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循環(huán)流化床鍋爐煙氣氨法脫硫運(yùn)行小結(jié)

施勇

(兗礦魯南化工有限公司山東滕州277527)

1 工藝流程

兗礦魯南化工有限公司(以下簡稱魯南公司)煙氣氨法脫硫技術(shù)以水溶液中的NH3和SO2反應(yīng)為基礎(chǔ)，在多功能煙氣脫硫塔的吸收段用氨水或液氨將鍋爐煙氣中的SO2吸收，得到脫硫中間產(chǎn)品，即亞硫酸銨或亞硫酸氫銨的水溶液；在脫硫塔的氧化段，鼓入壓縮空氣進(jìn)行亞硫酸銨的氧化反應(yīng)，將亞硫酸銨直接氧化成硫酸銨。

硫回收尾氣脫硫反應(yīng)原理與上述相同，尾氣吸收塔吸收SO2得到硫酸銨溶液，硫酸銨溶液再送入鍋爐區(qū)脫硫塔氧化段。在脫硫塔的濃縮段，利用高溫?zé)煔獾臒崃繉⒘蛩徜@溶液濃縮，濃縮后的硫酸銨溶液送入硫酸銨裝置。固含量10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)左右的漿液被結(jié)晶泵送至硫酸銨工序，經(jīng)旋流器脫水后形成固含量40%左右的硫酸銨漿液，清液進(jìn)入料液槽；固含量40%左右的硫酸銨漿液進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到含水3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)左右的濕硫酸銨，母液溢流到料液槽；含水3%左右的濕硫酸銨經(jīng)振動(dòng)流化床干燥機(jī)干燥，得到水分含量<1%的硫酸銨，進(jìn)入包裝機(jī)包裝即可得到商品硫酸銨。料液槽內(nèi)的液體經(jīng)料液泵送回循環(huán)槽。

圖1氨法脫硫工藝流程

氨法脫硫工藝流程如圖1所示。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀分析

魯南公司現(xiàn)有3臺(tái)高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，前期配套的是爐內(nèi)噴鈣法進(jìn)行煙氣脫硫處理，鍋爐排煙SO2平均排放濃度在400 mg/m3左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家環(huán)保局的環(huán)保排放指標(biāo)(≤150 mg/m3)。2011年，魯南公司采用了氨法煙氣脫硫技術(shù)， 3年運(yùn)行期間，曾出現(xiàn)一系列問題。

2.1塔體及管道腐蝕磨損

由于脫硫液的主要成分是硫酸銨、亞硫酸銨，導(dǎo)致溶液為酸性。煙氣氨法脫硫裝置在停車檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)氧化段的塔板處有大小不規(guī)則的橢圓形沖刷面，并且部分塔板的焊縫處出現(xiàn)溝縫狀的裂紋，少量已出現(xiàn)穿透情況；一、二級(jí)循環(huán)泵則在軸承桿、葉輪片處出現(xiàn)許多深孔，裂紋由腐蝕孔源處垂直方向縱深發(fā)展，有支縫，縫邊呈鋸齒形。通過將樣品送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，耐腐蝕內(nèi)襯鋼板長期處于富Cl-、低pH溶液中，發(fā)生了化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。其次，吸收段、氧化段、濃縮段的管道也出現(xiàn)了不同程度的腐蝕和損壞，部分管道的壁厚為1.2～2.3 mm(初始安裝時(shí)設(shè)計(jì)厚度為6.0 mm)。2013年10月，二級(jí)循環(huán)泵的出口管道曾發(fā)生穿孔漏液，導(dǎo)致系統(tǒng)停車事故。

為了解決腐蝕磨損問題，決定對(duì)全塔進(jìn)行防腐耐磨處理：①管道材質(zhì)使用雙相不銹鋼、不銹鋼，非承壓管道材質(zhì)采用玻璃鋼，絕熱層選用聚氨酯材料，防腐保溫管道采用耐低溫鋁粉漆，不保溫管道采用環(huán)氧云母氧化底漆、環(huán)氧樹脂面漆和可復(fù)涂氨酯面漆，彎頭處的內(nèi)壁耐磨層比直管道耐磨層厚2.0 mm，彎頭采用大轉(zhuǎn)彎半徑的彎頭。②脫硫塔內(nèi)襯玻璃鱗片為日本板硝子，玻璃鱗片正常厚度為2.5 mm，噴嘴沖刷區(qū)、底板、隔板及支梁等加1.5 mm耐磨層；底板防腐結(jié)構(gòu)為底漆+玻璃鱗片+FRP增強(qiáng)層+耐磨層+面漆, 脫硫塔頂部的直排煙囪內(nèi)襯為中溫鏝涂型鱗片防腐(總厚度在1.8～2.2 mm)，頂部1.5 m范圍內(nèi)采用316L不銹鋼。通過上述處理后，沒有發(fā)生由于磨損、腐蝕而導(dǎo)致系統(tǒng)停車的事故。

2.2氨水濃度不達(dá)標(biāo)

