袁平華，韓喜民

（山西陽煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司，山西臨猗 044100）

經(jīng)專家測算，每排放1t二氧化硫造成的經(jīng)濟(jì)損失約為兩萬元人民幣，二氧化硫有50%左右來自于燃煤，目前，煤炭在我國能源消費中的比例占70%。因此，如何實現(xiàn)二氧化硫的減排，已成為一件造福人類、利國利民的大事。

燃煤鍋爐煙氣脫硫方法很多，綜觀各種形式的脫硫方法，性價比最高的是氨法脫硫，脫硫過程的中間物為NH4HSO3和（NH4）2SO3，它們同時又是吸附氮氧化物的吸收劑，效率可達(dá)80%以上；氨法工藝無廢水排放，也無廢渣排放，避免了二次污染，得到的是含硫化肥，可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；由于吸收的硫、氮化合物是有害氣體，吸收硫的氨水也是工業(yè)廢料，從而可以達(dá)到 “以廢制廢”的目的。因此，氨法脫硫的優(yōu)勢明顯，正成為煙氣脫硫的主流。

我公司于2010年為兩臺75t／h鍋爐和一臺130t／h鍋爐上了一套煙氣氨法脫硫裝置，并于今年4月順利產(chǎn)出成品硫酸銨。產(chǎn)品情況見表1，出塔氣體參數(shù)見表2。

1 氨法脫硫脫氮技術(shù)原理

濕式氨法在脫硫的同時又脫氮，反應(yīng)分為兩部分，一是噴淋區(qū)，二是吸收塔底部漿液區(qū)，噴淋區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為：

表1 產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)

表2 出塔氣體參數(shù)（兩臺75t／h鍋爐）

在一定溫度的水溶液中，亞硫酸銨（NH4）2SO3與水中溶解的NO2反應(yīng)生成（NH4）2SO4（硫酸銨）與N2，建立如下平衡：

底部漿液區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為：

空氣注入底部，使亞硫銨氧化成硫銨：

其中，式（1）是吸收二氧化硫最有效的途徑，它跟噴頭的噴霧效果有很大的關(guān)系，噴頭效果好，扇面大，覆蓋區(qū)域?qū)挘摿蛐Ч秃?。鍋爐煙氣中氮氧化物的產(chǎn)生主要是因為燃燒區(qū)域的溫度一般高于爐膛溫度。高溫型的氮氧化物主要是NO2，占總氮氧化物的比例在90%以上，其余為NO、N4O2及其他，因此，氨法脫氮也就是脫硝，以脫NO2為主。

2 氨法脫硫工藝簡介

我公司氨法脫硫采用兩爐（兩臺75t／h鍋爐）一塔和一爐（一臺130t／h鍋爐）一塔形式，塔內(nèi)進(jìn)行氧化和結(jié)晶。塔直徑4.8m，高30.6m，采用玻璃鋼塔體。內(nèi)設(shè)四層噴淋，兩層除霧器，噴頭采用碳化硅螺旋噴嘴。主要設(shè)備情況見表3。

表3 主要設(shè)備一覽表

氨水罐、工藝水罐、濾液罐、離心機(jī)、旋流器及干燥機(jī)都為兩塔共用。

2.1 工藝流程簡述

鍋爐煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫吸收塔，因為我們在設(shè)計的時候就要求玻璃鋼塔體煙氣進(jìn)口段3m范圍內(nèi)能耐受160℃的高溫?zé)煔鉀_刷，因此沒有對原煙氣設(shè)噴水降溫裝置。煙氣經(jīng)噴淋層脫硫脫氮降溫后（一般開兩層噴淋），經(jīng)塔上部凈煙道進(jìn)入煙囪，排入大氣，整個系統(tǒng)壓差不大于800Pa，基本上維持在500Pa左右。塔底漿液經(jīng)擾動泵強(qiáng)力擾動，用羅茨風(fēng)機(jī)鼓入空氣強(qiáng)制氧化（兩級射流），生成硫酸銨晶體，在固液比達(dá)到5%～10%范圍，用排漿泵向后工段送漿液，漿液經(jīng)旋流器固液分離后，固體進(jìn)入離心機(jī)脫水，旋流器和離心機(jī)分離后的母液經(jīng)母液池進(jìn)入板框壓濾機(jī)過濾，清液經(jīng)母液罐再返回到脫硫塔循環(huán)使用。整套裝置沒有廢水外排，只是板框壓濾機(jī)有極少量的水被污泥帶走。硫酸銨漿液經(jīng)離心機(jī)后晶體水含量小于5%，再經(jīng)干燥機(jī)干燥得合格的硫酸銨成品，最后用自動包裝機(jī)包裝，按40kg／袋或50kg／袋裝好后送入倉庫。

