孟曉琴，袁平華

［陽煤豐喜肥業(yè) （集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司，山西臨猗 044100］

0 引 言

陽煤豐喜肥業(yè) （集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司現(xiàn)有3套鍋爐煙氣氨法脫硫裝置：第1套配套2臺75t／h循環(huán)流化床鍋爐，合用1臺脫硫塔 （空塔，即無塔內(nèi)件），脫硫塔直徑4.8m、高30m，設(shè)計(jì)采用塔內(nèi)吸收、氧化、濃縮結(jié)晶工藝；第2套配套1臺130t／h煤粉鍋爐，脫硫塔 （1臺）直徑4.8m、高30m，脫硫塔內(nèi)用集液器分成2段 （上部為吸收段、下部為濃縮段），設(shè)計(jì)采用塔內(nèi)吸收和濃縮結(jié)晶、塔外氧化工藝；第3套配套新建的280t／h循環(huán)流化床鍋爐，采用脫硫塔塔內(nèi)吸收、濃縮和結(jié)晶及塔外氧化工藝，塔頂設(shè)有濕式電除塵器。

280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復(fù)合氨法脫硫裝置，采用脫硫塔塔外氧化、塔內(nèi)濃縮和結(jié)晶工藝，塔內(nèi)自下而上布置有文丘里分布器、2層集液器+2層托盤、2段水洗、2層屋脊式除霧器，塔頂布置有濕式電除塵器，外加煙囪直排；脫硫塔塔外布置有氧化槽、稀氨水槽、水洗槽、各式泵設(shè)備及硫銨回收裝置。復(fù)合氨法脫硫裝置中的關(guān)鍵設(shè)備——氧化槽和濕式電除塵器是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的中樞神經(jīng)，氧化槽擔(dān)負(fù)著副產(chǎn)品硫銨的形成，濕式電除塵器控制著出口尾氣中的粉塵含量，二者相輔相成，保證著整個(gè)系統(tǒng)的順利、環(huán)保運(yùn)行。以下就280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復(fù)合氨法脫硫裝置中氧化槽和濕式電除塵器的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)。

1 氧化槽

1.1 氧化槽在復(fù)合氨法脫硫系統(tǒng)中的作用

氧化槽為非標(biāo)容器，規(guī)格為φ 10000mm×10000mm。氧化槽為篩板槽，槽里面有2層篩板，篩板上密布著氣孔。篩板有兩大作用：一是增大氣液接觸面積，空氣通過篩板孔會使液面產(chǎn)生鼓泡，使吸收液與空氣充分接觸而氧化；二是減緩空氣流速、增加空氣在槽內(nèi)的停留時(shí)間。氧化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為2臺 （一用一備），Q＝109.1m3／h、p＝98 kPa，風(fēng)壓在98kPa左右的空氣在氧化槽中停留時(shí)間要超過6s，以保證亞硫酸銨的氧化效果。

復(fù)合氨法脫硫裝置中氧化槽與脫硫塔之間的流程見圖1?？諝鈴难趸鄣撞抗娜耄垌斉c脫硫塔有氣相和液相連接管線，氣相為從羅茨風(fēng)機(jī)鼓入的空氣，沒有反應(yīng)完全的空氣 （主要是N2）與脫硫煙氣混合后從脫硫塔頂排出；液相為脫硫吸收液，經(jīng)噴嘴與煙氣接觸后，經(jīng)集液器自流入氧化槽，保證氧化槽和脫硫塔之間建立起循環(huán)（也有廠家將氧化槽稱為 “循環(huán)槽”）。脫硫循環(huán)泵 （單臺循環(huán)泵的額定流量為900m3／h）出口與脫硫塔噴淋層連接，一共設(shè)有5臺脫硫循環(huán)泵，對應(yīng)5層噴淋層。

