煤化工中氨法脱硫技术的应用探讨

徐永双

摘要：随着国家对环保要求的日渐严苛，氨法脱硫因其脱硫效率高、副产品硫铵可回收利用等特点，在煤化工尤其是本身拥有氨资源的炼化项目配套生产中得到了广泛应用。但氨法脱硫工艺伴生的气溶胶现象，造成大气中PM2.5增加并严重影响自然环境，危害人类健康。本文简要介绍了氨法脱硫工艺流程，通过氨法脱硫超低排放环保改造技术对某厂现有氨法脱硫工艺进行技术改造升级，使锅炉烟气的排放量达到国家超低排放标准。

关键词：煤化工;氨法脱硫;应用

1 引言

为了保证排放的烟气中NOx的含量符合国家排放标准，火煤化工企业通常采用烟气脱硝工艺来控制。在烟气脱硝工艺中，通常采用具有良好选择性，较高效率和稳定性的SCR脱硝工艺，即将NOx与还原剂发生氧化还原反应，从而转化为无害的N2和水。实际的应用过程中，为维持较高的脱硝效率，加入的氨量超过了与NOx等摩尔反应的理论值，导致过量的氨未能反应且随烟气“逃出”脱硝反应器，这种现象被称为“氨逃逸”。当氨逃逸较高时，会导致运行成本增加以及对锅炉烟气净化系统产生影响。逃逸的氨少部分以硫酸氢铵的形式沉积在空预器和被飞灰带走，大部分的进入脱硫系统，因此以逃逸氨对脱硫塔以及脱硫废水处理系统及环境是否会产生影响进行了分析。

2 氨法脱硫工艺简介

氨法脱硫是一种高效、低耗能的湿法脱硫方式，脱硫过程是气液反应，反应速率快，吸收剂利用率高，能保持脱硫效率95%～99%。氨法的最大特点是SO2的可资源化，可将污染物SO2回收成为高附加值的商品化产品。氨法脱硫主要包括两部分，其一是指SO2的吸收，其二是亚硫酸铵的氧化。在采用这种方法进行脱硫的过程中要用到吸收剂，能够选择性的吸收液体。在脱硫过程中一般以液氨作为吸收剂，有时也会用到氨水，其过程是对在制硫过程产生的二氧化硫气体进行吸收，然后再将尾气排放到大气中，反应过程中产生的亚硫酸氨溶液被氧化，进一步生成硫酸铵溶液。对于生成的溶液要进行浓缩，使用原烟气中的热量将其浓缩，这一环节完成后要进行结晶处理，采用结晶系统进行结晶，一般以蒸发结晶为主，最后生成硫酸铵浆液。将浆液进行分离处理，采用分离处理系统将硫酸铵进行分离，然后将其干燥处理，再进行包装。这种烟气脱硫法是一种相对较为环保的脱硫工艺之一，尤其我国此种脱离工艺刚起步，因此技术尚不够成熟。这种脱硫法的优势在于其脱硫的效率较高，而且在整个过程中不会产生二次污染，还可以将SO2进行回收再利用，提升了资源的利用率。当前我国已经可以采用硫酸铵制作化肥，采用这种脱硫方法在脱硫过程中会形成亚硫酸铵，而其可以还原氮氧化物，因此采用这种工艺一方面可以脱硫，另一方面还能脱硝，在一定程度上降低了温室效应。

3 实验对象

被选择的、优化后的多段分区脱硫塔系统。烟气洗涤降温区的循环浆液为吸收塔浆液，其利用进口烟气的热量，使硫酸铵溶液达到饱和并析出晶体——塔内结晶;SO2吸收区的循环浆液来自设置在吸收塔外的2级循环槽;颗粒物及氨逃逸控制区的循环液为工艺水，来自设置在吸收塔外的3级循环槽。针对原脱硫出口硫酸铵颗粒物浓度高的情况，煤化工企业对控制颗粒物及氨逃逸的3级循环区域结构进行了改造，改造内容包括：扩大了该区域结构的直径;工艺水淋洗喷淋层由1层变为2层，并加大了原有工艺水淋洗水量;在原有的2层V型除雾器的基础上，增加了1层高效除雾器;多孔填料用塑料丝替换原有的斜板通道。

