复合氨法脱硫工艺中氧化槽和湿式电除尘器应用小结

孟晓琴，袁平华

［阳煤丰喜肥业 （集团）有限责任公司临猗分公司，山西临猗 044100］

0 引 言

阳煤丰喜肥业 （集团）有限责任公司临猗分公司现有3套锅炉烟气氨法脱硫装置：第1套配套2台75t／h循环流化床锅炉，合用1台脱硫塔 （空塔，即无塔内件），脱硫塔直径4.8m、高30m，设计采用塔内吸收、氧化、浓缩结晶工艺；第2套配套1台130t／h煤粉锅炉，脱硫塔 （1台）直径4.8m、高30m，脱硫塔内用集液器分成2段 （上部为吸收段、下部为浓缩段），设计采用塔内吸收和浓缩结晶、塔外氧化工艺；第3套配套新建的280t／h循环流化床锅炉，采用脱硫塔塔内吸收、浓缩和结晶及塔外氧化工艺，塔顶设有湿式电除尘器。

280t／h循环流化床锅炉烟气复合氨法脱硫装置，采用脱硫塔塔外氧化、塔内浓缩和结晶工艺，塔内自下而上布置有文丘里分布器、2层集液器+2层托盘、2段水洗、2层屋脊式除雾器，塔顶布置有湿式电除尘器，外加烟囱直排；脱硫塔塔外布置有氧化槽、稀氨水槽、水洗槽、各式泵设备及硫铵回收装置。复合氨法脱硫装置中的关键设备——氧化槽和湿式电除尘器是整个系统运转的中枢神经，氧化槽担负着副产品硫铵的形成，湿式电除尘器控制着出口尾气中的粉尘含量，二者相辅相成，保证着整个系统的顺利、环保运行。以下就280t／h循环流化床锅炉烟气复合氨法脱硫装置中氧化槽和湿式电除尘器的应用情况进行总结。

1 氧化槽

1.1 氧化槽在复合氨法脱硫系统中的作用

氧化槽为非标容器，规格为φ 10000mm×10000mm。氧化槽为筛板槽，槽里面有2层筛板，筛板上密布着气孔。筛板有两大作用：一是增大气液接触面积，空气通过筛板孔会使液面产生鼓泡，使吸收液与空气充分接触而氧化；二是减缓空气流速、增加空气在槽内的停留时间。氧化风机设计为2台 （一用一备），Q＝109.1m3／h、p＝98 kPa，风压在98kPa左右的空气在氧化槽中停留时间要超过6s，以保证亚硫酸铵的氧化效果。

复合氨法脱硫装置中氧化槽与脱硫塔之间的流程见图1。空气从氧化槽底部鼓入，槽顶与脱硫塔有气相和液相连接管线，气相为从罗茨风机鼓入的空气，没有反应完全的空气 （主要是N2）与脱硫烟气混合后从脱硫塔顶排出；液相为脱硫吸收液，经喷嘴与烟气接触后，经集液器自流入氧化槽，保证氧化槽和脱硫塔之间建立起循环（也有厂家将氧化槽称为 “循环槽”）。脱硫循环泵 （单台循环泵的额定流量为900m3／h）出口与脱硫塔喷淋层连接，一共设有5台脱硫循环泵，对应5层喷淋层。

氨水是氨法脱硫的吸收剂，是脱硫的主要原料，脱硫用氨水也是从氧化槽加入。复合氨法脱硫工艺中，脱硫塔被分隔成3段，自下而上分别为浓缩段、吸收段和水洗段，吸收段是氨与SO2发生反应的主要区域，而氧化槽与吸收段之间是建立了循环的，即两者是一体的；氧化槽在与脱硫塔建立起脱硫吸收液循环的同时，也对脱硫塔浓缩段进行补液，保证浓缩段液位在一定的范围内，不会使高温烟气直接进入吸收段，而浓缩段自身也能建立起液体循环，给烟气降温的同时其中的脱硫吸收液不断浓缩，硫铵晶体不断长大，直至能够从离心机中分离出来。

简言之，氧化槽在整个复合氨法脱硫装置中起着承上启下、前后衔接的作用，是整个系统的中枢神经，占有举足轻重的地位。

图1 复合氨法脱硫装置中氧化槽与脱硫塔之间的流程示意图

1.2 氧化槽与脱硫浆液pH

脱硫浆液p H是烟气氨法脱硫系统需要控制的重要参数之一，它决定着SO2的吸收反应，系统中氨的加入量调整及硫铵晶体形成快慢均与脱硫浆液p H的控制稳定与否相关。脱硫浆液p H的主宰者是氨水，而氨水的加入是在氧化槽中进行的，为保证氨水在氧化槽内混合均匀，使进入脱硫塔的脱硫液p H和氧化槽p H计示数不会偏差太大，在氧化槽内设有一隔板，将氨水区和脱硫液区分开，氨水区空间很小，加入的氨水能够溢流至脱硫液中；所有的脱硫循环泵都安装在脱硫液这边，且脱硫循环泵的进口管线位于氧化槽底，新鲜的氨水有足够的时间与脱硫液进行均匀混合。