氨水是氨法脫硫的吸收劑，是脫硫的主要原料，脫硫用氨水也是從氧化槽加入。復(fù)合氨法脫硫工藝中，脫硫塔被分隔成3段，自下而上分別為濃縮段、吸收段和水洗段，吸收段是氨與SO2發(fā)生反應(yīng)的主要區(qū)域，而氧化槽與吸收段之間是建立了循環(huán)的，即兩者是一體的；氧化槽在與脫硫塔建立起脫硫吸收液循環(huán)的同時(shí)，也對脫硫塔濃縮段進(jìn)行補(bǔ)液，保證濃縮段液位在一定的范圍內(nèi)，不會使高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入吸收段，而濃縮段自身也能建立起液體循環(huán)，給煙氣降溫的同時(shí)其中的脫硫吸收液不斷濃縮，硫銨晶體不斷長大，直至能夠從離心機(jī)中分離出來。

簡言之，氧化槽在整個(gè)復(fù)合氨法脫硫裝置中起著承上啟下、前后銜接的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，占有舉足輕重的地位。

圖1 復(fù)合氨法脫硫裝置中氧化槽與脫硫塔之間的流程示意圖

1.2 氧化槽與脫硫漿液pH

脫硫漿液p H是煙氣氨法脫硫系統(tǒng)需要控制的重要參數(shù)之一，它決定著SO2的吸收反應(yīng)，系統(tǒng)中氨的加入量調(diào)整及硫銨晶體形成快慢均與脫硫漿液p H的控制穩(wěn)定與否相關(guān)。脫硫漿液p H的主宰者是氨水，而氨水的加入是在氧化槽中進(jìn)行的，為保證氨水在氧化槽內(nèi)混合均勻，使進(jìn)入脫硫塔的脫硫液p H和氧化槽p H計(jì)示數(shù)不會偏差太大，在氧化槽內(nèi)設(shè)有一隔板，將氨水區(qū)和脫硫液區(qū)分開，氨水區(qū)空間很小，加入的氨水能夠溢流至脫硫液中；所有的脫硫循環(huán)泵都安裝在脫硫液這邊，且脫硫循環(huán)泵的進(jìn)口管線位于氧化槽底，新鮮的氨水有足夠的時(shí)間與脫硫液進(jìn)行均勻混合。

氨法脫硫工藝中氨水的加入位置對系統(tǒng)運(yùn)行狀況有非常大的影響。公司的第1套氨法脫硫裝置，在未設(shè)氧化槽之前首先從脫硫塔底部加入氨水，當(dāng)時(shí)只設(shè)計(jì)了1個(gè)加入點(diǎn)，運(yùn)行后就發(fā)現(xiàn)脫硫漿液p H很不穩(wěn)定，忽高忽低。經(jīng)反復(fù)分析后認(rèn)為，問題的原因在于加氨水位置不對，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)氨水添加量是根據(jù)脫硫漿液p H來確定的，而當(dāng)時(shí)設(shè)置的p H計(jì)離加氨水位置比較近，稍微加點(diǎn)氨水漿液p H示數(shù)就升高了，而實(shí)際上脫硫漿液p H并不高，結(jié)果造成脫硫溶液中亞硫酸氫銨過多 （N H3+SO2+H2O→N H4HSO3），又因?yàn)閬喠蛩釟滗@易溶于水，在溶液中狀態(tài)穩(wěn)定，導(dǎo)致生產(chǎn)中出現(xiàn)脫硫漿液密度已達(dá)到要求但就是分離不出硫銨產(chǎn)品的現(xiàn)象 ［硫銨難溶于水，在水中會長成一個(gè)個(gè)小晶體，達(dá)到一定濃度 （固液比）才能從離心機(jī)中分離出來］，而當(dāng)時(shí)尚處于工藝摸索階段，設(shè)計(jì)廠家也是一籌莫展。硫銨產(chǎn)品分離不出來，而出口煙氣中SO2還時(shí)不時(shí)超標(biāo)，除霧器堵塞，煙氣拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重。系統(tǒng)停車檢查發(fā)現(xiàn)有大塊的鹽類物附著在脫硫塔塔壁上，大的像塊大石頭，把塔下部的擾動(dòng)管和氧化風(fēng)管都砸斷了。經(jīng)化驗(yàn)分析，這些結(jié)晶物大部分是亞硫酸氫銨和硫酸氫銨，它們堵塞漿液噴嘴和除霧器，甚至布滿出口煙道；煙囪煙氣拖尾即源于此，因?yàn)閹С鑫锾?，煙氣比?（密度）大，無法擴(kuò)散，只有往下沉，尤其是冬天，煙氣抬升高度不夠，整個(gè)廠區(qū)彌漫著一股濃濃的臭雞蛋氣味。歸結(jié)起來，出現(xiàn)這些現(xiàn)象均源于脫硫漿液的p H沒有控制好，氨水加入不均勻或者是氨水加入太少，沒有生成硫銨，而是生成了硫酸氫銨和亞硫酸氫銨，它們較硫銨在水中的溶解度大，即使飽和了也形不成晶體，無法從離心機(jī)中分離出來，當(dāng)達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，硫酸氫銨和亞硫酸氫銨才從溶液中析出，經(jīng)噴嘴噴出后附著在塔壁和梁上，久而久之，形成大塊物。

