氨法脫硫工藝參數對氣溶膠排放特性的影響

劉鵬勃 孫燕妮

摘 要：隨著合成氨工業的不斷發展以及濕式氨法煙氣脫硫工藝的不斷完善和改進，近年來，氨法脫硫工藝由于其氣液反應速度快、脫硫效率高及脫硫副產品可回收利用等優點而在燃煤電廠得到應用推廣。但是在氨法脫硫過程中容易產生大量的氣溶膠顆粒，不僅會影響設備的安全運行，而且會隨著煙氣排入大氣環境中，對氣候、環境和人體健康造成嚴重的危害，氣溶膠問題已經成為制約氨法脫硫工藝推廣應用的技術瓶頸。基于此，本文主要對氨法脫硫工藝參數對氣溶膠排放特性的影響進行分析探討。

關鍵詞：氨法脫硫;工藝參數;氣溶膠排放特性;影響

1、實驗系統與方法

試驗系統如圖1所示，主要由全自動燃煤鍋爐、緩沖罐、旋風分離器、濕法煙氣脫硫系統和分析測試系統等組成，額定煙氣量為150m3/h，最大煙氣流量200m3/h;脫硫塔塔徑150mm，塔高4000mm，塔內可加裝填料、篩板等塔內件，塔出口安裝旋流板除霧器。工藝流程為：燃煤鍋爐產生的煙氣經緩沖罐進入旋風分離器去除粗顆粒（dp≥10！m）后，通過增壓風機增壓進入脫硫系統，在脫硫塔內與脫硫液逆流接觸，然后經引風機排放。

煙氣中氣溶膠顆粒濃度及粒徑分布采用芬蘭Dekati公司生產的電稱低壓沖擊器（ElectricalLowPressureImpactor，ELPI）實時在線測量，ELPI可測試的顆粒粒徑范圍為0.023～9.314μm。用于形貌和元素組成分析的顆粒物樣品借助75R647型采樣泵，由不銹鋼濾筒采集，采用荷蘭FEL公司的Sirion200場發射掃描電子顯微鏡分析。SO2濃度采用德國MRU公司生產的Delta2000CD-IV型煙氣分析儀在線監測。

模擬實驗中，脫硫液采用揚子熱電廠提供的過飽和硫酸銨溶液，通過添加氨水調節溶液pH值。煙氣中SO2濃度可在緩沖罐內通過添加SO2調節;SO3由50℃水浴加熱50%的發煙硫酸產生，并以N2作為載氣加入塔進口煙氣中，通過控制氮氣流量以改變SO3添加量。由于模擬試驗系統塔高無法與實際脫硫塔相比，為使模擬實驗中氣溶膠形成較為顯著，選用相對較高的脫硫液pH值（6.0-7.2）和煙氣SO2濃度;其余實驗參數均根據表1所示的揚子熱電廠II期氨法煙氣脫硫裝置實際運行工況參數選取。

2、結果與討論

2.1 氨法脫硫前后氣溶膠顆粒物性變化

揚子熱電廠II期氨法脫硫裝置氣溶膠排放特性的試驗結果如圖2所示;試驗條件：塔進口煙溫TG=130℃，試驗煙氣量Q=150m3/h，SO2濃度CSO2=1500mg/m3，脫硫液溫度TL=55℃;pH=7.0。可見，在上述試驗條件下氨法脫硫過程中有明顯的氣溶膠顆粒形成，質量濃度由脫硫前約50mg/m3增至約200～400mg/m3。

脫硫前的顆粒物大多呈球形結構，顆粒大小較為均勻，主要元素為Ca、O、Si、Al、C等，次要元素為Na、K、Fe、S等，從其主要元素的種類可知主要為難溶于水的硅鋁質礦物顆粒。與此不同的是，氨法脫硫后的顆粒物形態發生了較大的變化，粒徑顯著增加，顆粒表面光滑，多呈規則的晶體結構，含長方體、棱柱體等晶習，與初始燃煤煙氣中顆粒物相比，氨法脫硫后的顆粒物中S、O元素含量顯著增加，而Al，Si含量均很低，從元素組分含量可以推知該顆粒主要為含硫、氧的氣溶膠顆粒，如（NH4）2SO4、NH4HSO3、（NH4）2SO3等。

2.2 氨法脫硫操作參數對氣溶膠排放的影響

2.2.1空塔氣速的影響

在氨法煙氣脫硫過程中，過高的空塔氣速會導致嚴重的霧沫夾帶，將大量的脫硫液液滴帶出脫硫系統，引起“硫銨雨”;同時，當塔內加裝填料、篩板、除沫絲網等塔內件時，過高的空塔氣速易出現液泛，使塔設備不易操作穩定。為能定量獲得其影響特性，進行了煙氣量在115～200m3/h范圍下的試驗，對應的空塔氣速范圍為2.50～4.30m/s。脫硫凈煙氣中氣溶膠濃度隨空塔氣速增大明顯增多;空塔氣速為3.25m/s時，脫硫凈煙氣中氣溶膠由脫硫前的約50mg/m3增至200mg/m3;隨空塔氣速進一步增至4.30m/s，脫硫凈煙氣中氣溶膠可增至約350mg/m3，是脫硫前的7倍。這主要是由于空塔氣速越高，脫硫系統霧沫夾帶現象越嚴重，使更多吸收SO2后的脫硫液滴隨煙氣排出，進入大氣環境后可逐步蒸發析出固態氣溶膠顆粒。

2.2.2脫硫液pH值的影響

脫硫凈煙氣中氣溶膠濃度隨脫硫液pH值升高而增大，特別是當pH值高于6.5時尤為顯著，如脫硫液pH值由6.5提高至7.2時，脫硫凈煙氣中氣溶膠顆粒質量濃度可由70mg/m3左右增至225mg/m3左右。這主要是由于脫硫液pH值較高時，脫硫液中揮發逸出的氨氣量增加，相應地，氣態NH3與煙氣中SO2反應生成的亞硫酸銨、亞硫酸氫銨、硫酸銨等氣溶膠微粒數量增多。因此，實際氨法脫硫中，在不影響脫硫效率的前提下，應盡可能控制較低的脫硫液pH值以抑制氣溶膠生成和排放。

3、結論

（1）氨法煙氣脫硫過程中會產生大量氣溶膠顆粒，使得脫硫前后顆粒物物性發生顯著變化。

（2）氨法脫硫氣溶膠排放量隨空塔氣速、脫硫液pH值及其濃度、液氣比、煙氣及脫硫液溫度、煙氣中SO3濃度的增大而增加;在不影響脫硫效率及系統正常運行的前提下，可通過優化操作條件減少氣溶膠排放。

（3）在相同脫硫性能下，填料塔、篩板塔結構塔設備氣溶膠排放量低于噴淋空塔。

參考文獻

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