鍋爐煙氣氨法脫硫技術改造方案和技術總結

許 寧

(陽煤集團和順化工有限公司，山西 和順 032700)

引 言

隨著國家對燃煤鍋爐煙氣排放指標要求的提高，山西陽煤和順化工有限公司現有的煙氣脫硫設施已經達不到排放指標的要求，為了滿足煙氣達標排放的要求，陽煤和順化工決定對煙氣脫硫項目進行改造，目的是通過改造，達到國家超低排放標準。

1 目前運行現狀及存在問題

1.1 目前運行現狀

和順化工現有3臺鍋爐(2臺75 t鍋爐和1臺60 t“三廢”混燃爐)，正常情況是兩開一備(開一臺75 t和三廢爐混燃爐)，煙氣量50萬m3/h～55萬m3/h(工況)。75 t鍋爐獨立配有電袋除塵、三廢爐配有靜電除塵裝置、每臺爐配有選擇性非催化還原法脫硝裝置，三爐共用一套氨法脫硫裝置。

1.2 存在問題及原因分析

煙氣脫硫裝置于2011年建成，由于建設得比較早，系統所有設備的配置都小，煙氣的實際運行空速為3.6 m/s，脫硫液氣比不足1.0，遠低于規范指標，煙氣中煙塵質量濃度150 mg/m3左右，嚴重超標，二氧化硫頻繁超標，NOx能夠達標排放，根本不能滿足現行的國家環保最低排放標準。運行中還存在如下問題：煙囪排放煙氣拖尾長，氣溶膠和氨逃逸比較多，濃縮段結料，硫銨產量低等。產生以上問題的主要原因：脫硫塔設計不合理，脫硫塔空塔氣速過快；塔內整體結構設計不合理，塔內噴淋覆蓋率、除霧器無法滿足現有排放標準的設計要求，且沒有設計脫除逃逸氨、氣溶膠以及液沫夾帶的清洗水層；脫硫系統漿液pH和漿液密度控制紊亂。

2 煙氣脫硫的改造情況

2.1 改造后系統設計

煙氣脫硫在改造現有氨法脫硫裝置的基礎上，經過實際情況，在最大限度利用原有電源、汽/氣源的基礎上，從脫硫塔進口法蘭截面至原煙囪排出口進行改造。采用單塔脫硫除塵一體化工藝，利用10%～15%濃度的氨水作為吸收劑吸收煙氣中的SO2。生成的亞硫酸(氫)銨溶液在脫硫吸收塔內循環吸收，氧化槽內被鼓入的空氣強制氧化生成硫酸銨溶液，硫酸銨溶液在脫硫塔內與高溫煙氣接觸，經過濃縮循環后送入后處理系統，經濃縮、固液分離、干燥、包裝處理，包裝得到硫酸銨產品。主要包括以下幾個系統：煙氣系統、SO2吸收系統、工藝水系統、氧化空氣系統、吸收劑供應系統、后處理系統5個部分。

2.1.1 煙氣系統

煙氣系統的主要作用是將煙氣導入脫硫裝置，煙氣最大流速不超過15 m/s。

2.1.2 SO2吸收系統

脫硫裝置處理煙氣量為800 000 m3/h滿負荷煙氣量進行設計。SO2吸收系統主要作用是利用吸收劑10%～15%濃度的氨水，通過噴淋層噴嘴噴出的脫硫循環液，與煙氣逆流接觸，吸收煙氣中的SO2，同時，利用氧化風機鼓入的氧化空氣將吸收SO2的亞硫酸銨溶液氧化成硫酸銨溶液，利用高溫原煙氣的熱焓將硫酸銨溶液濃縮后，送硫酸銨后處理系統。脫硫后的凈煙氣經除霧器除去煙氣中攜帶的液沫和霧滴，通過塔頂直排煙囪排放。

脫硫塔自下而上可分為4個主要的功能區：濃縮區：除去原煙氣中夾帶的大部分粉塵，同時利用高溫原煙氣的熱焓將硫酸銨溶液濃縮、結晶；吸收區：用于吸收煙氣中的酸性污染物；除霧凈化區：除霧凈化區在脫硫塔上部，用以凈化、分離凈煙氣夾帶的霧滴。凈化區出口煙氣中液滴質量濃度不大于30 mg/m3。除霧凈化區由一層水洗噴淋層、除霧器組成，脫硫后煙氣通過水洗噴淋層噴出的大量清水洗滌去除煙氣中夾帶的可溶性銨鹽，洗滌水通過積液盤收集至水洗槽中循環使用，設置積液盤的目的是確保水洗溶液與下部吸收溶液形成銨鹽濃度梯度，設置除霧器是確保去除離開水洗層后煙氣中夾帶的水滴;濕電深度除塵、除霧、除SO3酸霧區。

2.1.3 氧化空氣系統

2.1.4 吸收劑供應系統

吸收劑采用10%～15%濃度氨水，我公司通過管道把氨水輸送到脫硫界區內的氨水槽。給料量根據鍋爐負荷、FGD裝置進口和出口的SO2濃度及脫硫漿液pH值進行控制。

2.1.5 后處理系統

硫酸銨回收系統分三級：第一級為硫酸銨旋流濃縮器，離開旋流器的漿液固體含量為40%～50%；第二級為離心機分離，經離心機分離后含水率質量分數小于5%的硫酸銨，第三級為干燥機，經干燥機干燥后含水率質量分數小于1%，硫銨產品合格。