第1套氨法脫硫裝置運(yùn)行不正常，我們對其進(jìn)行了改造，采用塔外氧化、塔內(nèi)濃縮結(jié)晶工藝；第2套氨法脫硫裝置也采用塔外氧化、塔內(nèi)濃縮結(jié)晶工藝；第1套、第2套煙氣氨法脫硫裝置2臺脫硫塔共用1臺氧化槽，氧化槽上設(shè)有1個(gè)氨水加入點(diǎn)，即用隔板在氧化槽內(nèi)給補(bǔ)加的氨水設(shè)置一個(gè) “小房間”，氨水經(jīng)溢流與氧化槽中的吸收液慢慢混合均勻。p H計(jì)設(shè)計(jì)為2個(gè)，分布在2臺脫硫塔的濃縮段，但運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)2臺脫硫塔的p H計(jì)示數(shù)不一樣，且偏差較大。經(jīng)反復(fù)研究分析，還是認(rèn)為氨水加入點(diǎn)設(shè)置有問題，氨水與氧化槽內(nèi)的吸收液混合不均勻，導(dǎo)致2臺脫硫塔漿液p H計(jì)示數(shù)不一樣，無法為操作提供可靠的依據(jù)。

針對這一問題，設(shè)計(jì)廠家經(jīng)過研究，決定第3套復(fù)合氨法脫硫裝置改變氨水加入點(diǎn)，將氨水改由從氧化槽頂部加入。因氧化槽有10m高，槽內(nèi)液位控制在6～8m，新加入的氨水從氧化槽頂部落下，有足夠的時(shí)間與氧化槽內(nèi)的吸收液充分混合，而循環(huán)泵安裝在氧化槽底部，將氧化槽內(nèi)與氨水混合均勻的吸收液打入脫硫塔對SO2進(jìn)行吸收。為保證吸收液p H的真實(shí)性，280t／h循環(huán)流化床鍋爐復(fù)合煙氣氨法脫硫裝置不再將p H計(jì)安裝在氧化槽上，而是安裝在了脫硫循環(huán)泵出口 （即脫硫塔液相進(jìn)口），即在泵出口安裝一個(gè)小容器，p H計(jì)安裝在這個(gè)小容器里面，用支管將各泵出口吸收液匯集到小容器中進(jìn)行p H檢測，以確保進(jìn)塔溶液p H計(jì)示數(shù)的真實(shí)有效。