裝置原設(shè)計采用pH顯控儀控制脫硫塔集液池中氨水的加入量，pH值控制在5～6，以保證二氧化硫的吸收率和控制氨的逃逸。漿液排出采用在線密度測量，漿液密度控制在1.28kg／L左右。通過控制循環(huán)量來控制煙氣出口溫度和出口二氧化硫濃度，出口煙氣溫度控制在60℃左右，出口二氧化硫控制在排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)（不超過400mg／m3）。采用YQ3000－B型煙氣分析儀，每天分析兩次二氧化硫的排放濃度，根據(jù)分析數(shù)據(jù)及時調(diào)整工藝，保證煙氣達(dá)標(biāo)排放。

2.2 工藝流程對比

整套裝置布置緊湊，占地面積小，主要是由于采用塔內(nèi)氧化和結(jié)晶。和其他工藝相比，如塔外氧化和結(jié)晶工藝，不僅占地少，投資也少，還節(jié)約了大部分能源。塔外結(jié)晶需要用蒸汽對硫酸銨溶液進(jìn)行再熱，否則硫酸銨結(jié)晶會造成管道和設(shè)備堵塞，用蒸汽提溫來提高硫酸銨溶液的溶解度。氧化結(jié)晶罐要占用一定的地方和費用，還增加一些管道、閥門和泵的投資，對環(huán)保項目來說，不僅增加了投資，還增加日常維護(hù)。

總體來說，塔內(nèi)氧化和結(jié)晶，是氨法煙氣脫硫的總體走向，因其體現(xiàn)了節(jié)能的優(yōu)勢。但缺點是對煙氣除塵要求較苛刻（粉塵含量≤300mg／m3），靜電除塵可能滿足不了要求，多數(shù)廠家的實踐表明，布袋除塵是可行的。用布袋除塵和塔內(nèi)氧化結(jié)晶工藝，出來的硫酸銨成品能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 氨法脫硫試運行中出現(xiàn)的問題

我公司氨法脫硫項目自今年3月份開始試運行以來，出現(xiàn)過大大小小的問題。針對運行中的癥狀，我們都一一進(jìn)行了處理。

3.1 塔內(nèi)過結(jié)晶導(dǎo)致氧化風(fēng)管被砸斷

2011年3月20日，由于塔體泄漏我們停塔檢修，發(fā)現(xiàn)塔里面有大量的結(jié)晶體存在，且每一塊都如大石頭，足足有10t之多，最大塊的晶體有60cm寬。也就是這些大塊晶體把氧化風(fēng)管砸斷，導(dǎo)致支撐風(fēng)管的托架震動，而托架是用螺栓跟塔體連接的，螺栓也被砸斷，漿液順著螺栓孔往外流。

其實在這個問題發(fā)現(xiàn)之前，我們就曾監(jiān)測到，脫硫吸收塔出口二氧化硫含量和進(jìn)口相差無幾。當(dāng)時推斷認(rèn)為，是煙氣灰塵含量過高，導(dǎo)致噴頭噴霧效果不好，因為我們用的是靜電除塵，不是布袋除塵，沒有意識到是塔內(nèi)過結(jié)晶和雜物（主要是聚酯膜）堵塞，導(dǎo)致噴頭效果大打折扣。當(dāng)時我們把板框壓濾機(jī)開啟，對漿液進(jìn)行過濾，濾液重新返回吸收塔利用。僅僅過了兩天，事故就發(fā)生了。

