锅炉烟气氨法脱硫装置技改与优化

李启元

陕西神木化学工业有限公司  陕西省榆林市  719319

【摘要】氨法湿法脱硫技术的发展期，技术还不够成熟，运行初期出现了氨回收率低，烟气拖尾严重，系统运行稳定性差等诸多问题。通过在工艺设备操作过程中的不断摸索，进行了技改及工艺调整优化，取得了很好的效果，是公司的环保实施运行水平得到很大提升。

【关键词】氨法脱硫；技改优化

某化工公司设计为60万吨/年煤制甲醇项目，动力装置2×220t/h煤粉锅炉于2008年投产，投产之前未配套建设烟气脱硫脱硝装置。后期由于国家环保政策的要求，公司增设了锅炉烟气脱硫脱硝装置，脱硫装置建设脱硫岛一座，一套硫酸铵生产装置，于2014年下半年投运。脱硫装置采用氨法湿法脱硫工艺，其主要技术特点有：空塔喷淋、塔内氧化、塔外单效蒸发结晶。

脱硫塔设计原烟气SO2浓度为800mg/m3，脱硫后净烟气SO2浓度不高于50mg/Nm3，脱硫效率不低于95%。单塔设计烟气负荷为50.73万Nm3/h，硫酸铵生产系统按年产硫酸铵9630吨设计。脱硫塔采用水泥塔身内衬PP板结构，脱硫塔高度约35米，上部设有玻璃钢直排烟囱，总高90米，SO2吸收与浆液氧化段合为一体，未采用分段布置设计。

一、烟气脱硫机理与流程

1.氨法-湿式烟气脱硫反应机理

(NH4)2SO3是烟气中SO2最重要的的吸收物质。氨水由氨水泵直接送入脱硫塔与浆液中的NH4HSO3中和生成亚硫酸铵，保障了脱硫循环吸收液的活性。但亚硫酸铵是不稳定的化学物质，易分解产生SO2造成二次污染，因此，在保障浆液中适当的(NH4)2SO3浓度来稳定吸收液的活性的同时，必须及时将多余的亚硫酸铵氧化成性质稳定的硫酸铵。

2.流程

氨水系统

氨水循环泵将氨水储槽中的脱盐水与配氨器、氨水冷却器之间建立水循环，然后将液氨送入配氨器中与脱盐水均匀混合，配制完成后的成品--氨水储存氨水储槽内，设计氨水浓度20%，实际运行氨水浓度6～8%。

烟气净化系统

原烟气首先进入具有降温和洗涤的功能脱硫塔预洗区，烟气得到降温处理的同时，其中携带的部分烟尘也被水膜捕捉下来，得到初步净化。

预洗降温之后的烟气由脱硫塔侧面偏下部（7.5m）进入塔区吸收区，烟气自下而上与喷淋而下循环吸收液逆流接触，烟气中的二氧化硫被吸收脱除。吸收了SO2后的循环浆液则落入脱硫塔底部--氧化槽，槽内设有氧化风（空气）分布器，在分布器的作用下空气以细小的气泡进入浆液，两相间发生质的传递，亚硫酸铵被氧化成硫酸铵，氧化效率能达到98%以上。

脱除了绝大部分二氧化硫的烟气由升气帽导入脱硫塔水洗区，在水洗区内烟气中裹挟的氨及吸收液被大量逆流的清水洗涤后，得到净烟气，再经设置在塔顶部的二级除雾器层，使其湿度达到一定标准，再后经脱硫塔顶部玻璃钢直排烟囱排入大气。

硫酸铵生产过程描述

脱硫塔内循环浆液中的硫酸铵达到一定浓度要求后，由浆液采出泵输送至硫酸铵生产系统，经过经蒸发结晶干燥后将硫酸铵包装销售。

二、技改与优化

氨法脱硫相对其它脱硫方式有诸多优势，如吸收剂有更好的活性；系统不产生废水、废灰及CO2等污染物；副产品可以做为肥料，无二次污染，具有很好的经济价值；系统简单、设备体积小、一次性投资小等。但劣势也同样突出，主要表现为脱硫剂成本高,氨逃逸控制难度高，设计及控制不当易形成烟气拖尾，酸性环境导致设备腐蚀等，限制了其推广应用。

该公司烟气脱硫装置设计建设时正处于氨法湿法脱硫技术的发展期，技术还不够成熟，运行初期出现了氨回收率低，烟气拖尾严重，系统运行稳定性差等诸多问题。通过在工艺设备操作过程中的不断摸索，进行了技改及工艺调整优化，在拖尾治理和提高氨回收率方面均取得了一定的经验。

1.硫酸铵生产系统改进，提高硫铵产出率

该公司脱硫塔吸收、氧化、浓缩为一体，未采用彻底分段设计，吸收循环液原设计密度为1230kg/m3,实际运行密度在1200kg/m3以上,由于吸収段末端未设置除雾装置，且脱硫塔内设计流速偏高（7.9m/s），烟气携带浆液严重，导致水洗段水质污染，基本失去了水洗净化作用。一般而言，保证水洗系统水的质量，往往可采用置换和减少污染源的方法，但受系统水平衡的影响，采用置换的方式以提高水洗系统水质显然不现实，因此，如何减少污染源才是切实可行办法。该公司采取的办法是加强硫酸铵的及时采出，保持较低的吸收循环液密度，从而减少对水洗层的污染，提高水洗效果。