另外，第3套煙氣復(fù)合氨法脫硫裝置采用技術(shù)手段，將氨水泵的變頻調(diào)節(jié)與p H進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦p H偏低，氨水泵會自動(dòng)加快轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)補(bǔ)氨，而當(dāng)p H達(dá)設(shè)定值附近時(shí)，氨水泵又會自動(dòng)調(diào)低轉(zhuǎn)速，從而保證吸收液和漿液p H的穩(wěn)定。當(dāng)漿液p H保持穩(wěn)定時(shí)，亞硫酸銨的形成、氧化、結(jié)晶就能順利進(jìn)行，繼而形成穩(wěn)定的、在溶液中溶解度低的硫銨，且硫銨晶體能夠順利長大到足夠從離心機(jī)分離出來，而不是生成硫酸氫銨無法形成晶體并在水中因溶解度大而無法析出，造成脫硫液過飽和，堵塞噴嘴和除霧器，并隨煙氣帶出導(dǎo)致煙氣拖尾，使脫硫系統(tǒng)工況惡化，直至無法運(yùn)轉(zhuǎn)下去。

經(jīng)過一系列的技改及調(diào)整，第1套和第2套氨法脫硫裝置把氨水加入點(diǎn)都改到了氧化槽的頂部，第3套復(fù)合氨法脫硫裝置又新增了p H與氨水泵變頻聯(lián)鎖調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復(fù)合氨法脫硫系統(tǒng)氧化槽液位控制在6～8m（液體阻力≤80kPa），脫硫漿液p H＝5～6，脫硫塔液位4m左右，開3臺脫硫循環(huán)泵和1臺氧化風(fēng)機(jī)，在鍋爐負(fù)荷約75%、煙氣量300000m3／h、進(jìn)塔煙氣SO2含量為2500mg／m3的情況下，日產(chǎn)硫銨在25～40t，硫銨品質(zhì)為一級，并且實(shí)現(xiàn)了超低排放。

2 濕式電除塵器

2.1 濕式電除塵器產(chǎn)生的背景

對于氨法脫硫工藝來說，雖然SO2和氨能夠快速反應(yīng)，但生成的鹽類物不止是硫銨，還有亞硫酸氫銨、硫酸氫銨和碳酸氫銨等，這些鹽類物不穩(wěn)定，易溶解和分解，會經(jīng)過集液器氣帽進(jìn)入除霧器系統(tǒng)，并且經(jīng)除霧器隨煙氣進(jìn)入煙囪內(nèi)，由此形成平常我們所說的 “氣溶膠”現(xiàn)象。

在氨法脫硫系統(tǒng)中，這種 “氣溶膠”現(xiàn)象是不可避免的。因?yàn)殡S煙氣帶出的硫酸氫銨和碳酸氫銨溫度降低后會在煙道及煙囪中析出，因此有時(shí)在煙囪或煙道中會發(fā)現(xiàn)白色的析出物，煙囪有時(shí)還會冒黃煙，這是亞硫酸氫銨和硫酸氫銨分解形成的 “酸霧”。氨法脫硫系統(tǒng)中的 “氣溶膠”現(xiàn)象危害非常大，這是許多設(shè)計(jì)廠家多年來一直在研究解決的問題。

氨法脫硫工藝在除霧器進(jìn)口增設(shè)水洗系統(tǒng)是近年來開發(fā)出的第1種去除 “氣溶膠”的工藝。水洗液采用干凈的一次水，且水洗液需單獨(dú)循環(huán)，不與吸收液一起直排入氧化槽，否則脫硫系統(tǒng)的水平衡就無法保證，也就是說，需要另外設(shè)計(jì)1個(gè)水洗池供洗滌液單獨(dú)循環(huán)，當(dāng)氧化槽液位低而整個(gè)沖洗水系統(tǒng)無法維持氧化槽正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可將水洗池的水補(bǔ)入氧化槽內(nèi)，然后再用一次水補(bǔ)充水洗池的液位。

增設(shè)水洗系統(tǒng)這一舉措一般只是在氨法脫硫系統(tǒng)改造項(xiàng)目中采用，雖然水洗可降低煙氣溫度，使其中帶出的鹽類物及逃逸的氨重新返回系統(tǒng)，但畢竟水洗液和煙氣接觸時(shí)間極短，能吸收的物質(zhì)有限，要使排放煙氣煙塵含量≤5mg／m3，只增設(shè)水洗系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。于是，濕式電除塵器工藝應(yīng)運(yùn)而生，其類似于靜電除塵器的工作原理，用于捕捉那些極細(xì)小的濕顆粒，從而減少煙氣中的煙塵。

