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燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺技术研究

生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计,党中央把生态文明建设作为统筹推进 “五位一体”总体布局和协调推进 “四个全面” 战略布局的重要内容。环境保护作为生态文明建设的重要组成部分,对生态文明建设、建设美丽中国起着至关重要的作用,在这一背景下,近年来我国有关环保标准更新迅速,对污染物的排放要求越来越严格,对锅炉烟气更是提出了超低排放的要求,企业所面临的环保形势越来越严峻。虽然烟气脱硫工艺经过几十年的探索、实践与完善已较为成熟,但在气溶胶、氨逃逸、脱硫除尘效率与满足超低排放上仍然存在一定的问题,本文针对这些问题,进行了一些研究和改进,改进效果明显。


1 燃煤锅炉烟气组分分析


燃煤锅炉以煤为热源,煤在燃烧过程中产生大量的烟气,燃煤锅炉烟气中主要污染物为 SO2、颗粒物、氮氧化物。锅炉烟气先经过电除尘器处理颗粒物,然后进入脱硫系统去除烟气中的 SO2及少量的颗粒物 ( 氮氧化物经脱硝处理后达标排放,本文不做介绍) 。

表 1 锅炉烟气组分分析


2 燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺及存在的问题

2. 1 燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺

氨法脱硫工艺采用 20% 氨水作为吸收剂,通过科学的加氨方式把氨水注入到脱硫系统。从锅炉引风机出来的热烟气通过烟道送入脱硫塔,热烟气在塔内迅速降温增湿,随后烟气逆流而上,与自上而下的浆液充分接触,循环吸收液利用高温烟气的热量将溶液进行浓缩,烟气通过集液器气帽进入脱硫塔吸收区。在脱硫塔吸收区内,向上与来自加氨槽中的吸收液逆流接触,SO2被充分吸收后,通过集液器气帽进入水洗除尘装置,通过大量清水洗涤去除烟气中夹带的硫酸铵以及在吸收过程中可能产生的微量气溶胶,净烟气进入除雾器去除烟气中夹带的液滴,最后进入线 - 网式湿电除雾器除雾除尘后由塔顶直接烟囱排放。脱硫塔底部的浓缩循环液通过浓缩循环泵送入脱硫塔浓缩段与高温烟气接触,利用高温烟气的热量将硫酸铵溶液进行浓缩,得到含固量约为 10% 的硫酸铵浆液,由硫酸铵浆液排出泵送入后处理系统,经液固分离、离心分离、干燥后,经过包装得到硫酸铵商品。整套工艺系统包括烟气系统、吸收循环系统、工艺水系统、吸收剂系统、硫酸铵后处理系统等。

2. 2 氨法脱硫工艺存在的问题

氨法脱硫过程中,氨气不参与脱硫反应,氨气与锅炉烟气一起从烟囱排出,形成氨逃逸现象; 分散并悬浮于大气中的液体或固体的小质点形成气溶胶现象; 氨法脱硫难点在于氨逃逸和气溶胶的控制以及持续稳定的满足超低排放的要求。氨逃逸和气溶胶的产生带来脱硫净烟气总尘不能达标排放、氨回收率低、经济损失大、烟气严重拖尾视觉效果差等问题; 在系统运行过程中,吸收循环系统、吸收剂系统等环节的持续稳定运行尤为重要,任一系统出现问题都将导致整个脱硫系统无法满足污染物超低排放的要求。

图1氨法脱硫工艺流程简图


3 燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺技术的应用与效果

3. 1 单塔多段多循环技术

单塔多段多循环技术是在多功能组合脱硫塔内实现浓缩、降温、脱硫、烟气的净化除尘及除雾等多种功能。每级循环分别设有独立的循环槽、喷淋层,形成相对独立的闭环循环回路。根据不同的功能,每个独立的循环运行参数独立控制,易于优化和快速调整。吸收氧化区硫酸铵浓度低、pH 值高,有利于 SO2的吸收及亚硫酸铵的氧化; 浓缩区硫酸铵浓度高、pH 值低,有利于硫酸铵的结晶。

3. 2 可控制氧化率技术

将吸收液和氧化液彻底分开,氧化液可保证99. 5% 以上的氧化率,而吸收液的氧化率可以进行合理控制,在保证脱硫效率的前提下,降低吸收液pH 值,从源头上杜绝氨逃逸。而吸收液的低氧化率又可以保证在原烟气参数突然往上波动,加氨调节没及时跟上的情况下,出口污染物排放浓度不会突然升高,从而避免 SO2超标排放,系统操作弹性大,运行稳定性好。

3. 3 旋流凝并技术

在升气帽底部安装旋流凝并器,通过旋流凝并器将由下向上的烟气产生旋流切向力,烟气携带的液滴在离心力作用下,聚集到凝并器侧板,小液滴凝并成大液滴,在重力作用下落到塔底部,可大大降低硫酸铵溶液的夹带,提高粉尘捕集效率。

3. 4 线 - 网式湿电除雾技术

为了确保颗粒物的达标排放,在脱硫塔顶部高效除雾器之上增加一层线 - 网式湿电除雾器,将阳极板垂直于气流方向布置,使颗粒物受到的电场力与引风力的方向在同一水平线上,在引风力与电场力的共同作用下,发生颗粒物及细小雾滴的凝并、聚合,形成大的雾滴,经由丝网除雾器去除,实现超低排放。同时,采用高压清洗水枪对阳极板径向冲洗,无二次扬尘。试验证明线 - 网式湿电除雾器有优良的去除颗粒物、雾滴、SO3酸雾滴等作用,除尘效率≥80% 。

3. 5 液力喷射搅拌技术

根据氨法脱硫浆液的物性特点,经过多次试验,采用带喷嘴的液力喷射搅拌技术,可有效避免常规气流搅拌时泵入口易吸气导致泵气蚀和管道震动等问题,喷射液力搅拌覆盖这个塔截面,不会产生局部沉积问题,避免塔底局部集料导致的硫铵块状物料堵塞循环泵进口过滤器的现象。

表 2 烟气出口污染物浓度


4 结论与建议

氨法脱硫工艺利用氨水将烟气中的 SO2回收,生产有一定销售市场的硫酸铵化肥,实现资源的循环利用,且副产品硫酸铵的销售收入可冲抵部分运行成本,经济、环境与社会效益突出。该工艺适应性强,可在生产负荷 50% ~ 110% 的范围内保持脱硫效率在 98. 5% 以上,通过对塔内循环、可控氧化率、旋流凝并、气液均布等技术环节进行优化改进,可彻底解决气溶胶与氨逃逸的问题,实现 SO2与颗粒物的持续稳定超低排放。在实际运行中,需要根据烟气组分、气量等实际情况进行调整,以获得最优的处理效果。


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