韓 微，張國平

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

1 概述

呼倫貝爾金新化工有限公司氨法脫硫裝置于2012年正式投入運行，采用三爐一塔的運行模式，設(shè)計煙氣量 909107 m3/h，該系統(tǒng)運行至今已有7年時間。脫硫裝置設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 金新化工現(xiàn)有脫硫裝置設(shè)計參數(shù)

隨著國家對環(huán)保要求越來越高，排放指標越來越低。近年來,為了控制SO2排放指標，造成了嚴重的煙氣拖尾現(xiàn)象。為滿足日益嚴格的環(huán)保要求，氨法脫硫技術(shù)已經(jīng)由第一代氨法脫硫技術(shù)升級到目前的第三代氨法脫硫技術(shù)。本文針對呼倫貝爾金新化工有限公司氨法脫硫系統(tǒng)煙氣拖尾的成因進行研究與分析，并提出解決煙氣拖尾的改造思路，為下一步備用脫硫塔升級改造提供思路。

2 氨法脫硫煙氣拖尾的成因分析及控制

造成氨法脫硫煙氣拖尾的主要原因是脫硫后排放的濕煙氣中攜帶了大量的固體顆粒物。固體顆粒物在濕煙氣排入大氣后隨著水分擴散進入大氣，固體顆粒物最后原形畢露，造成煙氣拖尾現(xiàn)象。

要消除、控制氨法脫硫的拖尾現(xiàn)象，需針對排放煙氣中的固體顆粒物產(chǎn)生的原因，采取針對性措施抑制或破壞各組分產(chǎn)生的條件，達到降低排放煙氣固體顆粒物的目的，才能從根本上消除拖尾現(xiàn)象。

金新化工產(chǎn)生煙氣拖尾的主要因素為：機械粉塵、氨逃逸、氣溶膠、二次生成鹽造成的煙氣拖尾。通過充分分析氨法脫硫煙囪排放氣體的顆粒物組分，同時分析各組分產(chǎn)生的原因，采取針對性措施或破壞各組分產(chǎn)生的條件，達到降低排放煙氣中固體顆粒物量的目的，消除煙氣拖尾。

2.1 粉塵的產(chǎn)生及控制

攜帶有粉塵的煙氣進入氨法脫硫系統(tǒng)，經(jīng)濃縮降溫噴淋、SO2吸收噴淋等多層噴淋洗滌后，大顆粒的粉塵被洗滌下來進入氨法脫硫系統(tǒng)循環(huán)液中，最后隨硫酸銨產(chǎn)品帶出系統(tǒng)，但微米級超細顆粒很難被洗滌脫除，最終隨著煙氣從煙囪排入大氣形成拖尾。

金新化工配套3臺 240 t/h 循環(huán)流化床鍋爐，原設(shè)計鍋爐煙氣經(jīng)過靜電除塵設(shè)備處理后煙氣粉塵含量<50 mg/m3。目前因靜電除塵設(shè)備效率未達到設(shè)計效率，造成經(jīng)過靜電除塵器后進入氨法脫硫系統(tǒng)的粉塵含量在80～120 mg/m3，遠遠超過脫硫系統(tǒng)的設(shè)計運行參數(shù)。粉塵在氨法脫硫系統(tǒng)經(jīng)噴淋洗滌后，粉塵最大去除效率可達80%，而剩余20%的粉塵將不能被噴淋洗滌去除。這部分粉塵顆粒，只能采取如下措施進行最大化的去除、削弱：

1)在SO2脫除反應(yīng)后設(shè)置洗滌凈化系統(tǒng)；2)強化除霧凈化段功能，提升除霧器效率；3)在氨法脫硫系統(tǒng)后增加濕式電除塵器。

2018年，技改新增一臺濕式電除塵器，投用后凈煙氣排放指標明顯降低。 技改前后凈煙氣粉塵排放指標分別見表2、表3。

表2 未增加濕式電除塵器前

表3 增加濕式電除塵器后

2.2 溶解鹽的產(chǎn)生及控制

氨法脫硫?qū)儆跐穹摿蚬に?，脫硫后的煙氣為飽和濕煙氣，排放的凈化濕煙氣中含有氣態(tài)水和液態(tài)水。由于氨法脫硫系統(tǒng)中的氨、硫酸銨、亞硫酸銨等都是極易溶于水的物質(zhì)，飽和的濕煙氣中攜帶的霧滴、液態(tài)水會溶解氨和硫酸鹽等物質(zhì)。