2.2 濕式電除塵器結(jié)構(gòu)簡介

濕式電除塵器由高／低壓控制系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、氣體分布系統(tǒng)、陽極系統(tǒng)組成。

高壓控制系統(tǒng)由高壓控制柜、高壓發(fā)生器和隔離開關(guān)柜組成。高壓控制柜通過P L C來控制；高壓發(fā)生器將高壓柜的控制輸出整流成直流電進(jìn)入濕式電除塵器；隔離開關(guān)柜保護(hù)檢修時(shí)人員進(jìn)入濕式電除塵器內(nèi)的安全。低壓控制系統(tǒng)通過低壓控制柜及P L C和觸摸屏來實(shí)現(xiàn)集中控制。

沖洗系統(tǒng)由管道、噴嘴、電動(dòng)閥、流量計(jì)、壓力變送器、放空閥、水泵組成。沖洗要求為單管單沖，沖洗線安裝在上氣室內(nèi)。

絕緣系統(tǒng)是比較重要的系統(tǒng)，涉及到操作人員的人身安全。濕式電除塵器共設(shè)置有2個(gè)電場，每個(gè)電場包括4臺電絕緣箱，電絕緣箱架設(shè)在頂部平臺上，每個(gè)絕緣箱內(nèi)裝有錐形石英管1支、石英管壓蓋1個(gè)、視鏡1個(gè)、熱電偶1支，采用內(nèi)保溫。

陰極系統(tǒng)由大梁、小梁、吊桿、陰極線、重錘、高壓機(jī)組等組成。電暈電極為2205高效芒刺極線。為保證電暈線在沉淀管中心，且不受氣體流動(dòng)的干擾而引起位移，每根電暈線下部設(shè)置8k g的重錘，上部固定在陰極小梁上，陰極小梁則鋪在陰極大梁上；大梁由4根吊桿通過石英管壓蓋吊在絕緣箱的石英管上，其絕緣采用熱風(fēng)清掃裝置。

氣體分布系統(tǒng)的設(shè)置，緣于煙氣由進(jìn)氣口進(jìn)入濕式靜電除霧除塵器時(shí)通道截面積突然擴(kuò)大，容易因渦流而造成整個(gè)截面上的氣體分布不均，故需在下氣室內(nèi)設(shè)置氣體分布系統(tǒng)。材質(zhì)采用FRPP，通過開孔的大小及開孔率來保證氣體的均勻分布，氣流均布系數(shù)σr＜0.2。

陽極系統(tǒng)的收塵裝置 （內(nèi)徑12160mm）采用集束型，共分16組，管子呈蜂窩狀排列，管子長度為6000mm，組裝并連接好后，安裝時(shí)通過其支撐法蘭懸掛在殼體內(nèi)的陽極支撐大梁上。陽極管采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料CFRP，內(nèi)切圓直徑為360mm的六邊形管 （導(dǎo)電阻燃玻璃鋼）規(guī)格6000mm×3mm，表面涂滿導(dǎo)電的石墨粉，防腐的同時(shí)又帶有導(dǎo)電的功能。每根陽極管中插入一根陰極線，陰極線為芒刺型2205耐腐蝕的合金扁鋼，整個(gè)構(gòu)架為懸吊式，用8根大梁和8根立柱把陰／陽極系統(tǒng)懸掛起來。每根陽極管口上部正中心配套1個(gè)沖洗水噴嘴，用來對濕式電除塵系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，沖洗水采用高壓一次水，一般每天沖洗1次，沖洗水進(jìn)入到水洗池。

2.3 濕式電除塵器安裝注意事項(xiàng)