氨法脱硫工艺中氨水的加入位置对系统运行状况有非常大的影响。公司的第1套氨法脱硫装置，在未设氧化槽之前首先从脱硫塔底部加入氨水，当时只设计了1个加入点，运行后就发现脱硫浆液p H很不稳定，忽高忽低。经反复分析后认为，问题的原因在于加氨水位置不对，因为整个系统氨水添加量是根据脱硫浆液p H来确定的，而当时设置的p H计离加氨水位置比较近，稍微加点氨水浆液p H示数就升高了，而实际上脱硫浆液p H并不高，结果造成脱硫溶液中亚硫酸氢铵过多 （N H3+SO2+H2O→N H4HSO3），又因为亚硫酸氢铵易溶于水，在溶液中状态稳定，导致生产中出现脱硫浆液密度已达到要求但就是分离不出硫铵产品的现象 ［硫铵难溶于水，在水中会长成一个个小晶体，达到一定浓度 （固液比）才能从离心机中分离出来］，而当时尚处于工艺摸索阶段，设计厂家也是一筹莫展。硫铵产品分离不出来，而出口烟气中SO2还时不时超标，除雾器堵塞，烟气拖尾现象严重。系统停车检查发现有大块的盐类物附着在脱硫塔塔壁上，大的像块大石头，把塔下部的扰动管和氧化风管都砸断了。经化验分析，这些结晶物大部分是亚硫酸氢铵和硫酸氢铵，它们堵塞浆液喷嘴和除雾器，甚至布满出口烟道；烟囱烟气拖尾即源于此，因为带出物太多，烟气比重 （密度）大，无法扩散，只有往下沉，尤其是冬天，烟气抬升高度不够，整个厂区弥漫着一股浓浓的臭鸡蛋气味。归结起来，出现这些现象均源于脱硫浆液的p H没有控制好，氨水加入不均匀或者是氨水加入太少，没有生成硫铵，而是生成了硫酸氢铵和亚硫酸氢铵，它们较硫铵在水中的溶解度大，即使饱和了也形不成晶体，无法从离心机中分离出来，当达到过饱和状态时，硫酸氢铵和亚硫酸氢铵才从溶液中析出，经喷嘴喷出后附着在塔壁和梁上，久而久之，形成大块物。

第1套氨法脱硫装置运行不正常，我们对其进行了改造，采用塔外氧化、塔内浓缩结晶工艺；第2套氨法脱硫装置也采用塔外氧化、塔内浓缩结晶工艺；第1套、第2套烟气氨法脱硫装置2台脱硫塔共用1台氧化槽，氧化槽上设有1个氨水加入点，即用隔板在氧化槽内给补加的氨水设置一个 “小房间”，氨水经溢流与氧化槽中的吸收液慢慢混合均匀。p H计设计为2个，分布在2台脱硫塔的浓缩段，但运行过程中发现2台脱硫塔的p H计示数不一样，且偏差较大。经反复研究分析，还是认为氨水加入点设置有问题，氨水与氧化槽内的吸收液混合不均匀，导致2台脱硫塔浆液p H计示数不一样，无法为操作提供可靠的依据。

针对这一问题，设计厂家经过研究，决定第3套复合氨法脱硫装置改变氨水加入点，将氨水改由从氧化槽顶部加入。因氧化槽有10m高，槽内液位控制在6～8m，新加入的氨水从氧化槽顶部落下，有足够的时间与氧化槽内的吸收液充分混合，而循环泵安装在氧化槽底部，将氧化槽内与氨水混合均匀的吸收液打入脱硫塔对SO2进行吸收。为保证吸收液p H的真实性，280t／h循环流化床锅炉复合烟气氨法脱硫装置不再将p H计安装在氧化槽上，而是安装在了脱硫循环泵出口 （即脱硫塔液相进口），即在泵出口安装一个小容器，p H计安装在这个小容器里面，用支管将各泵出口吸收液汇集到小容器中进行p H检测，以确保进塔溶液p H计示数的真实有效。

