氨法脱硫技术在锅炉烟气脱硫中的应用

第

M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress

中氮肥

No. 4Jul. 2016

氨法脱硫技术在锅炉烟气脱硫中的应用

车艳妮，李飞飞

(河南理工大学，河南焦作454150)

[摘要]介绍氨法脱硫技术的工艺原理、工艺流程、主要设备、工程应用情况以及脱硫系统的设计 特点。山西晋煤天源化工有限公司的应用实践表明，采用氨法脱硫技术后，锅炉烟气达到了环保排放要求, 且装置运行稳定，各项技术指标较优，达到了改造的目的。

[关键词]锅炉烟气脱硫；氨法脱硫；循环流化床燃煤锅炉；三废混燃炉；工艺选择；运行情况；系统特点

[中图分类号]X781.4

[文献标志码]B [文章编号]1004 -9932(2016)04 -0025 -03

山西晋煤天源化工有限公司现有3台130

t/h循环流化床燃煤锅炉及1台75 t/h的三废混 燃炉，原设计生产用原料煤按低硫煤考虑，采用 炉内投加石灰石进行脱硫，脱硫效率较低。自 2014年7月1日起，火力发电锅炉及燃气轮机 烟气排放标准要求烟尘矣30 mg/m3、S〇2含量矣 200 mg/m3,为使锅炉烟气达标排放，公司采用 氨法脱硫工艺对锅炉原脱硫工艺进行了技术改 造，改造后系统运行稳定，达到了设计要求。1

锅炉基本情况

式总体上可分为干法、半干法和湿法3大类。因 国内化工企业（尤其是氮肥企业）中废氨水较 容易得到，所以氨水湿法脱硫工艺得到了普遍的

应用。

表1燃煤锅炉和三废混燃炉基本参数及脱硫后的烟气参数

项目

锅炉型号

锅炉额定蒸发量// • h^烟气量/m3 • h _1烟气S02浓度/m/ • m_3电除尘出口烟气含尘/m/ • m-燃煤锅炉BG-130/

5.3-MI130160 0003 5501501

三废混燃炉QC212/900-75-16/450

75314 95180022010030

改造前，山西晋煤天源化工有限公司3台

130 t/h燃煤锅炉烟气中S〇2的浓度约为3 500 mg/m3、N0X浓度约为400 mg/m3，每台锅炉配

脱硫后烟气S02浓度/m/ • m-

m-3 30脱硫后电除尘出口烟气含尘/m/ • 1

3 x 130 t/h循环流化床锅炉的烟气脱硫采用 氨一硫酸铵回收法工艺。由于3台锅炉集中在一 个场地，且改换燃煤品种后烟气中S〇2浓度较 高，因而使用厂区内生产的废氨水作为脱硫剂， 利用氨水活性高且就地取材的优势脱除烟气中的 S〇2,并副产硫酸铵。

1 x75 t/h三废混燃炉，因烟气中S〇2浓度

有1套四级静电除尘器，每套除尘器后面配有2 台引风机。

公司新建的1台75 t/h三废混燃炉运行后， 其烟气中S〇2的浓度约为800 mg/m3、N0浓度 约为400 mg/m3,三废混燃炉配有1套四级静电 除尘器，除尘器后配有1台引风机。

130 t/h燃煤锅炉和75 t/h三废混燃炉基本 参数及脱硫后的烟气参数见表1。2

脱硫工艺选择

较低，故使用含氨量1 000 ~ 2 000 m//L的造气 循环水作为脱硫剂（实质上也是氨法脱硫），具 有脱硫反应速率快、吸收剂利用率高的特点，并 克服了普通氨法脱硫系统运行费用高的缺点。3

氨法脱硫工艺原理

目前，国内外锅炉（烟气）脱硫技术主要 有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫3大 类；烟气脱硫（FGD)按脱硫方式、产物处理形

[收稿日期]2016-01-20

[作者简介]车艳妮（197—），女，山西晋城人，工程师。

3.1 吸收

氨法脱硫的吸收过程为水溶液中的NH;和 S〇2反应得到脱硫中间产品亚硫酸（氢）铵，由

• 26 •

中氮肥

第

4期

于NH3及中间产物亚硫酸铵与S〇2反应的活性 很强，此反应速率很快，所需的吸收停留时间一 般在2 s左右，此吸收过程的关键是控制氨向气 相中挥发，这就要求维持吸收液偏酸性的条件， 但若吸收液pH低于5. 0，吸收液吸收S〇2的速 率又会大幅降低，因此一般维持吸收液pH在 5. 0 ~ 6. 0，pH控制在5.3 ~ 5. 8最为理想。3.2