要控制煙氣排放中攜帶的這類溶解鹽，最有效的方法是降低煙氣攜帶液滴的量和液滴中溶解鹽的濃度這兩種方法：1)在原脫硫系統(tǒng)增加清水洗滌凈化段，降低煙氣中溶解鹽的濃度；2)將原平板除霧器更換為高效除霧器，降低煙氣霧滴含量。

2.3 氣溶膠的產(chǎn)生及控制

氨法脫硫工藝氣溶膠的產(chǎn)生主要是由氣態(tài)的SO2和NH3反應(yīng)生成的單晶體微米級亞硫酸鹽。在高溫條件下水分被蒸干，單晶體失去可溶解的水、晶體增大等條件形成的氣溶膠。氣溶膠一旦形成后，很難利用一般技術(shù)將其捕捉、去除，最終氣溶膠隨煙氣進入大氣后形成煙氣拖尾。

氨法脫硫工藝的主要物料為NH3、亞硫酸銨(NH4)2SO3、硫酸銨(NH4)2SO4等。其中，亞硫酸銨(NH4)2SO3遇高溫會發(fā)生分解生產(chǎn)SO2和NH3，一般在75℃分解較嚴重，再經(jīng)過二次反應(yīng)生成氣溶膠。NH3在高溫條件下易揮發(fā)，逃逸大，在煙氣排放過程中會生產(chǎn)氣溶膠，形成二次污染。

要控制氨法脫硫系統(tǒng)中氣溶膠的產(chǎn)生，首先要抑制氨的揮發(fā)，減少氣態(tài)NH3的產(chǎn)生，其次要杜絕在高溫條件下SO2和NH3同時存在的情況發(fā)生，杜絕單晶亞硫酸鹽、硫酸鹽的反應(yīng)生成。將脫硫塔濃縮段循環(huán)區(qū)、SO2吸收區(qū)、吸收凈化區(qū)等不同功能單元，根據(jù)不同溫度工況及功能要求控制不同物料成分及工藝參數(shù)，使降溫濃縮和吸收凈化效率達到最高，杜絕氣溶膠二次污染物的產(chǎn)生。

1)濃縮降溫區(qū)

濃縮降溫區(qū)是高溫區(qū)，選擇不分解的硫酸銨(NH4)2SO4溶液做為濃縮循環(huán)漿液來洗滌煙氣，杜絕用含NH3、(NH4)2SO3的溶液接觸高溫?zé)煔狻?/p>

針對金新化工目前氨法脫硫工藝系統(tǒng)，要保證吸収段較高的氧化率，杜絕進入濃縮循環(huán)漿液中含有NH3、(NH4)2SO3。根據(jù)表4看出，目前金新化工氨法脫硫系統(tǒng)氧化段氧化率基本滿足要求。

表4 現(xiàn)有裝置氧化率

金新化工脫硫系統(tǒng)濃縮循環(huán)噴淋管上共布置有37個碳化硅空心錐噴頭，循環(huán)漿液進入噴頭后呈傘狀向下噴灑與煙氣接觸換熱，因煙氣流速快，傘狀噴灑下來的循環(huán)漿液較輕，易造成濃縮段漿液被攜帶到吸収段，造成氧化段比重升高，影響脫硫系統(tǒng)的正常運行。2017年9月，對濃縮循環(huán)噴淋系統(tǒng)進行了改造，保留原塔壁附近的19個噴頭，將內(nèi)部其余18個空心錐傘狀噴灑點進行封堵，在封堵噴頭的支管下部開 50 mm 圓孔，將傘狀噴灑改造成柱狀噴灑，具體改造前后圖示見圖1。

圖1 濃縮循環(huán)噴淋改造前/后圖示

濃縮循環(huán)改造后，雖然解決了濃縮段漿液被攜帶到吸収段，造成氧化段比重升高的問題，但也造成了濃縮段洗滌降溫效果大不如改造前。改造前濃縮段塔壁溫度三點偏差很小，平均在 60 ℃ 左右，而改造后濃縮段塔壁溫度三點溫度偏差很大，最低點溫度 60 ℃ 左右，最高點溫度在 100 ℃ 左右，使得煙氣未能在濃縮降溫區(qū)充分降溫，對SO2吸收區(qū)帶來一定的影響。

要對濃縮段循環(huán)噴淋系統(tǒng)重新布置，設(shè)計合理的噴淋量，杜絕在濃縮段形成煙氣短路，煙氣降溫不充分、不均勻問題。

2)SO2吸收區(qū)