该公司硫酸铵生产采用塔外蒸发结晶，以蒸汽为热媒，通过冷凝（主要）及抽吸保持系统真空度（约80KPa），使浆液始终处于饱和状态，促使其发生相变，最终产生硫酸铵结晶。然而，在实际生产运行中，经常出现因凝液排放不畅，换热（冷却）表面积减少，导致系统真空度难以维持，被迫减少热源的输入，降低系统蒸发负荷，导致硫酸铵采出率低。

技改措施：冷凝式真空维持系统中，增设汽水分离装置，气相与真空缓罐相连通，并设置调节装置，通过自身系统（真空泵）的抽吸作用促使换热器冷凝液的排出，进而保证系统的真空度。改造的实施完成后，蒸发系统蒸汽消耗量从之前的5t/h增加到9t/h，大大的提高了系统蒸发负荷，硫酸铵的产出率也明显提升，硫酸铵日产量由约11吨增加至约17吨，脱硫塔吸收循环液运行密度由之前的1200kg/m3以上,降至约1140kg/m3，减缓了水洗水污染，烟气净化效果明显提升。

脱硫浆液密度与硫酸铵产量统计表

项目 时间	2019年	2020年	2021年
脱硫塔年平均 浆液密度（kg/m3）	1224	1161	1146
硫酸铵产量（t）	3306	4950	5734

2.加氨方式改进

脱硫装置投入运行后，氨逃逸和气溶胶现象较为严重，形成烟气拖尾，感观差，同时造成了二次污染。

氨逃逸的产生主要原因是吸收剂--氨具有易挥发的特性。由于原氨水加注方式存在缺陷，加上浆液氧化区域统一，未能区别对待，循环泵取液位置相同，没有针对吸收段各喷淋层浆液的不同功能形成PH、氧化率指标梯度，导致吸收段不同高度喷淋层循环浆液具备相同的性质，喷淋层之间功能未得到区分细化，氨与硫酸氢铵的反应不完全，同时不能很好遏制亚硫酸铵分解，不符合氨法脱硫吸收及氨逃逸遏制原理，导致氨系统消耗升高，逃逸量增大。在系统内，逃逸出来的氨便会与尾气中的残余SO2发生反应，生成亚盐，与水汽结合形成胶状物质，是导致烟气拖尾的主要原因之一。

根据原烟气SO2浓度不高（煤硫含量0.4%）的特点，结合脱硫装置的实际情况，为了便于氨水的精确调整及与脱硫浆液的良好混合，将氨水浓度由原设计20%调整至至6～8%。并改变了氨水加注位置和方式，氧化槽实行分区管理，内部设置专门的氨水加注装置，有效区分吸収段不同喷淋层间浆液的性质，迫使其形成一定的PH指标梯度，较低层循环喷淋浆液具有相对较高的PH值，成为SO2的吸收主体，较高层循环喷淋浆液PH值相对较低，在补充吸收SO2的同时，也对较低吸收喷淋层逃逸的氨起到了捕捉作用，主动遏制了吸收段的氨逃逸，有效的减轻了水洗段水质的污染，烟气洗涤净化作用增强，氨逃逸被动脱除（洗涤）效果得到提高。

3.除雾器提效改造

该公司脱硫塔吸收段上方未设置除雾装置，水洗段末端设有两层波纹平板式除雾器，除雾器的选型落后，除雾效率低，尤其对微米级细小颗粒几乎无能为力。

脱硫塔本质结构存在缺陷，限制了其升级改造。为了提高除雾器的性能，在经过烟气输送能力和脱硫阻力计算之后，确定了改造方案，分别在原有两层除雾器表面增加覆盖了(3×3mm)不锈钢丝网，由于丝网本身具备一定的除雾作用，同时对烟气流场也起到均布优化作用，很大程度上消除烟气偏流的现象，除雾器内部烟气流速分布更趋均匀合理，除雾效果被强化。

通过对除雾器改造的实施，除雾段脱液效果得到明显提升，特别是对烟气中的较小颗粒物的拦阻作用改善明显，极大地加强了除雾器除雾效果，脱硫塔烟气拖尾及硫铵雨现象有了明显改观。

4.统筹分级管理，优化综合利用系统用水

系统水平衡是维持氨法湿法脱硫装置正常运行的基础，对系统用水统筹分级管理与优化利用，是既能保障系统各段水质，同时又不会导致系统水平衡破坏的关键。

原有脱硫系统水的综合利用设计不科学，蒸发系统冷凝液、机泵冷却水以及冬季伴热冷凝水等大量洁净水质由地沟收集直接补充至脱硫塔吸收段。针对脱硫对水质有不同要求的工艺阶段，未能实现系统用水统筹分级管理，如此一来导致了水洗槽水质保障（置换）与脱硫系统水平衡之间的矛盾，严重制约烟气水洗净化段的功能发挥。

经过详细规划，组织对原蒸发加热系统冷凝液排放方式及装置机泵冷却方式进行了改造，由直接排入脱硫塔方式，改为统一回收后优化分配，根据脱硫不同阶段水质需求，实现分级利用，增加了水洗槽置换量。改造实施后水洗段密度由改造前的大于1100Kg/m3，下降至小于1050Kg/m3，烟气水洗净化段的水质明显提升，合理的解决了脱硫水平衡与水质要求的矛盾，烟气净化效果得到增强，烟气拖尾现象得到明显改善。

三、总结

该公司氨法脱硫为较早氨法脱硫工艺技术，从脱硫塔的结构型式到关键指标运行设定，系统功能的细分及操作运行等方面均存在较大的局限性，但是经过在实际操作过程中的不断优化完善，以及技措技改的实施，有效的解决了硫酸铵产量低、烟气拖尾等困扰多时的问题，既满足了环保指标的管控要求，也保证了烟气脱硫系统的稳定运行。

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