氧化

由于亚硫酸铵化学性质不稳定，极易分解 (分解温度60〜70 °C )生成S〇2而造成二次污 染，因此需配备氧化风机提供足够的〇2将亚硫 酸铵氧化成硫酸铵。4

工艺流程及主要设备

4.1循环流化床锅炉烟气脱硫系统

4.1.1工艺流程

130 t/h循环流化床锅炉的烟气脱硫系统采 用三炉一塔配置。锅炉烟气汇合后通过原烟气挡 板门进入脱硫塔S02吸收段，与来自脱硫循环罐 的吸收液逆流接触，烟气中S〇2被充分吸收后进 入除雾器，脱除夹带的液滴同时吸收逃逸氨，得 到的净烟气返回塔顶烟囱直接排放。

脱硫循环罐内溶液不断溢流进入氧化罐，在 氧化罐内，经过气液分布器，脱硫后溶液与氧化 空气逆流接触，使吸收液中的亚硫酸铵和亚硫酸 氢铵得到充分氧化而生成硫酸铵。

在脱硫塔内第一喷淋层，高热量的原烟气与 氧化后的硫酸铵浆液逆流接触，使氧化后的硫酸 铵溶液得到浓缩，达到一定浓度后由硫酸铵采出 泵泵入结晶釜、离心机，完成固液分离后，湿物 料经干燥、包装得到符合国家标准的硫酸铵产 品；分离后的母液则回到塔内继续浓缩。4.1.2主要设备（表2)

表2 130 /h循环流化床锅炉烟气脱硫系统主要设备

项目规格型号

数量/台

脱硫塔^9 000mm

X 34 500 mm1脱硫循环罐^4 000mm X 8 000 mm, V = 100 m31脱硫循环泵0=750m3/h，孖=30 m，P 二 90 kW3浓缩循环泵0=300m3/h，孖=30 m，P = 55 kW2塔底扰动泵0-500m3/h，孖=30 m，P 二 90 kW2氧化罐^4 000mmX64

mm，V =8 m3

1氧化风机0 二 61 Im3 /min，P 二 90 kW2硫铵采出泵

0=40 Im3/h，P = 7.5 kW

2

4.2 三废混燃炉烟气脱硫系统 4.2.1工艺流程

三废混燃炉出口烟气利用原有的静电除尘器 进行除尘，除尘后进入脱硫塔，与脱硫循环泵送

来的吸收液逆流接触，烟气中的S〇2和烟尘得到 去除，此过程中烟气蒸发水分带走大量的热量， 同时烟气温度降至脱硫的适宜温度；烟气中S〇2 和粉尘被充分捕集吸收后，进入规流除雾器脱除 夹带的液滴，同时吸收逃逸氨，得到的净烟气由 塔顶烟囱排放。

脱硫循环泵将吸收循环液泵入塔内吸收段， 与烟气逆流接触，除去烟气中的S〇2和粉尘等杂 质，吸收液吸收S〇2后回流到塔内；在塔底浆液 池内，亚硫酸铵溶液与氧化空气充分接触，使吸 收液中的亚硫酸铵和亚硫酸氢铵得到充分氧化。

脱硫塔排水及溢流管线至新增循环水池沉淀 池，沉淀池和清水池上方设抓斗桥式起重机，定 期对池内淤泥杂质进行清理，淤泥用抓斗运至晾 泥台自然晾干后运至厂外；沉淀池底部设置排气 喷嘴，与氧化风机出口管连通，对亚硫酸铵进行 氧化。4. 2. 2主要设备

脱硫塔1台，小6 〇〇0 mm；脱硫循环泵3台， 0 = 700 m3/h，丑=30 m；氧化风机 2 台，0 = 7m3/min，_P=68. 6kW。5

改造后系统运行情况

循环流化床锅炉和三废混燃炉烟气脱硫系统 投用后，2215年8月5日，循环流化床锅炉烟 气脱硫系统脱硫塔部分运行数据见表3,三废混 燃炉烟气脱硫系统脱硫塔部分运行数据见表4； 循环流化床锅炉烟气脱硫系统脱硫后检测结果见 表5，三废混燃炉烟气脱硫系统脱硫后检测结果 见表6。

表3循环流化床锅炉烟气脱硫系统脱硫塔运行数据

气体进口

气体出口塔底时间

压力温度压力温度/Pa

/C/Pa/CpHpH0:001 13111-129453.205.932:001 2818-136433.706.004:1 211-134433.746.016:1113-12443.606.058:

1

11

-133

4

3.40

6.07

第

4期

车艳妮等：氨法脱硫技术在锅炉烟气脱硫中的应用

• 27 •

表4

三废混燃炉烟气脱硫系统脱硫塔运行数据

气体进口

气体出口时间压力温度压力温度 循环隹藿 塔底/Pa/°C/Pa /°CpHpH0:00631108-15 445.77.32:00644112-13 445.57.34:00633112-13 445.47.36:00