另外，第3套烟气复合氨法脱硫装置采用技术手段，将氨水泵的变频调节与p H进行联锁，一旦p H偏低，氨水泵会自动加快转速为系统补氨，而当p H达设定值附近时，氨水泵又会自动调低转速，从而保证吸收液和浆液p H的稳定。当浆液p H保持稳定时，亚硫酸铵的形成、氧化、结晶就能顺利进行，继而形成稳定的、在溶液中溶解度低的硫铵，且硫铵晶体能够顺利长大到足够从离心机分离出来，而不是生成硫酸氢铵无法形成晶体并在水中因溶解度大而无法析出，造成脱硫液过饱和，堵塞喷嘴和除雾器，并随烟气带出导致烟气拖尾，使脱硫系统工况恶化，直至无法运转下去。

经过一系列的技改及调整，第1套和第2套氨法脱硫装置把氨水加入点都改到了氧化槽的顶部，第3套复合氨法脱硫装置又新增了p H与氨水泵变频联锁调节系统。目前280t／h循环流化床锅炉烟气复合氨法脱硫系统氧化槽液位控制在6～8m（液体阻力≤80kPa），脱硫浆液p H＝5～6，脱硫塔液位4m左右，开3台脱硫循环泵和1台氧化风机，在锅炉负荷约75%、烟气量300000m3／h、进塔烟气SO2含量为2500mg／m3的情况下，日产硫铵在25～40t，硫铵品质为一级，并且实现了超低排放。

2 湿式电除尘器

2.1 湿式电除尘器产生的背景

对于氨法脱硫工艺来说，虽然SO2和氨能够快速反应，但生成的盐类物不止是硫铵，还有亚硫酸氢铵、硫酸氢铵和碳酸氢铵等，这些盐类物不稳定，易溶解和分解，会经过集液器气帽进入除雾器系统，并且经除雾器随烟气进入烟囱内，由此形成平常我们所说的 “气溶胶”现象。

在氨法脱硫系统中，这种 “气溶胶”现象是不可避免的。因为随烟气带出的硫酸氢铵和碳酸氢铵温度降低后会在烟道及烟囱中析出，因此有时在烟囱或烟道中会发现白色的析出物，烟囱有时还会冒黄烟，这是亚硫酸氢铵和硫酸氢铵分解形成的 “酸雾”。氨法脱硫系统中的 “气溶胶”现象危害非常大，这是许多设计厂家多年来一直在研究解决的问题。

氨法脱硫工艺在除雾器进口增设水洗系统是近年来开发出的第1种去除 “气溶胶”的工艺。水洗液采用干净的一次水，且水洗液需单独循环，不与吸收液一起直排入氧化槽，否则脱硫系统的水平衡就无法保证，也就是说，需要另外设计1个水洗池供洗涤液单独循环，当氧化槽液位低而整个冲洗水系统无法维持氧化槽正常运转时，可将水洗池的水补入氧化槽内，然后再用一次水补充水洗池的液位。

增设水洗系统这一举措一般只是在氨法脱硫系统改造项目中采用，虽然水洗可降低烟气温度，使其中带出的盐类物及逃逸的氨重新返回系统，但毕竟水洗液和烟气接触时间极短，能吸收的物质有限，要使排放烟气烟尘含量≤5mg／m3，只增设水洗系统是远远不够的。于是，湿式电除尘器工艺应运而生，其类似于静电除尘器的工作原理，用于捕捉那些极细小的湿颗粒，从而减少烟气中的烟尘。

2.2 湿式电除尘器结构简介

湿式电除尘器由高／低压控制系统、冲洗系统、绝缘系统、阴极系统、气体分布系统、阳极系统组成。

高压控制系统由高压控制柜、高压发生器和隔离开关柜组成。高压控制柜通过P L C来控制；高压发生器将高压柜的控制输出整流成直流电进入湿式电除尘器；隔离开关柜保护检修时人员进入湿式电除尘器内的安全。低压控制系统通过低压控制柜及P L C和触摸屏来实现集中控制。

冲洗系统由管道、喷嘴、电动阀、流量计、压力变送器、放空阀、水泵组成。冲洗要求为单管单冲，冲洗线安装在上气室内。

绝缘系统是比较重要的系统，涉及到操作人员的人身安全。湿式电除尘器共设置有2个电场，每个电场包括4台电绝缘箱，电绝缘箱架设在顶部平台上，每个绝缘箱内装有锥形石英管1支、石英管压盖1个、视镜1个、热电偶1支，采用内保温。

阴极系统由大梁、小梁、吊杆、阴极线、重锤、高压机组等组成。电晕电极为2205高效芒刺极线。为保证电晕线在沉淀管中心，且不受气体流动的干扰而引起位移，每根电晕线下部设置8k g的重锤，上部固定在阴极小梁上，阴极小梁则铺在阴极大梁上；大梁由4根吊杆通过石英管压盖吊在绝缘箱的石英管上，其绝缘采用热风清扫装置。

