煙氣氨法脫硫工藝?yán)萌壦唇禍乩淠南坠に?/h1>
2020-04-26 10:55:42卜正國
鹽科學(xué)與化工 2020年3期
卜正國
(江蘇孝天環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 淮安 223001)
1 前言
廢氣脫硫技術(shù)中，通過濕式氨法脫硫在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響方面的競爭性分析，顯示濕式氨法脫硫技術(shù)優(yōu)勢明顯，更加符合我國國情以及更加嚴(yán)格的二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，氨法脫硫工藝逐步得到了較大的發(fā)展。氨法脫硫的超低排放技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)上，采用吸收、濃縮多功能一體化脫硫塔或?qū)⑽斩螁为?dú)設(shè)置的脫硫工藝設(shè)計，氨法脫硫工藝中氨—硫酸銨工藝的具有代表性，應(yīng)用較多。
煙氣氨法脫硫技術(shù)主要利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的回收氨水或者工業(yè)氨水吸收處理煙氣中的有害成分二氧化硫，轉(zhuǎn)化成最有價值的副產(chǎn)物硫酸銨，創(chuàng)造最大的社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益。
文章論述的氨—硫酸銨的氨法脫硫工藝中的三級水洗系統(tǒng)中水的成分，根據(jù)其成分研究開發(fā)的濕煙氣的消白工藝。
2 氨法脫硫工藝簡述
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一級循環(huán)噴淋吸收，液氨將鍋爐煙氣中的SO2吸收，得到脫硫中間產(chǎn)品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)行亞硫銨的氧化反應(yīng)，將亞硫銨直接氧化成硫銨溶液。
(1)
(2)
在脫硫塔的濃縮段二級循環(huán)噴淋濃縮，利用高溫?zé)煔獾臒崃繉⒘蜾@溶液濃縮，得到固含量為10%～15%左右的硫銨漿液，漿液經(jīng)旋流器濃縮、離心分離、干燥、包裝等工序，得到硫銨產(chǎn)品。
反應(yīng)后的凈煙氣經(jīng)三級水洗槽的水循環(huán)洗滌，再經(jīng)除霧器除去煙氣中攜帶的液沫和霧滴，由脫硫塔頂部凈煙氣排至煙囪排放。
3 三級水洗降溫冷凝消白工藝
根據(jù)氨法脫硫的特性，存在以下主要問題：氨逃逸；氣溶膠；腐蝕問題；不結(jié)晶問題。由于氨的逃逸問題、氣溶膠問題，氨容易隨煙氣釋放到空氣中，使煙氣拖尾長。在設(shè)計時加了三級水洗系統(tǒng)，用于對煙氣的洗滌，洗滌煙氣中含氨、二氧化硫、含銨鹽、粉塵等。含有此類液滴帶入大氣中更容易造成煙尾長，而對煙氣降溫冷凝可以將煙氣中水分冷凝析出，也可將有害雜質(zhì)隨液滴帶出，減少煙氣的二氧化硫、顆粒物成分。經(jīng)研究開發(fā)對氨法脫硫的三級水洗系統(tǒng)的水降溫后，再噴淋水洗凈煙氣，可以對煙氣降溫，將煙氣中部分水冷凝下來。達(dá)到對煙氣的降溫、降濕，達(dá)到對煙氣消白的功能。
3.1 氨—硫酸銨的氨法脫硫工藝中三級水洗槽水成分(見表1)
含硫酸銨溶液的pH值會因硫酸銨的含量增加而明顯下降。現(xiàn)場測量的三級水洗槽的水pH值低至2.0～4.0，類似強(qiáng)酸，隨著系統(tǒng)運(yùn)行周期增長，氯離子累積增加，在酸性條件下，氯離子腐蝕性極強(qiáng)。因而設(shè)備選材、工藝選擇尤為重要。
表1 三級水洗槽水成分Tab.1 Water composition of three-stage water washing tank
3.2 消白工藝流程
煙氣脫白改造項(xiàng)目，一般采取相應(yīng)技術(shù)降低煙氣溫度，通過收集煙氣中液滴和飽和水蒸氣中水分的方式，減少溶解性鹽類和可凝結(jié)顆粒物的排放，一般文件要求如下：“夏季(4月～10月)冷凝后煙溫達(dá)到47 ℃以下，煙氣含濕量10.4%以下；冬季(11月～次年3月)冷凝后煙溫達(dá)到45 ℃以下，煙氣含濕量9.5%以下”。