4 实验方法

4.1 采样方法

前期在锅炉75%BRL负荷、SO2排放浓度小于10mg·m-3的条件下，跟踪、测试吸收塔进、出口颗粒物浓度。可以看出，在吸收塔入口烟尘浓度很低的情况下，吸收塔出口颗粒物浓度是进口烟尘浓度的4～5倍，且冷凝液中离子态硫酸铵浓度约为颗粒物浓度的60%，即运用常规采样方法不能准确反映氨法脱硫塔出口硫酸铵颗粒物浓度。同时，不管是哪种运行条件，出口颗粒物浓度在線CEMS监测仪均无法准确反映烟气中实际的颗粒物浓度。有研究表明，氨法脱硫吸收塔出口硫酸铵粒径分布集中在0.07～0.70µm，即存在硫酸铵穿透滤膜或滤筒的可能，且目前缺乏高湿度条件下，滤膜与滤筒对硫酸铵颗粒捕集效率的研究结果。因此，分析中采用滤筒或滤膜上可过滤颗粒物（FPM）与可凝结颗粒物（CPM）之和作为出口硫酸铵浓度。

1）采样前，用去离子水对采样枪、采样连接管、气水分离器进行清洗。2）启动采样仪，对清洗后的采样枪、采样连接管、气水分离器进行抽空气风干。3）在采样过程中，采样枪的把手端向下倾斜5°～10°，采样连接管以向下倾斜的方式连接采样枪与气水分离器。4）采样后，保存滤膜或滤筒的同时，收集从采样枪、采样连接管、气水分离器中被采烟气中冷凝出的冷凝液。5）采样后，用去离子水对采样枪、采样连接管、气水分离器进行清洗，并收集清洗液。6）用去离子水溶解滤筒或滤膜上的可过滤态硫酸铵，再利用阳离子色谱仪测定溶液中NH4+量，计算脱硫塔出口可过滤颗粒态（FPM）硫酸铵浓度;同时，利用阳离子色谱仪测定冷凝液与清洗液中NH4+量，计算脱硫塔出口可凝结颗粒态硫酸铵（CPM）浓度（以硫酸铵与亚硫酸铵形式存在的可凝结颗粒，均计算成硫酸铵颗粒），各个条件下平行采样2次，取平均值。

4.2 氨法脱硫超低排放改造

（1）在吸收塔顶部增设超声波除尘一体化超低排放系统，增加吸收塔高度，并为每台吸收塔设置1套超声波发生器及配套设施。超声波除尘是利用超声波的特点，使亚微米颗粒在声波的作用下发生共振，颗粒越小则振幅越大，相互团结发生凝并，从流动的烟气中分离，进一步降低烟气中的总尘含量。（2）调整吸收塔内结构，改善吸收塔内气液流场分布，进一步提高气液接触效果，强化脱硫塔细微颗粒物的控制，调整一级循环泵流量（由550m3/h调整为710m3/h）及相应的管道阀门设置。（3）优化吸收塔内除雾器设置，并在超声波一体化系统顶部设置高效除雾器。（4）每台塔增加1台三级循环水泵以及相应的管道、阀门系统，循环水泵流量Q=410m3/h。增大三级循环水槽容积，单台循环水槽容积由100m3增大为200m3。增高塔体，出口净烟道及净烟道支架做相应高度调整。

5 结束语

（1）逃逸氨经过正常运行条件下的脱硫系统后，对逃逸氨气液相平衡分布的影响因素及程度：氨逃逸率>pH值>脱硫废水的排放量>温度。（2）氨逃逸率一定情况下，温度和pH值的升高，会导致脱硫系统排出烟气的氨含量增大。（3）氨逃逸率增大，排入大气的氨量和脱硫废水的氨含量均增加;当典型的2台1000MW机组共用一根烟囱的情况下，氨逃逸率超过0.85mg/Nm3后，烟囱排放处不满足恶臭气体排放标准。

参考文献：

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（作者单位：宝泰隆新材料股份有限公司）