657

109

-15

44

6.6

7.3

表5

循环流化床锅炉烟气脱硫系统脱硫后检测结果

烟气S〇2 浓度/mg • m_

脱硫脱硫后时间排放量效率烟尘浓度/m3 • h _1脱硫前脱硫后/%/mg • m _30:00680 7934262.1099.53.872:00674 3674554.0699.13.704:00679 8414684.7099.03.706:00677 682423.6099.24.208:00

684 816

429

3.29

99.2

4.90

表6 三废混燃炉烟气脱硫系统脱硫后检测结果

烟气

S02 浓度/mg • m-3

脱硫脱硫后时间排放量效率烟尘浓度/m3 • h \"1脱硫前脱硫后/%/mg • m _30:00364 7553320.8499.713.82:00364 4323451.2399.613.44:00363 4633340.9099.713.46:00364 9583651.0899.718.68:00

364 432

353

0.77

99.8

17.5

6氨法脱硫系统的特点

6.1 解决了氨利用率与脱硫效率之间的矛盾

在氨吸收s〇29过程中，氨利用率与脱硫效 率是矛盾的两个方面。高pH对脱硫有利，但同 时可能增加系统氨逃逸量，从而降低氨利用率。 为此，系统主要通过控制加氨点、增设规流除雾 器等方式来解决氨利用率与脱硫效率之间的矛 盾：将加氨点设置在塔底浆液池液面以下，控制 相对较高的pH，再通过喷淋层及规流层来吸收 游离氨，使吸收液具有较高的S〇2吸收能力的同 时又避免气溶胶的产生和氨的逃逸，确保出口烟 气中氨含量达到国家环保排放标准要求。6. 2采取了一系列防腐措施

(1)所有脱硫烟道均采用普通钢制矩形烟 道，外设加强筋并保温。脱硫塔入口前的原烟气 段烟道，由于烟气温度较高且远离脱硫塔，无需 防腐处理；烟气入口靠近脱硫塔为干湿交界面， 此部分烟道内衬玻璃鳞片，以避免腐蚀，相应部 位的膨胀节也考虑保温及防腐。

()为减少烟道中冷凝液伴随的腐蚀问题， 并延长内衬的使用寿命，对所有烟道和膨胀节进 行保温。

(3)吸收塔壳体用碳钢制作，内表面采用 含钛量较高的工业瓷片进行防腐；瓷片之间的连 接采用子母套的形式，防止瓷片的脱落；瓷片和 碳钢之间采用耐酸胶泥进行粘结，胶泥能够承受 脱硫系统条件下的腐蚀，同时能够调节碳钢和瓷 片热胀冷缩引起的位移。6. 3采用了高脱水效率的规流除雾器

规流除雾器依靠上升净烟气夹带的雾滴即可 有效润湿装置表面，其独特结构可有效捕集逃逸 氨及液滴，使之粘附在吸收装置表面，最终返回 脱硫循环系统；规流除雾器采用独特的导流设 计，填料球只会在塔内作自转和公转式的圆周运 动，而不会有影响除雾效率的上下运动；规流除 雾器内流体的规则运动状态极大地增加了气液两 相的接触面积和时间，烟气通过时会产生调整和 规整气场分布的作用，促使气液接触更充分和均 匀，从而提高脱水效率；相较于折流板除雾器， 规流除雾器具有自洁功能，当灰尘粘附于填料球 表面时，会因填料球的运动相互碰撞、摩擦而剥 落，从而彻底消除除雾器结垢、堵塞的可能性。 6. 4塔外独立强制氧化替代传统塔内氧化采用塔外独立强制氧化，降温、脱硫、氧化 工艺过程互为独立系统，对各个环节进行有针对 性地工艺参数控制，从而保证脱硫效率在98% 以上、氧化率达99%以上，最终确保了硫酸铵 产品的质量。6. 5提高了副产品硫酸按的品质

当系统内部出料不顺畅时，将塔底浆液池的 浆液稀释（避免硫酸铵以晶体形式存在）后泵 入板框压滤机，完成母液的过滤除尘，再进入脱 硫结晶、离心干燥系统，从而保证硫酸铵产品的 品质符合标准要求。7

结语

山西晋煤天源化工有限公司3台130 t/h循 环流化床燃煤锅炉及1台75 t/h的三废混燃炉采 用氨法脱硫技术进行改造后，脱硫系统运行稳 定，各项技术指标较优，脱硫效果良好，有效降 低了生产成本，达到了以废治废的目的，满足了 环保要求，具有良好的社会效益。