根據(jù)上述要求，全國首例創(chuàng)造性開發(fā)在氨法脫硫工藝中充分利用三級水洗系統(tǒng)進(jìn)行消白改造，不需要對生產(chǎn)系統(tǒng)做大的改造就可以達(dá)到目的。原本氨法脫硫工藝中三級水洗系統(tǒng)就是為了洗滌凈煙氣中溶解性鹽類和可凝結(jié)顆粒物。凈煙氣出口溫度在45 ℃～56 ℃，用開式冷卻塔或閉式冷卻塔的冷卻循環(huán)水通過板式換熱器對三級水洗水冷卻降溫，冷卻后的水洗水仍按照原管路系統(tǒng)循環(huán)噴淋冷卻凈煙氣，進(jìn)一步降低凈煙氣的溫度，達(dá)到降低凈煙氣含濕量，降低煙氣中水份排入大氣，也減少煙氣體積，降低煙氣排放速度，減少帶出液體水。
3.3 消白關(guān)鍵設(shè)備
3.3.1 冷卻塔
冷卻塔為三級水洗水降低溫度提供冷源。冷卻塔是用水作為循環(huán)冷卻劑，從一系統(tǒng)中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置；其冷是利用水與空氣流動接觸后進(jìn)行冷熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽揮發(fā)帶走熱量達(dá)到蒸發(fā)散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業(yè)上或制冷系統(tǒng)中產(chǎn)生的余熱來降低水溫的蒸發(fā)散熱裝置。
冷卻塔分為開式冷卻塔和閉式冷卻塔，同樣工藝條件，閉式冷卻塔是開式冷卻塔占地面積的5倍，閉冷卻塔是開式冷卻塔投資的3倍。開式冷卻塔有著顯著的優(yōu)勢。因?yàn)殚g壁換熱，冷卻塔材質(zhì)使用常規(guī)材料就可以滿足需求。
3.3.2 板式換熱器
板式換熱器是此消白工藝中關(guān)鍵設(shè)備。板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3倍～5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達(dá)90%。
因板式換熱器直接接觸三級水洗水，水洗水呈現(xiàn)強(qiáng)酸性，腐蝕嚴(yán)重。在經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究，在材質(zhì)上必須是254SMO超級不銹鋼，或者2605N、2507以上的雙相不銹鋼。
4 結(jié)論
創(chuàng)造性開發(fā)在氨法脫硫工藝中充分利用三級水洗系統(tǒng)進(jìn)行消白改造，選用好關(guān)鍵設(shè)備板式換熱器的材質(zhì)，不需要對生產(chǎn)系統(tǒng)做大的改造就可以達(dá)到消白目的。在冷凝凈煙氣的同時可以將凈煙氣中溶解性鹽類和可凝結(jié)顆粒物隨煙氣冷凝水帶出，使凈煙氣中二氧化硫、顆粒物含量更小，凈煙氣更干凈。對大氣污染更少，凈煙氣達(dá)到超低排放指標(biāo)，滿足環(huán)保指標(biāo)要求。
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在脫硫塔的濃縮段二級循環(huán)噴淋濃縮，利用高溫?zé)煔獾臒崃繉⒘蜾@溶液濃縮，得到固含量為10%～15%左右的硫銨漿液，漿液經(jīng)旋流器濃縮、離心分離、干燥、包裝等工序，得到硫銨產(chǎn)品。
反應(yīng)后的凈煙氣經(jīng)三級水洗槽的水循環(huán)洗滌，再經(jīng)除霧器除去煙氣中攜帶的液沫和霧滴，由脫硫塔頂部凈煙氣排至煙囪排放。
3 三級水洗降溫冷凝消白工藝
根據(jù)氨法脫硫的特性，存在以下主要問題：氨逃逸；氣溶膠；腐蝕問題；不結(jié)晶問題。由于氨的逃逸問題、氣溶膠問題，氨容易隨煙氣釋放到空氣中，使煙氣拖尾長。在設(shè)計時加了三級水洗系統(tǒng)，用于對煙氣的洗滌，洗滌煙氣中含氨、二氧化硫、含銨鹽、粉塵等。含有此類液滴帶入大氣中更容易造成煙尾長，而對煙氣降溫冷凝可以將煙氣中水分冷凝析出，也可將有害雜質(zhì)隨液滴帶出，減少煙氣的二氧化硫、顆粒物成分。經(jīng)研究開發(fā)對氨法脫硫的三級水洗系統(tǒng)的水降溫后，再噴淋水洗凈煙氣，可以對煙氣降溫，將煙氣中部分水冷凝下來。達(dá)到對煙氣的降溫、降濕，達(dá)到對煙氣消白的功能。