SO2吸收區(qū)是洗滌降溫后的功能區(qū)域，該區(qū)域煙氣已經(jīng)被硫酸銨漿液循環(huán)洗滌降溫，但因前期改造帶來的煙氣降溫不充分，導(dǎo)致在該區(qū)域亞硫酸鹽分解加劇，氨揮發(fā)增加，系統(tǒng)氨逃逸增加。

濃縮循環(huán)噴淋改造雖然解決了前期脫硫穩(wěn)定運行的問題，但也是造成目前煙氣拖尾現(xiàn)象的原因之一。

氣溶膠產(chǎn)生的控制措施：工藝上最好采用分槽控制工藝；確保較高的氧化率；洗滌降溫必須要徹底，避免煙氣進入吸收區(qū)溫度未降到最低。

2.4 二次生成鹽的產(chǎn)生及控制

氨法脫硫裝置吸收噴淋后，排放煙氣中存在未被完全脫出的SO2和系統(tǒng)逃逸的NH3。在排放過程中，兩者會發(fā)生二次化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鹽，在氧氣充足的條件，特別是光照條件下，將進一步促進硫酸鹽的生成，排放過程中產(chǎn)生的二次生成鹽在大氣中形成煙氣拖尾。

因濃縮循環(huán)噴淋改造帶來的進入吸収區(qū)煙氣溫度的升高，加上吸收區(qū)漿液的pH較高，造成煙氣中逃逸的NH3濃度及SO2濃度增加，使得二次生成的鹽較多。

二次生成鹽的控制措施：吸收液低pH運行，控制氨逃逸量，這就需要提高脫硫吸收區(qū)域的液氣比來實現(xiàn)；提高吸收區(qū)域的吸收效率，控制排放過程中SO2的濃度；強化清水洗滌凈化，用大量的干凈水洗滌排放煙氣中的SO2、NH3、亞硫酸鹽、硫酸鹽。

3 現(xiàn)有氨法脫硫裝置存在的問題分析

3.1 吸收塔內(nèi)煙氣流速過高

塔徑φ11 m，實際進塔煙氣量 909107 m3/h，塔內(nèi)煙氣 80 ℃，核算脫硫塔內(nèi)煙氣流速為：

現(xiàn)有脫硫塔內(nèi)煙氣流速較高，較高的煙氣流速會加劇煙氣攜帶液滴的量，造成排放煙氣的霧滴含量增加，同時還降低了煙氣在脫硫塔內(nèi)降溫、SO2吸收等相關(guān)環(huán)節(jié)的停留時間，不僅影響降溫及吸收效果，同時還給除霧器帶來了巨大壓力，使除霧效果變差。

針對解決煙氣拖尾問題，吸收塔空塔氣速最佳應(yīng)控制在 2.5 m/s 左右，可以提高吸收效率和塔內(nèi)停留時間，降低氣液夾帶，對煙氣系統(tǒng)的阻力也將降低。

3.2 吸收液氣比偏小

目前有SO2吸收循環(huán)泵(一級循環(huán)泵)Q=500 m3/h 四臺，實際運行3開1備。計算液氣比為：

吸收液氣比過低，總體體現(xiàn)在吸收循環(huán)液噴淋量的不足，在保證合理的運行pH時，對吸收循環(huán)液中的SO2反應(yīng)所需的脫硫劑供給量不足，脫硫效率不能保證，SO2排放濃度較高。

實際運行中，如果系統(tǒng)要保證脫硫效率，保證煙氣排放的SO2濃度，則需要把吸收液控制在較高的pH條件下運行。這樣就需要提高吸收液中的氨濃度，即提高pH值運行，目前吸收液pH值運行在6.0～6.7范圍內(nèi)。吸收液中的pH值越高，脫硫塔內(nèi)氣液兩相氨濃度平衡將向著氣相進行，煙氣中的氣態(tài)氨濃度越高，系統(tǒng)的氨逃逸量越高，二次生成鹽的量也越多。

針對解決煙氣拖尾問題，吸收液氣比應(yīng)控制在不低于 3.0 L/m3，這樣會更好地控制SO2脫除效率，降低吸收液運行pH，提高氨的利用率，減少氨逃逸量。

3.3 濃縮循環(huán)段降溫不足

2017年9月，濃縮循環(huán)段噴頭改造后，濃縮段洗滌降溫效果大不如改造前。改造后濃縮段塔壁溫度三點溫度偏差很大，最低點溫度 60 ℃ 左右，最高點溫度在 100 ℃ 左右，使得煙氣未能在濃縮降溫區(qū)充分降溫。