气体分布系统的设置，缘于烟气由进气口进入湿式静电除雾除尘器时通道截面积突然扩大，容易因涡流而造成整个截面上的气体分布不均，故需在下气室内设置气体分布系统。材质采用FRPP，通过开孔的大小及开孔率来保证气体的均匀分布，气流均布系数σr＜0.2。

阳极系统的收尘装置 （内径12160mm）采用集束型，共分16组，管子呈蜂窝状排列，管子长度为6000mm，组装并连接好后，安装时通过其支撑法兰悬挂在壳体内的阳极支撑大梁上。阳极管采用碳纤维增强复合材料CFRP，内切圆直径为360mm的六边形管 （导电阻燃玻璃钢）规格6000mm×3mm，表面涂满导电的石墨粉，防腐的同时又带有导电的功能。每根阳极管中插入一根阴极线，阴极线为芒刺型2205耐腐蚀的合金扁钢，整个构架为悬吊式，用8根大梁和8根立柱把阴／阳极系统悬挂起来。每根阳极管口上部正中心配套1个冲洗水喷嘴，用来对湿式电除尘系统进行冲洗，冲洗水采用高压一次水，一般每天冲洗1次，冲洗水进入到水洗池。

2.3 湿式电除尘器安装注意事项

湿式电除尘系统最核心的部分是高频电源和阴／阳极系统。高频电源要将湿式电除尘系统电压从380V升高到60k V，而阴／阳极系统由于阳极管束高达10400mm（脱硫塔底部塔体直径为8600mm，此处内径为12160mm，相当于在脱硫塔上部加了个 “大肚子”），须保证安装过程中不能有任何的倾斜，否则即使阴极线安装是垂直的，由于阳极管是倾斜的，阴／阳极间距不一，也会导致在升压过程早早发生放电现象，电压无法升上去，而如果电压升不上去，整个湿式电除尘器的除尘效果就会大打折扣。湿式电除尘器在开车运行的过程中，因电击产生电火花导致脱硫塔被烧毁的情况已经发生过，主要原因就是电压升不上去强行升压，阴、阳极短路着火，而阳极管是玻璃钢的，即使加了阻燃剂，但反复放电打火也会起火燃烧，事故的根本原因还是在于阴、阳极间距安装不合格，阳极管束发生倾斜或阴极线安装不垂直，导致阴／阳极间距过小，在升压的过程中产生电火花，从而导致脱硫塔着火。

2.4 湿式电除尘器的应用情况

烟气氨法脱硫工艺已历经多年的发展，而湿式电除尘系统是近几年才开发并应用的，其不仅可在氨法脱硫工艺中应用，在钙法、镁法、半干法等烟气脱硫工艺中均能应用，毕竟如今烟气的超低排放已是大势所趋，只依靠除雾器及水洗是无法实现超低排放的。目前，公司湿式电除尘器运行二次电压为29k V、电流为200m A，每天冲洗1次，除雾器压差30P a，水洗槽液位3m左右，整个湿式电除尘器运行正常，其烟气排放D C S界面如图2所示。

图2 烟气排放D C S界面示意图

由图2可看出，排放烟气中粉尘含量为0.02mg／m3（折算值，下同）、SO2含量为0.92 mg／m3、N OX含量为 8.36mg／m3，完全达到超低排放要求。

3 结束语

综上所述，我公司的锅炉烟气氨法脱硫装置历经多年的应用和改进完善，整个工艺和装置已经发生了翻天覆地的变化，特别是新建成的280 t／h循环流化床锅炉配套的复合氨法脱硫装置（脱硫塔塔外氧化、塔内浓缩结晶，塔顶设有湿式电除尘器），其关键设备之一氧化槽已经得到了很大的优化改进，加之另一关键设备——湿式电除尘器的应用，使得除尘器出口烟气粉尘含量≤20 mg／m3已经能够轻易实现，而脱硫塔进口烟气中粉尘的减少又给亚硫酸铵的氧化创造了良好的条件。目前，280t／h循环流化床锅炉烟气复合氨法脱硫装置经过几个月的运行调试，运行状况良好，在锅炉负荷75%左右、烟气量300000m3／h、进脱硫塔烟气中SO2含量2500mg／m3的情况下，日产硫铵（一级品）在25～40t，排放尾气中粉尘含量为0.02mg／m3、SO2含量为0.92mg／m3、NOX含量为8.36mg／m3，完全实现了超低排放。现场白色的烟气与蓝天白云交相辉映，碧水蓝天，我们做到了！