事后分析，結(jié)晶掛壁確實是噴頭堵塞所致。打開人孔進(jìn)入塔內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)大部分噴頭已經(jīng)堵得嚴(yán)嚴(yán)實實。噴頭被雜物堵塞以后，噴頭扇面無法打開，噴出來的漿液呈射流，因為塔底漿液已經(jīng)過飽和，硫酸銨晶體析出和煙氣中的灰塵結(jié)合，附著在氧化風(fēng)管上，有些隨著塔內(nèi)埋件附著在塔壁上，晶體和灰塵粘結(jié)時間長，就成了大塊結(jié)晶，到一定重量的時候，會直接壓斷下面的氧化風(fēng)管，或者從塔壁上掉下來，砸斷下面的風(fēng)管。

形成這么多的大塊，漿液過飽和結(jié)晶也是原因之一。由于是第一次試車，沒有經(jīng)驗，排漿不及時，沒有及時把漿液送往后工段。如果在發(fā)現(xiàn)問題之初就開啟旋流器和離心機(jī)，而不考慮灰塵對脫硫效果的影響，這種事故就不會發(fā)生。通過對同類廠家的學(xué)習(xí)參觀，我們把排漿標(biāo)準(zhǔn)改為固液比，只要達(dá)到一定的固液比就向后工段送料。事實證明，這樣很好地控制住了硫酸銨晶體掛壁結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 除霧器壓降的調(diào)整

我公司每套脫硫系統(tǒng)配有二級折流板平鋪式除霧器。配置有三層反沖洗裝置，它是除霧系統(tǒng)不堵塞不結(jié)垢，系統(tǒng)長期運行且達(dá)到最佳運行效果的保障。運行之初，由于沖洗不規(guī)范，加之噴頭堵塞，兩級壓差到了400Pa，無法維持正常運行。經(jīng)過實踐運行，把原來每兩小時沖洗一次改為每小時沖洗一次，且每層沖洗時間縮短到1～2min，效果有了很大的改觀，壓差基本維持在260Pa，最高為350Pa。

除霧器的作用是除去煙氣所夾帶的液滴和水霧，對于氨法脫硫來說，它也是減少氨和水逃逸的最后一道屏障。要使除霧器正常工作，首先要保證煙氣流速在它的工作范圍內(nèi)，流速過大過小都會產(chǎn)生二次夾帶。平鋪式折流板除霧器要求煙氣流速在3～6m／s。剛開始試運行的時候，我們只開一臺75t／h鍋爐，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除霧器壓差為10Pa，且煙道與煙囪連接處滲水嚴(yán)重。主要是煙氣量太少，煙氣流速太低，導(dǎo)致除霧器不工作。把兩臺75t／h鍋爐都開啟，煙氣全部投入，除霧器壓差才慢慢上來，煙道帶水現(xiàn)象也不那么嚴(yán)重。因此，要使脫硫效果好，必須保證塔內(nèi)煙氣流速在3～6m／s。

3.3 管線閥門的改進(jìn)

稀氨水是氨法脫硫的主要原料，我公司稀氨水來源主要是合成氨弛放氣洗滌產(chǎn)生的稀氨水，濃度為10%左右。原設(shè)計稀氨水管線在擾動泵進(jìn)口管上連接，運行中發(fā)現(xiàn)加氨困難，后改為加在擾動泵出口管線上。主要是擾動泵動力比較大，加在擾動泵進(jìn)口管上，會增加加氨阻力，造成氨水加不進(jìn)去，操作上的困難相應(yīng)加大。經(jīng)過改造后，加氨困難問題迎刃而解。

