MGGH技术在氨法脱硫湿烟气治理中的应用

赵世刚,王庆国,李绘

香山红叶集团有限公司

摘要：近年来，随着国内锅炉烟气脱硫的逐步深入，加上“双碳”战略目标的全面实行，烟气脱硫行业新建项目总趋势逐年减少，改造、升级项目相对占比有所增加，而此类项目有任务重、工期紧、工序交叉多、作业面小、施工难度大等特点。在此背景下要求项目设计施工人员必须借助多种技术来提高效率，保证项目的高质量、严要求、高效率完工。本文对MGGH技术在氨法脱硫湿烟气治理中的应用进行分析，以供参考。

关键词：氨法脱硫；烟气换热；应用

引言

氨硫化技术基于NH3和SO2反应,其中SO2在烟气中被吸收并氧化为铁硫酸盐,然后通过蒸发浓缩晶体获得铁硫酸盐产物。由于氨比石灰石碱,所以SO2的去除效率更好,在较少的气液条件下可以达到较高的SO2去除率。硫酸铁是脱硫的副产品,是肥料的重要原料,可用于生产低流量肥料。氨脱硫技术是一种环保的资源化工艺,广泛应用于化肥行业,为燃煤锅炉的排污系统提供支持。

1技术特点

一是脱硫效率高，燃煤流分波动适应性可观。吸收剂选择氨，其碱性强且纯度高，在烟气中氧化硫吸收时呈现出气-液两相反应，故而氨法具备反应完全、速率快且能高效利用吸收剂等优势，二氧化硫吸收能力相比其他工艺而言更优异。根据工程实例得知，氨法脱硫在中高硫煤中的脱硫效率同样能达到97%～99%。氨在水中能够完全溶解，在液气比维持不变的条件下，符合硫分波动时脱硫要求，吸收剂具备极强的吸收能力。二是与循环经济要求相符合。煤化工工程中，废氨水副产较为普及，在氨法脱硫中适用，且在二氧化硫及废氨污染治理中能够发挥一定作用，系统不再产生废水废渣，转而生成副产硫酸铵化肥，高度契合“循环经济”要求。三是能耗低，可与脱硝工艺共用系统。氨法脱系统阻力低，硫液/气比小，其相比石灰石-石膏法而言装置电耗能节省40%。1t氨可脱除的二氧化硫高达2t，且有3.8t的硫酸铵生成。随着煤含硫量的提升，副产品硫酸铵的生成量也会增加，且在单位氧化硫脱除中的运行费用更低。该技术能与SNCR、SCR等脱硝工艺共用一套液氨供应系统，减少投资与占地。四是消纳合成气硫回收的脱硫尾气。煤化工项目中必然配置了硫回收装置，在深度治理回收硫后的硫化氢尾气及达标排放中，通常都是引进国外技术，涉及较高的投资。引入氨法脱硫至锅炉烟气中处理不达标的硫回收排放尾气，转移硫铵溶液至动力区氨法脱硫装置并处理，可减少运行费用，节省投资。

2氨法脱硫主要设备

锅炉烟气氨法脱硫超低排放项目中，主要由引风机、氧化风机、浆液循环泵、氨水系统、工艺水系统、烟道（包括挡板门、膨胀节等）、脱硫吸收塔本体（包括爬梯、平台、预埋件）、内件（喷淋层塔盘、除雾器及冲洗系统）、氧化槽、非标槽罐、后处理设备（料液槽、干燥机、包装机、分离器等）、换热器、电梯及电气（变压器、配电柜、照明系统）、自控系统、暖通、消防、给排水等组成。

3技术原理

废气传热系统MGGH(三菱燃气加热器)包括两个热交换器:一个冷却器位于回收塔前的原始废气侧,另一个加热器清洁回收塔后面的废气侧。该系统利用加热介质吸收排水风暴前的高温空间的热量,用于排水风暴后纯烟气的加热,提高纯烟气的温度,保证清洁烟雾不再在烟道和管道中生长,减少烟道和管道的腐蚀。纯烟气的温度在露点以上升高,与周围空气的混合物不易喷洒,达到有效控制白烟的目的。

4模型搭建

4.1建模原则

模型搭建前，项目组根据项目的实际情况，制定针对性较强的建模规定性文件，包括项目需求与建模目的、模型建立准则和模型搭建进度。在项目执行的不同阶段建立不同深度的模型，考虑模型效果和花费成本，兼顾经济、适用的原则下，选择适当的方式建模，这样既能提高建模的速度和质量，也能使模型不至于过大影响电脑运行速度。复杂且关键的设备或构件需要精确度较高的模型，这一模型须具备部件的可拆装性。为能计算各种材料的使用数量，须先于BIM模型组件中加入其包含的单项名称，并补充未建立的实体组件的尺寸及参数。例如，柱、板、梁、管道、阀门、型钢等。建模的同时严格遵循三维校审原则，模型建立后进行各专业内部的碰撞检查。

