液NH3将溶液中NH4HSO3全部转化为对SO2有良好吸收能力的(NH4)2SO3，为SO2充分反应完全创造了有利条件，提高了吸收效率。二级吸收液PH值控制在4.5，在酸性环境下，更加有利于一级吸收液中逃逸的氨和未反应的SO2捕捉下来。同时二级吸收液的独立循环，提高了(NH4)2SO3的氧化率，溶液中的(NH4)2SO3全部氧化为(NH4)2SO4，避免未氧化的(NH4)2SO3吸收液进入浓缩段再次受热分解产生NH3和SO2，造成恶性循环。水洗段采用两级循环水对烟气进行梯级洗涤，有利于提高洗涤液净化能力，更好的捕捉烟气中的烟尘。

2. 声波团聚除尘

脱硫塔末端布置除尘装置可以更加有效的控制脱硫运行负荷变化而造成的烟尘波动。湿式电除尘和声波团聚除尘装置可以有效将烟气中气溶胶、细颗粒物捕捉，保证烟气超低排放。两者在投资及运行成本上，声波团聚除尘更具有优势。

声波团聚除尘技术由声波团聚装置、可多级分离处理的流场转化分离装置、喷雾装置、以及相应的控制系统构成。

该系统先引入种子颗粒并利用声波与雾化种子颗粒的联合作用强化低浓度､超细颗粒物声波预团聚效果，再利用多频率组合声波将已实现预团聚的细颗粒物进一步团聚成较大颗粒物，最后利用流场多相物质分离作用实现颗粒物脱除。

除尘装置系统原理图

脱硫塔声波团聚除尘装置位于脱硫塔顶部，由上而下分别为二级管束式分离除雾器，8套高频声波装置，一级管束式分离除雾器， 8套高频声波装置和2套低频声波装置。

脱硫吸收塔声波团聚布置图

3、氨法脱硫运行中主要控制条件

为保证脱硫稳定运行，脱硫运行严格控制以下指标：1、吸收段一级洗涤液PH值控制在7-8之间，二级洗涤液PH值控制在4-5之间；2、浓缩段洗涤液PH值控制在2.5-3之间；3、硫酸氨出料密度控制在1.26-1.27之间；4、氧化率控制在99.7%以上；5、脱硫塔顶部一段、二段水洗洗涤液PH控制3-4之间，洗涤液硫酸铵浓度控制在10ppm以内。6、脱硫塔入口尘含量<20mg>。

4、梯级净化及声波除尘运行情况

脱硫塔自建成投入以来，目前已经实现连续三年稳定运行，烟气排放SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，烟尘≤5mg/m3，实现了超低排放。梯级净化分离的应用使脱硫塔运行吸收段与水洗段PH值得到精准控制，二级吸收段，两级水洗段PH值均为酸性，一级吸收段过量的氨被层层捕捉，氨逃逸≤2ppm，有效解决了氨逃逸问题。声波团聚除尘的应用，有效的解决了气溶胶烟尘问题，与传统的湿式电除尘相比：1、安全性高。脱硫塔内只布置声波发生器及管束除雾器，质量轻，对脱硫塔结构要求低。2、投资少。声波除尘系统与传统的湿式电除尘采购成本可降低约40%。3、维修成本低。声波发生器为316L材质，管束分离除雾器为PP材质，耐腐蚀性高。4、运行费用低。相比较湿电设备，运行成本低，平均每天减少电耗约10000kW/h，年节约170万元以上。

5、结语

通过梯级净化与声波团聚除尘在氨法脱硫中的实际应用，有效的解决了运行中的氨逃逸和气溶胶问题。装置满足环保排放的同时，节约了运营成本，具有良好的环境效益和经济效益。

参考文献：

曲晓龙 , 孙彦民 , 苏少龙 , 等 . 国内脱硫技术进展与应用现状 [J]. 工业催化 , 2020,v.28;No.260(05):27-31.

徐长香 , 傅国光 . 氨法烟气脱硫技术综述 [J]. 电力科技与环保 , 2005, 21(5):547-547.