蝶閥具有啟閉方便迅速、省力、體積小、重量輕、調(diào)節(jié)性能好等特點，因此，本項目中的大部分閥門都使用蝶閥。但由于擾動泵和排漿泵用的是同一臺泵，而排漿流量小，擾動流量大，因此，在排漿的時候有必要對泵出口流量進(jìn)行限制，這時候排漿（擾動）泵的出口閥就處于半開狀態(tài)。蝶閥如果處于節(jié)流幅度較大狀態(tài)，閥板的背面容易發(fā)生汽蝕，閥門很有可能損壞，一般均在15°外使用，就因為這個原因。這個地方的蝶閥經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，往往經(jīng)過幾次排漿，就需要更換閥門。為此，廠家經(jīng)過研究，把這個地方的閥門換成襯膠隔膜閥，其最突出的特點是隔膜把下部閥體內(nèi)腔與上部閥蓋內(nèi)腔隔開，使位于隔膜上方的閥桿、閥瓣等零件不受介質(zhì)腐蝕，省去了填料密封結(jié)構(gòu)，且不會產(chǎn)生介質(zhì)外漏。每次排漿的時候，用隔膜閥來調(diào)節(jié)漿液出口流量，保證出料順暢。經(jīng)過長時間運行，沒有發(fā)生泄漏，證明改造是成功的。

3.4 pH計和密度計使用改進(jìn)

設(shè)計方在操作規(guī)程中要求漿液pH值控制在5～6。但在實際運行中，發(fā)現(xiàn)這個方法并不好用，操作工用試紙做漿液pH值，這種方法測量就比較粗糙，誤差大，有時就很難控制加氨量，不是pH值太大，就是太小，給操作造成很大的困難。沒辦法，后來就由總化做漿液中的氨含量，每班一次，pH試紙就成為輔助參考。

密度控制在1.28kg／L開始排漿，運行后也發(fā)現(xiàn)這個方法有問題。由于我們的取樣點在擾動泵進(jìn)口管上，不停擾動的漿液使得密度計反應(yīng)不過來，讀數(shù)誤差比較大，操作人員難以判斷。后在廠家的指導(dǎo)下，采用固液分層的方法來控制排漿時間，用量杯從排漿（擾動）泵進(jìn)口排污管上取樣，靜置幾分鐘，使固液分層，一般固液比控制在5%～10%，達(dá)到這個范圍內(nèi)就產(chǎn)出。經(jīng)過長時間的實踐，生產(chǎn)控制比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過過飽和結(jié)晶和塔內(nèi)掛壁的現(xiàn)象。

4 我公司氨法脫硫存在的問題

經(jīng)過長時間的運行，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，但還存在以下一些問題。

（1）噴頭堵塞

螺旋噴嘴具有覆蓋面積大，流速快的特點。由于我公司采用的是玻璃鋼塔，沒有在循環(huán)泵進(jìn)口加濾網(wǎng)，導(dǎo)致噴頭經(jīng)常被堵，不得不人工清理，系統(tǒng)不能長周期運行。

（2）除霧器出口結(jié)垢

除霧器的沖洗雖然能保證下層不結(jié)垢不堵塞，但由于上層除霧器出口沒有反沖洗裝置，使得煙氣沒被洗滌凈的污垢附著在除霧器出口，時間長了造成除霧器壓差增大，必須人工沖洗。

要解決這個問題，需要在除霧器出口上增加一套反沖洗裝置，避免煙氣帶出物堵塞除霧器。

（3）煙氣抬升高度

脫硫塔煙氣出口為60℃左右，沒有設(shè)計煙氣再熱裝置。外界溫度高的時候，煙氣抬升高度還可以，但在冬天或者下雨時，由于大氣溫度比較低，煙氣出口溫度降得比較低，導(dǎo)致煙氣析出的水分太多，煙道與煙囪連接處滲水比較厲害，有時煙道里面也有儲水，除霧器壓差迅速增大，嚴(yán)重的話會導(dǎo)致系統(tǒng)停運。

因此，煙氣再熱系統(tǒng)在冬天里就顯得非常重要，用原煙氣或蒸汽都可以對凈煙氣進(jìn)行再熱，最合理的是用原煙氣加熱凈煙氣，既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)，當(dāng)然，要保證出口SO2在控制范圍內(nèi)。