烟气氨法脱硫工艺利用三级水洗降温冷凝的消白工艺

卜正国

(江苏孝天环保科技有限公司，江苏 淮安 223001)

1 前言

废气脱硫技术中，通过湿式氨法脱硫在技术、经济、环境影响方面的竞争性分析，显示湿式氨法脱硫技术优势明显，更加符合我国国情以及更加严格的二氧化硫排放标准的要求，氨法脱硫工艺逐步得到了较大的发展。氨法脱硫的超低排放技术在燃煤锅炉烟气脱硫技术上，采用吸收、浓缩多功能一体化脱硫塔或将吸收段单独设置的脱硫工艺设计，氨法脱硫工艺中氨—硫酸铵工艺的具有代表性，应用较多。

烟气氨法脱硫技术主要利用生产过程中产生的回收氨水或者工业氨水吸收处理烟气中的有害成分二氧化硫，转化成最有价值的副产物硫酸铵，创造最大的社会效益、环境效益、经济效益。

文章论述的氨—硫酸铵的氨法脱硫工艺中的三级水洗系统中水的成分，根据其成分研究开发的湿烟气的消白工艺。

2 氨法脱硫工艺简述

氨法脱硫技术以水溶液中的NH3和SO2反应为基础，在多功能烟气脱硫塔的吸收段一级循环喷淋吸收，液氨将锅炉烟气中的SO2吸收，得到脱硫中间产品亚硫酸铵或亚硫酸氢铵的水溶液；在脱硫塔的氧化段，鼓入压缩空气进行亚硫铵的氧化反应，将亚硫铵直接氧化成硫铵溶液。

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在脱硫塔的浓缩段二级循环喷淋浓缩，利用高温烟气的热量将硫铵溶液浓缩，得到固含量为10%～15%左右的硫铵浆液，浆液经旋流器浓缩、离心分离、干燥、包装等工序，得到硫铵产品。

反应后的净烟气经三级水洗槽的水循环洗涤，再经除雾器除去烟气中携带的液沫和雾滴，由脱硫塔顶部净烟气排至烟囱排放。

3 三级水洗降温冷凝消白工艺

根据氨法脱硫的特性，存在以下主要问题：氨逃逸；气溶胶；腐蚀问题；不结晶问题。由于氨的逃逸问题、气溶胶问题，氨容易随烟气释放到空气中，使烟气拖尾长。在设计时加了三级水洗系统，用于对烟气的洗涤，洗涤烟气中含氨、二氧化硫、含铵盐、粉尘等。含有此类液滴带入大气中更容易造成烟尾长，而对烟气降温冷凝可以将烟气中水分冷凝析出，也可将有害杂质随液滴带出，减少烟气的二氧化硫、颗粒物成分。经研究开发对氨法脱硫的三级水洗系统的水降温后，再喷淋水洗净烟气，可以对烟气降温，将烟气中部分水冷凝下来。达到对烟气的降温、降湿，达到对烟气消白的功能。

3.1 氨—硫酸铵的氨法脱硫工艺中三级水洗槽水成分(见表1)

含硫酸铵溶液的pH值会因硫酸铵的含量增加而明显下降。现场测量的三级水洗槽的水pH值低至2.0～4.0，类似强酸，随着系统运行周期增长，氯离子累积增加，在酸性条件下，氯离子腐蚀性极强。因而设备选材、工艺选择尤为重要。

表1 三级水洗槽水成分Tab.1 Water composition of three-stage water washing tank

3.2 消白工艺流程

烟气脱白改造项目，一般采取相应技术降低烟气温度，通过收集烟气中液滴和饱和水蒸气中水分的方式，减少溶解性盐类和可凝结颗粒物的排放，一般文件要求如下：“夏季(4月～10月)冷凝后烟温达到47 ℃以下，烟气含湿量10.4%以下；冬季(11月～次年3月)冷凝后烟温达到45 ℃以下，烟气含湿量9.5%以下”。

根据上述要求，全国首例创造性开发在氨法脱硫工艺中充分利用三级水洗系统进行消白改造，不需要对生产系统做大的改造就可以达到目的。原本氨法脱硫工艺中三级水洗系统就是为了洗涤净烟气中溶解性盐类和可凝结颗粒物。净烟气出口温度在45 ℃～56 ℃，用开式冷却塔或闭式冷却塔的冷却循环水通过板式换热器对三级水洗水冷却降温，冷却后的水洗水仍按照原管路系统循环喷淋冷却净烟气，进一步降低净烟气的温度，达到降低净烟气含湿量，降低烟气中水份排入大气，也减少烟气体积，降低烟气排放速度，减少带出液体水。

3.3 消白关键设备

3.3.1 冷却塔

冷却塔为三级水洗水降低温度提供冷源。冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷系统中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置。

冷却塔分为开式冷却塔和闭式冷却塔，同样工艺条件，闭式冷却塔是开式冷却塔占地面积的5倍，闭冷却塔是开式冷却塔投资的3倍。开式冷却塔有着显著的优势。因为间壁换热，冷却塔材质使用常规材料就可以满足需求。

3.3.2 板式换热器

板式换热器是此消白工艺中关键设备。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3倍～5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%。

因板式换热器直接接触三级水洗水，水洗水呈现强酸性，腐蚀严重。在经过反复试验研究，在材质上必须是254SMO超级不锈钢，或者2605N、2507以上的双相不锈钢。

4 结论

创造性开发在氨法脱硫工艺中充分利用三级水洗系统进行消白改造，选用好关键设备板式换热器的材质，不需要对生产系统做大的改造就可以达到消白目的。在冷凝净烟气的同时可以将净烟气中溶解性盐类和可凝结颗粒物随烟气冷凝水带出，使净烟气中二氧化硫、颗粒物含量更小，净烟气更干净。对大气污染更少，净烟气达到超低排放指标，满足环保指标要求。