濃縮循環(huán)液是硫酸銨溶液，由于氧化的硫酸銨(NH4)2SO4溶液中不可避免會含有亞硫酸銨(NH4)2SO3，亞硫酸銨在濃縮段將被分解成NH3和SO2，分解的NH3和SO2發(fā)生了二次化學(xué)反應(yīng)再次生成了(NH4)2SO3，而產(chǎn)生的這類氣溶膠很難被后續(xù)的噴淋系統(tǒng)捕捉下來，氣溶膠隨煙氣排放到大氣后，造成了煙氣拖尾。

3.4 吸收段后無洗滌凈化段

現(xiàn)有脫硫塔內(nèi)設(shè)置三層SO2吸收噴淋層后即為一層厚度為 200 mm 板式填料和 400 mm 厚的平板式除霧器。該平板除霧器是脫硫裝置早期選用的除霧器形式，除霧效果較差，易出現(xiàn)損壞和堵塞，除霧器堵塞后影響除霧器的效率，煙氣攜帶的液滴量大。另外，除霧器的沖洗水系統(tǒng)采用的是PVC材質(zhì)，在運行中易斷裂造成除霧器沖洗不能達到要求，從而降低除霧器效率(圖2、圖3)，使得煙氣排放到大氣后，攜帶的溶解鹽造成拖尾。

圖2 原除霧器結(jié)垢圖

圖3 沖洗水管道斷裂圖

目前，隨著超低排放項目的推廣及要求的提高，超低項目大多選用除霧效果更好的屋脊式、管式除霧器或者屋脊式加絲網(wǎng)除霧器的組合除霧器。

3.5 入塔煙氣溫度高

設(shè)計進入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度為 147 ℃，因鍋爐系統(tǒng)問題，導(dǎo)致進入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度一直遠遠超過其設(shè)計值，進入塔內(nèi)濃縮段的溫度達160～170 ℃，增加了濃縮循環(huán)段降溫的負荷。

4 脫硫系統(tǒng)升級改造的思路及內(nèi)容

4.1 升級改造思路

1) 解決塔內(nèi)洗滌降溫不徹底引起的高溫分解、氨揮發(fā)，以及氣速高氣液攜帶問題。

2)增加吸收循環(huán)噴淋量，提高液氣比，達到高效吸收，解決高pH值運行時引起的氨逃逸。

3) 增加脫硫后洗滌凈化系統(tǒng)，升級改造除霧功能，更換高效除霧器，解決煙氣排放帶鹽多的問題。

4)調(diào)整塔內(nèi)各單元結(jié)構(gòu)布置，提升效率，全面降低排放煙氣攜帶的固體顆粒物，改善現(xiàn)有裝置拖尾問題。

5)考慮增加MGGH系統(tǒng)，利用煙氣余熱加熱脫硫凈排放煙氣，不僅可以提升靜電除塵器性能，還可以進一步降低進入脫硫塔煙氣的溫度。

4.2 升級改造的主要內(nèi)容

4.2.1 濃縮洗滌降溫系統(tǒng)升級改造

現(xiàn)有濃縮循環(huán)系統(tǒng)有3臺 500 m3/h 的漿液循環(huán)泵，一層噴淋，原設(shè)計噴淋量 500 m3/h，目前漿液循環(huán)泵按照2開1備運行，噴淋量在 1000 m3/h，濃縮段液氣比可達到 1.1 L/m3。

2017年9月，對濃縮循環(huán)系統(tǒng)進行過提效改造(詳見2.3)。雖然解決了系統(tǒng)竄液問題，保證系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，后系統(tǒng)可正常出料。但同時也導(dǎo)致進入吸收區(qū)域的煙氣溫度較高，造成SO2吸收區(qū)內(nèi)產(chǎn)生大量的氨逃逸，排放過程中生成大量的氣溶膠和二次鹽，加劇了煙氣拖尾現(xiàn)象。

恢復(fù)濃縮段二級循環(huán)噴淋管線噴頭，重新設(shè)計二級循環(huán)噴淋管線及噴頭的布置，匹配當(dāng)前 1000 m3/h 循環(huán)漿液量，提高濃縮洗滌降溫效果，保證漿液在塔內(nèi)合理的覆蓋面積以及與高溫?zé)煔獾某浞纸佑|。重新調(diào)整濃縮循環(huán)噴淋層上下間距，考慮在集液器下部增加一層填料，解決濃縮循環(huán)漿液向吸收段竄液的問題。