3.1 氨—硫酸銨的氨法脫硫工藝中三級水洗槽水成分(見表1)
含硫酸銨溶液的pH值會因硫酸銨的含量增加而明顯下降。現(xiàn)場測量的三級水洗槽的水pH值低至2.0～4.0，類似強(qiáng)酸，隨著系統(tǒng)運(yùn)行周期增長，氯離子累積增加，在酸性條件下，氯離子腐蝕性極強(qiáng)。因而設(shè)備選材、工藝選擇尤為重要。
表1 三級水洗槽水成分Tab.1 Water composition of three-stage water washing tank
3.2 消白工藝流程
煙氣脫白改造項(xiàng)目，一般采取相應(yīng)技術(shù)降低煙氣溫度，通過收集煙氣中液滴和飽和水蒸氣中水分的方式，減少溶解性鹽類和可凝結(jié)顆粒物的排放，一般文件要求如下：“夏季(4月～10月)冷凝后煙溫達(dá)到47 ℃以下，煙氣含濕量10.4%以下；冬季(11月～次年3月)冷凝后煙溫達(dá)到45 ℃以下，煙氣含濕量9.5%以下”。
根據(jù)上述要求，全國首例創(chuàng)造性開發(fā)在氨法脫硫工藝中充分利用三級水洗系統(tǒng)進(jìn)行消白改造，不需要對生產(chǎn)系統(tǒng)做大的改造就可以達(dá)到目的。原本氨法脫硫工藝中三級水洗系統(tǒng)就是為了洗滌凈煙氣中溶解性鹽類和可凝結(jié)顆粒物。凈煙氣出口溫度在45 ℃～56 ℃，用開式冷卻塔或閉式冷卻塔的冷卻循環(huán)水通過板式換熱器對三級水洗水冷卻降溫，冷卻后的水洗水仍按照原管路系統(tǒng)循環(huán)噴淋冷卻凈煙氣，進(jìn)一步降低凈煙氣的溫度，達(dá)到降低凈煙氣含濕量，降低煙氣中水份排入大氣，也減少煙氣體積，降低煙氣排放速度，減少帶出液體水。
3.3 消白關(guān)鍵設(shè)備
3.3.1 冷卻塔
冷卻塔為三級水洗水降低溫度提供冷源。冷卻塔是用水作為循環(huán)冷卻劑，從一系統(tǒng)中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置；其冷是利用水與空氣流動接觸后進(jìn)行冷熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽揮發(fā)帶走熱量達(dá)到蒸發(fā)散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業(yè)上或制冷系統(tǒng)中產(chǎn)生的余熱來降低水溫的蒸發(fā)散熱裝置。
冷卻塔分為開式冷卻塔和閉式冷卻塔，同樣工藝條件，閉式冷卻塔是開式冷卻塔占地面積的5倍，閉冷卻塔是開式冷卻塔投資的3倍。開式冷卻塔有著顯著的優(yōu)勢。因?yàn)殚g壁換熱，冷卻塔材質(zhì)使用常規(guī)材料就可以滿足需求。
3.3.2 板式換熱器
板式換熱器是此消白工藝中關(guān)鍵設(shè)備。板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3倍～5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達(dá)90%。
因板式換熱器直接接觸三級水洗水，水洗水呈現(xiàn)強(qiáng)酸性，腐蝕嚴(yán)重。在經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究，在材質(zhì)上必須是254SMO超級不銹鋼，或者2605N、2507以上的雙相不銹鋼。
4 結(jié)論
創(chuàng)造性開發(fā)在氨法脫硫工藝中充分利用三級水洗系統(tǒng)進(jìn)行消白改造，選用好關(guān)鍵設(shè)備板式換熱器的材質(zhì)，不需要對生產(chǎn)系統(tǒng)做大的改造就可以達(dá)到消白目的。在冷凝凈煙氣的同時可以將凈煙氣中溶解性鹽類和可凝結(jié)顆粒物隨煙氣冷凝水帶出，使凈煙氣中二氧化硫、顆粒物含量更小，凈煙氣更干凈。對大氣污染更少，凈煙氣達(dá)到超低排放指標(biāo)，滿足環(huán)保指標(biāo)要求。
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