煙氣氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對(duì)NOx同樣

有吸收作用；另外，脫硫過程中形成的亞硫酸銨對(duì)NOx還具有還原作用，煙氣氨法脫硫的同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)脫硝的目的。因此， 2012年在廠房西側(cè)新增2臺(tái)氨水泵進(jìn)行煙道噴氨水脫硝。正常運(yùn)行時(shí)，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%左右，NOx質(zhì)量濃度控制在≤100 mg/m3；但在大罐氨水槽液位低于1 m而需配氨水時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)氮氧化物排放超標(biāo)。通過分析發(fā)現(xiàn)，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在13%時(shí)才能達(dá)標(biāo)，為此調(diào)整運(yùn)行方式，即在配氨水期間，液氨壓力控制在0.3～0.5 MPa、流量>0.138 t/h，2臺(tái)氨水泵同時(shí)運(yùn)行，1臺(tái)作為再循環(huán)配氨水，1臺(tái)直接去鍋爐脫硝。

2.3除塵器除塵效果差

1#和3#鍋爐配備布袋除塵器(除塵效果≤50 mg/m3)，2#鍋爐配備靜電除塵器(除塵效果≤150 mg/m3)。由于靜電除塵器的電場除塵效果不好，導(dǎo)致進(jìn)入脫硫塔的煙塵含量嚴(yán)重超標(biāo)，硫酸銨飽和液的晶體不能較好地聚集成核，氧化段、濃縮段、循環(huán)槽底部沉積大量的淤泥，致使硫酸銨系統(tǒng)無法正常出料。經(jīng)借鑒經(jīng)驗(yàn)和長期摸索，將循環(huán)槽、氧化段的濃液經(jīng)過濾泵再進(jìn)入壓濾機(jī)過濾，清液返回脫硫塔，以保證副產(chǎn)品合格。

2.4液氨使用率偏低

煙氣氨法脫硫使用高濃度的液氨作為脫硫劑進(jìn)行脫硫，通過與其他企業(yè)進(jìn)行液氨使用量對(duì)比，發(fā)現(xiàn)魯南公司的液氨利用率偏低，出現(xiàn)液氨逃逸現(xiàn)象。氨逃逸實(shí)際是氨氣、亞硫酸銨、硫酸銨的陰陽離子發(fā)生的揮發(fā)性損失，而影響氨逃逸的工藝參數(shù)有煙氣溫度、吸收液pH、濃度、液氣比。工藝參數(shù)改進(jìn)前、后的效果對(duì)比見表1。

表1工藝參數(shù)改進(jìn)前、后的效果對(duì)比

項(xiàng) 目煙氣溫度/℃吸收液pH吸收液質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%液氣比塔設(shè)計(jì)流速/(m·s-1)硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%亞硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%液氨使用量/(t·h-1)改進(jìn)前1156.81.1505.57230.194改進(jìn)后956.01.0454.05120.115

由表1可知：在液氣比為4、pH為6.0、吸收液質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%、煙氣溫度在95 ℃時(shí)，可以最大程度抑制氨逃逸量，脫硫率可達(dá)96%以上。

2.5濃縮段塔壁結(jié)晶掛壁

硫酸銨的溶解度隨溫度的升高而升高。由于魯南公司地處北方，冬季最低溫度達(dá)-10 ℃，冬季運(yùn)行期間，多次出現(xiàn)二級(jí)循環(huán)泵堵塞而停車。停車檢查發(fā)現(xiàn)，濃縮段有大量的硫酸銨固體沉積在底部，厚度不均，表面光滑呈弧狀，并且塔壁也有30 mm左右厚的結(jié)晶體，每次停車后都需要花費(fèi)大量的人力、物力去進(jìn)行清理。原因分析：掛壁面處在車間西北的迎風(fēng)面，二級(jí)泵日常的運(yùn)行電流低、出力小，工藝水箱溫度偏低(一般在10 ℃左右)，二級(jí)噴頭部分位置安裝不合理，硫酸銨產(chǎn)品出料不及時(shí)。通過采取保溫、水箱加蒸汽伴熱、更換葉輪、升高噴頭位置和改變角度等措施，大大緩解了結(jié)晶掛壁給系統(tǒng)運(yùn)行帶來的安全隱患。

3 經(jīng)濟(jì)效益

煙氣氨法脫硫效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同類其他的脫硫方式，并且費(fèi)用低。車間鍋爐正常情況為2開1備，按煙氣量為520 000 m3/h、年運(yùn)行7 200 h計(jì)算，年運(yùn)行費(fèi)用972.2萬元；年對(duì)外銷售氨水收入達(dá)140萬元，硫酸銨回收系統(tǒng)的回收率為96%，日產(chǎn)50 kg/袋的硫酸銨300袋，年經(jīng)濟(jì)效益為1 800萬元?？鄢赀\(yùn)行費(fèi)用972.2萬元，則年總經(jīng)濟(jì)效益967.8萬元。采用煙氣氨法脫硫工藝達(dá)到了以廢治廢的目的，無二次污染，通過在運(yùn)行過程中逐步優(yōu)化工藝、改進(jìn)設(shè)備，并且采取設(shè)備的防腐、防磨措施，可進(jìn)一步提高脫硫效率，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

收稿日期(2015-01-27)