氨法脱硫工艺参数对气溶胶排放特性的影响

刘鹏勃 孙燕妮

摘 要：随着合成氨工业的不断发展以及湿式氨法烟气脱硫工艺的不断完善和改进，近年来，氨法脱硫工艺由于其气液反应速度快、脱硫效率高及脱硫副产品可回收利用等优点而在燃煤电厂得到应用推广。但是在氨法脱硫过程中容易产生大量的气溶胶颗粒，不仅会影响设备的安全运行，而且会随着烟气排入大气环境中，对气候、环境和人体健康造成严重的危害，气溶胶问题已经成为制约氨法脱硫工艺推广应用的技术瓶颈。基于此，本文主要对氨法脱硫工艺参数对气溶胶排放特性的影响进行分析探讨。

关键词：氨法脱硫;工艺参数;气溶胶排放特性;影响

1、实验系统与方法

试验系统如图1所示，主要由全自动燃煤锅炉、缓冲罐、旋风分离器、湿法烟气脱硫系统和分析测试系统等组成，额定烟气量为150m3/h，最大烟气流量200m3/h;脱硫塔塔径150mm，塔高4000mm，塔内可加装填料、筛板等塔内件，塔出口安装旋流板除雾器。工艺流程为：燃煤锅炉产生的烟气经缓冲罐进入旋风分离器去除粗颗粒（dp≥10！m）后，通过增压风机增压进入脱硫系统，在脱硫塔内与脱硫液逆流接触，然后经引风机排放。

烟气中气溶胶颗粒浓度及粒径分布采用芬兰Dekati公司生产的电称低压冲击器（ElectricalLowPressureImpactor，ELPI）实时在线测量，ELPI可测试的颗粒粒径范围为0.023～9.314μm。用于形貌和元素组成分析的颗粒物样品借助75R647型采样泵，由不锈钢滤筒采集，采用荷兰FEL公司的Sirion200场发射扫描电子显微镜分析。SO2浓度采用德国MRU公司生产的Delta2000CD-IV型烟气分析仪在线监测。

模拟实验中，脱硫液采用扬子热电厂提供的过饱和硫酸铵溶液，通过添加氨水调节溶液pH值。烟气中SO2浓度可在缓冲罐内通过添加SO2调节;SO3由50℃水浴加热50%的发烟硫酸产生，并以N2作为载气加入塔进口烟气中，通过控制氮气流量以改变SO3添加量。由于模拟试验系统塔高无法与实际脱硫塔相比，为使模拟实验中气溶胶形成较为显著，选用相对较高的脱硫液pH值（6.0-7.2）和烟气SO2浓度;其余实验参数均根据表1所示的扬子热电厂II期氨法烟气脱硫装置实际运行工况参数选取。

2、结果与讨论

2.1 氨法脱硫前后气溶胶颗粒物性变化

扬子热电厂II期氨法脱硫装置气溶胶排放特性的试验结果如图2所示;试验条件：塔进口烟温TG=130℃，试验烟气量Q=150m3/h，SO2浓度CSO2=1500mg/m3，脱硫液温度TL=55℃;pH=7.0。可见，在上述试验条件下氨法脱硫过程中有明显的气溶胶颗粒形成，质量浓度由脱硫前约50mg/m3增至约200～400mg/m3。

脱硫前的颗粒物大多呈球形结构，颗粒大小较为均匀，主要元素为Ca、O、Si、Al、C等，次要元素为Na、K、Fe、S等，从其主要元素的种类可知主要为难溶于水的硅铝质矿物颗粒。与此不同的是，氨法脱硫后的颗粒物形态发生了较大的变化，粒径显著增加，颗粒表面光滑，多呈规则的晶体结构，含长方体、棱柱体等晶习，与初始燃煤烟气中颗粒物相比，氨法脱硫后的颗粒物中S、O元素含量显著增加，而Al，Si含量均很低，从元素组分含量可以推知该颗粒主要为含硫、氧的气溶胶颗粒，如（NH4）2SO4、NH4HSO3、（NH4）2SO3等。

2.2 氨法脱硫操作参数对气溶胶排放的影响

2.2.1空塔气速的影响

在氨法烟气脱硫过程中，过高的空塔气速会导致严重的雾沫夹带，将大量的脱硫液液滴带出脱硫系统，引起“硫铵雨”;同时，当塔内加装填料、筛板、除沫丝网等塔内件时，过高的空塔气速易出现液泛，使塔设备不易操作稳定。为能定量获得其影响特性，进行了烟气量在115～200m3/h范围下的试验，对应的空塔气速范围为2.50～4.30m/s。脱硫净烟气中气溶胶浓度随空塔气速增大明显增多;空塔气速为3.25m/s时，脱硫净烟气中气溶胶由脱硫前的约50mg/m3增至200mg/m3;随空塔气速进一步增至4.30m/s，脱硫净烟气中气溶胶可增至约350mg/m3，是脱硫前的7倍。这主要是由于空塔气速越高，脱硫系统雾沫夹带现象越严重，使更多吸收SO2后的脱硫液滴随烟气排出，进入大气环境后可逐步蒸发析出固态气溶胶颗粒。

2.2.2脱硫液pH值的影响

脱硫净烟气中气溶胶浓度随脱硫液pH值升高而增大，特别是当pH值高于6.5时尤为显著，如脫硫液pH值由6.5提高至7.2时，脱硫净烟气中气溶胶颗粒质量浓度可由70mg/m3左右增至225mg/m3左右。这主要是由于脱硫液pH值较高时，脱硫液中挥发逸出的氨气量增加，相应地，气态NH3与烟气中SO2反应生成的亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、硫酸铵等气溶胶微粒数量增多。因此，实际氨法脱硫中，在不影响脱硫效率的前提下，应尽可能控制较低的脱硫液pH值以抑制气溶胶生成和排放。

3、结论

（1）氨法烟气脱硫过程中会产生大量气溶胶颗粒，使得脱硫前后颗粒物物性发生显著变化。

（2）氨法脱硫气溶胶排放量随空塔气速、脱硫液pH值及其浓度、液气比、烟气及脱硫液温度、烟气中SO3浓度的增大而增加;在不影响脱硫效率及系统正常运行的前提下，可通过优化操作条件减少气溶胶排放。

（3）在相同脱硫性能下，填料塔、筛板塔结构塔设备气溶胶排放量低于喷淋空塔。

参考文献

[1]王志雅.氨法脱硫中氨逃逸和硫酸按气溶胶现象「J].化工设计通讯，2014，40（5）：35-38.

[2]颜金培，杨林军，鲍静静.湿法脱硫烟气中细颗粒物的变化特性「J].中国电机工程学报，2011，41（2）：21-26.