4.2公用工程专业

电气、仪表专业依据相关专业模型链接可在配管软件或Revit软件中布置设备、桥架、测点等，无须在模型中体现线缆等以免影响模型臃肿。给排水、消防、暖通等专业也可直接在Revit软件中布置管道和设备等。Revit软件中包含了公用工程专业的常见族库，借助插件大量免费族库可供使用，软件中建立相关族也相对简单。

5问题原因及应对措施

5.1氨逃逸严重

NH3在常温、常压下是气体，具有易挥发性，可随脱硫尾气溢出，造成损失。严重时可生成气溶胶，烟囱尾气形成白烟，拖尾严重，脱硫现场氨味浓厚。硫回收装置氨法脱硫工艺尾气排放指标无法达到设计值，主要原因有：（1）与正常的锅炉烟气脱硫相比，硫回收尾气因进塔烟气温度高、湿度大，采用喷淋降温时其平衡露点较高，比正常锅炉烟气的平衡露点高10℃，造成脱硫喷淋液中溶质易挥发，对控制氨逃逸和脱除SO2不利。（2）脱硫塔的进塔烟气SO2含量波动较大且没有规律，加之气体平衡露点较高，为兼顾高负荷条件下的脱硫指标，操作中吸收液pH值较高，对控制氨逃逸较为不利。（3）每套系统的加氨点只有一处，不具备对塔内各段pH值进行精细控制的条件，控制只能在脱硫合格但氨逃逸超标、氨逃逸合格但脱硫超标中选择，无法通过控制使两项指标同时合格。（4）气溶胶的逃逸使得脱硫剂液氨使用量增大，同时液氨的利用率降低、损耗量增高，造成氨硫比失衡等问题的发生。采取的措施有：①将氨水浓度由20%调整为15%；②放宽排放尾气中SO2控制指标，尽量减少加氨量。改进后烟囱拖尾现象有较大缓解，仅有少许拖尾现象。

5.2腐蚀严重

脱硫吸收塔溶液在循环过程中会不断富集氯离子，氯离子会对不锈钢造成腐蚀，而过高的氯离子含量将会加剧系统的金属腐蚀和缝隙腐蚀，造成系统中与硫铵溶液接触的管道和塔体产生强烈的腐蚀作用，大大缩短了设备的使用寿命。氨法脱硫装置仅投入运行6个月，就出现不同程度的腐蚀，脱硫塔进口烟道、工艺水管线腐蚀尤为严重，甚至出现泄漏情况。采取的措施有：①将腐蚀泄漏阀门更换为衬氟阀门；②采用防腐新工艺，将进口烟道、塔件和管线进行纳米内防腐涂层处理。

6运行效果

MGGH系统调试后,在锅炉正常生产负荷下,塔口原烟气的烟气冷却器平均冷却温度为26.31°C,塔口纯烟气平均加热温度为24.41°C,烟气排放温度平均温度为72.4°C,MGGH烟气冷却器冷却和冷却管道烟气的入口温度为72.4°C,烟气在脱水风暴中蒸发降低水量,净烟气输出比同时过热和纯烟气温度升高。同时,为了达到良好的排烟平衡效果,烟气温度高于烟点,除冬季寒冷多雨的天气外,烟道出口基本没有白色烟门槛。烟气冷却器中的原始烟气冷却后,烟气温度降至100°C,进入回收塔的浓缩部分,以满足浓缩溶液中蒸发所需的热量。该系统投入使用后,对硫酸铁的浓度和结晶没有影响,硫酸铁被正常推导出来。根据系统运行数据计算,换热器循环水为95t/h,换热器的水温为98°C,出口水温为79°C,水环境中的传热为7.5×106kJ/h,换算成标准耗煤量为258.3kg/h。

结束语

氨法脱硫工艺虽然有脱硫效率高、运行能耗小和脱硫副产品良好的经济效益等优点，但是由于宁夏煤业公司硫黄回收装置尾气SO2浓度大、氨法脱硫装置脱硫塔设计能力不足的原因，在实际运行过程中出现脱硫塔尾气SO2浓度超标、氨逃逸、硫酸铵溶液氧化率低、硫酸铵溶液结晶困难等问题。

参考文献

[1]郭阳,凡凤仙,张超,赵庆杰.氨法脱硫系统排放细颗粒物的异质核化特性[J].动力工程学报,2022,42(01):49-55.

[2]张安贵,雷云飞,颜蜀雋,江永军.氨法脱硫中游离酸波动原因分析及解决措施[J].石油化工应用,2021,40(12):96-99.

[3]李延岗,刘瑞明.氨法脱硫工艺超低排放改造后氯离子的富集及危害研究[J].化工管理,2021(36):172-174.

[4]龙勇.高硫煤烟气氨法脱硫装置升级改造[J].氮肥与合成气,2021,49(11):14-16.

[5]付开全,吴德礼,王启延.烟气氨法脱硫系统浓缩段氧化率控制分析[J].化肥设计,2021,59(05):46-48+62.