濕式電除塵系統(tǒng)最核心的部分是高頻電源和陰／陽極系統(tǒng)。高頻電源要將濕式電除塵系統(tǒng)電壓從380V升高到60k V，而陰／陽極系統(tǒng)由于陽極管束高達(dá)10400mm（脫硫塔底部塔體直徑為8600mm，此處內(nèi)徑為12160mm，相當(dāng)于在脫硫塔上部加了個(gè) “大肚子”），須保證安裝過程中不能有任何的傾斜，否則即使陰極線安裝是垂直的，由于陽極管是傾斜的，陰／陽極間距不一，也會導(dǎo)致在升壓過程早早發(fā)生放電現(xiàn)象，電壓無法升上去，而如果電壓升不上去，整個(gè)濕式電除塵器的除塵效果就會大打折扣。濕式電除塵器在開車運(yùn)行的過程中，因電擊產(chǎn)生電火花導(dǎo)致脫硫塔被燒毀的情況已經(jīng)發(fā)生過，主要原因就是電壓升不上去強(qiáng)行升壓，陰、陽極短路著火，而陽極管是玻璃鋼的，即使加了阻燃劑，但反復(fù)放電打火也會起火燃燒，事故的根本原因還是在于陰、陽極間距安裝不合格，陽極管束發(fā)生傾斜或陰極線安裝不垂直，導(dǎo)致陰／陽極間距過小，在升壓的過程中產(chǎn)生電火花，從而導(dǎo)致脫硫塔著火。

2.4 濕式電除塵器的應(yīng)用情況

煙氣氨法脫硫工藝已歷經(jīng)多年的發(fā)展，而濕式電除塵系統(tǒng)是近幾年才開發(fā)并應(yīng)用的，其不僅可在氨法脫硫工藝中應(yīng)用，在鈣法、鎂法、半干法等煙氣脫硫工藝中均能應(yīng)用，畢竟如今煙氣的超低排放已是大勢所趨，只依靠除霧器及水洗是無法實(shí)現(xiàn)超低排放的。目前，公司濕式電除塵器運(yùn)行二次電壓為29k V、電流為200m A，每天沖洗1次，除霧器壓差30P a，水洗槽液位3m左右，整個(gè)濕式電除塵器運(yùn)行正常，其煙氣排放D C S界面如圖2所示。

圖2 煙氣排放D C S界面示意圖

由圖2可看出，排放煙氣中粉塵含量為0.02mg／m3（折算值，下同）、SO2含量為0.92 mg／m3、N OX含量為 8.36mg／m3，完全達(dá)到超低排放要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，我公司的鍋爐煙氣氨法脫硫裝置歷經(jīng)多年的應(yīng)用和改進(jìn)完善，整個(gè)工藝和裝置已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是新建成的280 t／h循環(huán)流化床鍋爐配套的復(fù)合氨法脫硫裝置（脫硫塔塔外氧化、塔內(nèi)濃縮結(jié)晶，塔頂設(shè)有濕式電除塵器），其關(guān)鍵設(shè)備之一氧化槽已經(jīng)得到了很大的優(yōu)化改進(jìn)，加之另一關(guān)鍵設(shè)備——濕式電除塵器的應(yīng)用，使得除塵器出口煙氣粉塵含量≤20 mg／m3已經(jīng)能夠輕易實(shí)現(xiàn)，而脫硫塔進(jìn)口煙氣中粉塵的減少又給亞硫酸銨的氧化創(chuàng)造了良好的條件。目前，280t／h循環(huán)流化床鍋爐煙氣復(fù)合氨法脫硫裝置經(jīng)過幾個(gè)月的運(yùn)行調(diào)試，運(yùn)行狀況良好，在鍋爐負(fù)荷75%左右、煙氣量300000m3／h、進(jìn)脫硫塔煙氣中SO2含量2500mg／m3的情況下，日產(chǎn)硫銨（一級品）在25～40t，排放尾氣中粉塵含量為0.02mg／m3、SO2含量為0.92mg／m3、NOX含量為8.36mg／m3，完全實(shí)現(xiàn)了超低排放。現(xiàn)場白色的煙氣與藍(lán)天白云交相輝映，碧水藍(lán)天，我們做到了！