同時，考慮在電除塵器入口前增加低溫省煤器，降低進入電除塵器內(nèi)的煙氣溫度，不僅可以有效提高電除塵器的效率，降低進入脫硫系統(tǒng)的塵含量，而且還可以解決進入脫硫系統(tǒng)煙氣溫度高的問題。

4.2.2 SO2吸收系統(tǒng)升級改造

現(xiàn)有裝置SO2吸收系統(tǒng)有4臺 500 m3/h 的吸收循環(huán)泵，三層噴淋，第一、二層噴嘴向上，第三層噴嘴向下，每層噴淋設(shè)計量 500 m3/h。

前期因SO2吸收效率較低的原因，于2018年6月份對第一層、第二層噴淋(從下向上數(shù))進行了擴容改造。在一、二層噴淋母管不變的情況下，將每層噴淋層增加9個噴頭，將每層噴淋的噴淋量由原 500 m3/h 擴容到 750 m3/h，總吸收液由 1500 m3/h 提升到 2000 m3/h，液氣比由改造前的 1.65 L/m3提升到 2.2 L/m3。

按照目前解決煙氣拖尾的思路，重新調(diào)整各層噴淋之間的間距在合理范圍內(nèi)，并將第二層噴淋層噴頭方向由向上噴灑改為向下噴灑，提高SO2吸收區(qū)的吸收率。將每層噴淋量擴容到 1000 m3/h，總噴淋量 3000 m3/h，將液氣比提升到 3.0 L/m3以上，才能更好地提升吸收效率，保證循環(huán)漿液盡量在低pH值條件下運行，從而降低排放煙氣中的氨逃逸及SO2，防止二次生成鹽。

4.2.3 SO2吸收段后增加洗滌凈化系統(tǒng)

對現(xiàn)有脫硫塔頂部進行增高，在三層噴淋上方增加一套清水洗滌凈化系統(tǒng)，拆除原有填料及除霧器；利用集液器將現(xiàn)有的SO2吸收段與洗滌凈化段隔開；對新增洗滌凈化段進行擴徑到φ13 m，以降低洗滌凈化段空塔氣速在 2.8 m/s 左右，并增加一臺 1000 m3/h 的循環(huán)水泵連續(xù)對脫硫后的煙氣進行噴淋洗滌，提高系統(tǒng)的氨回收率，降低氨逃逸及煙氣攜帶液滴中的含鹽濃度，降低排放煙氣攜帶的溶解鹽。

如果條件可以，可以在洗滌凈化系統(tǒng)增加循環(huán)水換熱器，降低洗滌噴淋洗液的溫度，對排放煙氣進一步冷卻降溫，進一步降低煙氣中的飽和水量，有利于減輕水汽拖尾長度。

4.2.4 除霧器升級改造

對現(xiàn)有的兩級 400 mm 平板除霧器進行拆除，更換2層目前廣泛采用的屋脊式除霧器，同時再增加一層絲網(wǎng)除沫器。雙重把關(guān)，降低排放煙氣攜帶的液滴量。同時，對除霧器的沖洗水系統(tǒng)進行重新設(shè)計布置，提高除霧器沖洗面積，降低沖洗水系統(tǒng)故障頻率，保證煙氣出口霧滴含量小于 50 mg/m3，降低排放煙氣攜帶的溶解鹽。

改造前后對比圖如圖4所示。

圖4 脫硫系統(tǒng)升級改造前后對比簡圖

5 改造后的效果

改造后的脫硫系統(tǒng)比未改造前運行效果將明顯提升，脫硫效率更高，排放指標更低，排放煙氣的霧滴含量小于 50 mg/m3，SO2小于 35 mg/m3，氨逃逸小于 8 mg/m3。加上已投用的濕式電除塵器系統(tǒng)，粉塵小于 10 mg/m3，煙氣拖尾將明顯得到改觀、拖尾長度將明顯變短。

由于地域環(huán)境影響，呼倫貝爾的冬季溫度平均氣溫在 -35 ℃ 左右，極端寒冷條件下很難解決煙囪排放出口白煙小于 500 m。如果需要進一步降低煙氣拖尾長度，同步還要考慮對MGGH工藝系統(tǒng)的改造。