2.2 改造后原理及流程

2.2.1 脫硫原理

我公司采用的煙氣氨法脫硫工藝采用成熟的飽和結晶工藝技術，此技術能有效回收煙氣中的SO2，同時副產硫酸銨化肥，該工藝已在多個工程中得到成功運用，技術成熟可靠。

根據氨肥法脫硫的基本反應式見式(1)～式(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

其中式(1)、式(2)是SO2吸收反應式；式(3)是式(2)的再生反應式；式(4)是亞鹽氧化生成硫銨的反應式。反應式(1)和式(2)均為SO2吸收化學反應式。pH<6，游離NH3含量低，SO2吸收以反應式(2)為主導，由于游離NH3含量低，NH3平衡分壓也低，煙氣逸氨小；pH>6，游離NH3含量高，SO2吸收以反應式(1)為主導，SO2吸收雖好，但逸氨量大，氨耗大。因此，控制合理的pH值是保證高的SO2吸收率和控制煙氣逸氨的關鍵。

2.2.2 脫硫流程(見第136頁圖1)

從鍋爐引風機出來的熱煙氣在塔內迅速降溫增濕，隨后，煙氣逆流而上，與自上而下的漿液充分接觸，循環吸收液利用高溫煙氣的熱量將溶液進行濃縮，煙氣通過集液器進入脫硫塔中部。

煙氣進入脫硫塔中部，向上與來自脫硫塔下部漿池中的吸收液逆流接觸(脫硫塔設置3層漿液噴淋層)，SO2被充分吸收后，經水洗除塵裝置，通過大量清水洗滌去除煙氣中夾帶的硫酸銨以及在吸收過程中可能產生的氣溶膠，凈煙氣進入除霧器去除煙氣中夾帶的液滴，最后進入濕電除塵器除塵后通過脫硫塔頂直排煙囪排放。

脫硫塔底部的濃縮循環液通過濃縮循環泵入脫硫塔濃縮段與高溫煙氣接觸，利用高溫煙氣的熱量將硫酸銨溶液進行濃縮，然后部分送至硫酸銨后處理系統進行液固分離、離心分離、干燥后經過包裝得到硫酸銨商品。

2.3 改造過程主要設備

2.3.1 供氨系統

改造氨水罐排放管道PG01-100-DEBA1-H11接引至脫硫塔，保證無氨氣排放，減少揮發氨損耗；增加氨水泵出口至新增吸收液循環槽，脫硫循環泵入口以及循環水池管道。

2.3.2 水循環系統

將現有循環水池改造為二級清洗水池，循環水泵利舊為除霧器沖洗水泵，改造部分管線，將原3臺增濃循環泵改造為二級清洗水泵，兩開一備；增加一套高效除霧器沖洗水系統，包括1臺工藝水槽和2臺工藝水泵。

2.3.3 漿液循環系統

漿液罐利舊，將3臺增濃循環泵更換為2臺大流量泵，出料泵更換2臺。

圖1 鍋爐煙氣氨法脫硫改造后工藝流程示意圖

2.3.4 脫硫系統

增加1臺吸收塔，與原塔串聯運行，原煙氣進原脫硫塔，在原塔濃縮段降溫濃縮后串入新建吸收塔，通過3級噴淋吸收后再串入原塔2層清洗水段、2級除霧段和2級高效除霧段。新建吸收塔下部為吸收循環槽，新增4臺脫硫循環泵，三運一備。原脫硫塔下部吸收循環槽改造為一級清洗水槽，原2臺脫硫循環泵改造為一級清洗水泵。原脫硫塔內上部結構改造，原有設施根據情況利舊或拆除，重新增設鋼梁并重做鱗片防腐，塔體增高。即，原脫硫塔從下到上依次包括：一級清洗水槽、濃縮段、清洗水段、除霧段和高效除霧段；吸收段設置于新建吸收塔內。

2.3.5 氧化系統

氧化系統利舊，根據現場情況改造部分管線。

2.3.6 回收系統

更換一套干燥器系統，部分利舊；原結晶器和干燥廢氣均引致新建吸收塔內與煙氣一同凈化排放，更換高壓頭引風機。

2.3.7 泵冷卻水系統

根據改造新增泵情況，增加部分冷卻水設施。2.3.8 濕電除塵系統

采用水噴淋方式清洗電極表面的粉塵，無二次揚塵產生，保證除塵器的出口粉塵質量濃度<5 mg/m3。通過濕式電除塵器的收集濕法脫硫工藝后續煙氣中PM2.5微細粉塵和氣溶膠，去除率>90%；可收集濕法脫硫后續煙氣中的汞及重金屬，其去除率>90%。改善排放煙氣透明度，必須滿足國家最低排放標準要求。

3 結語

本技術改造方案的目的是解決廠區鍋爐系統煙氣SO2污染問題，采用成熟的SO2煙氣吸收氧化一體化工藝技術。此技術為綜合治理回收利用，既消除煙氣中有害污染物SO2，又得到有用的化肥產品，硫資源得到利用，符合我國的基本國策及當前我國推行的循環經濟政策。項目實施后，將具有良好的環境效益、社會效益和一定的經濟效益，這對企業的可持續發展有著重要的意義。