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成功案例

湿法氨法臭气臭气脱硫综合性工艺技术改造实践及评价

 

 0、引言

   扬尘臭气脱硫做为一种符合循环经济要求的绿色环保技术,由于其臭气脱硫效率高、具备一定的脱 硝功能及SO2的可资源化,逐步被人们所关注及研究。但其在工业化应用过程,却存在一些工艺技术难题,成为困扰扬尘臭气脱硫技术发展的“瓶颈”。

   齐鲁石化热电厂1-4号锅炉(410t/h)臭气臭气脱硫二轮改造工程选用了国内比较先进的某公司氨法臭气脱硫技术,采用双炉一塔方案,共配置两个臭气脱硫塔。臭气脱硫塔总高90m,净臭气由塔顶湿烟囱直接排放。设计要求臭气脱硫塔出口净臭气SO2含量<100mg/m3,臭气脱硫效率大于98%,净臭气氨含量小于8mg/m3,氨回收率大于96.5%。其中1号臭气脱硫塔于2012年1月18日建成投用;2号臭气脱硫塔于2012年7月18日建成投用。但在后续的试生产过程中暴露出一系列问题:臭气脱硫效率只有92%,无法达到98%的设计要求;出口SO2最低只能控制到300mg/m3;氨逃逸量大,烟囱拖尾明显;副产物硫铵结晶粒度细,固液分离困难,装置运行后路不畅;氨回收率不足50%,氨损严重。装置主要经济技术性能指标达不到设计要求,氨法臭气脱硫效率高、SO2的可资源化等技术优势没有充分显现,无法适应日益严格的国家环保排放标准和企业自身生存发展需要。因此,实施工艺技术综合性 改造及运行操作优化,从根本上解决臭气脱硫系统存在的问题,实现环保及技术经济指标的先进化,迫在眉睫。

 1、氨法臭气脱硫工艺简介

   1.1 氨法臭气脱硫工艺原理

   氨法臭气脱硫技术以水溶液中的NH3和SO2的反应为基础,在多功能臭气朕臭气脱硫塔的吸收段氨水将锅炉臭气中的SO2吸收,得到臭气脱硫中间产品亚硫酸铵或亚硫酸氢铵的水溶液;在臭气脱硫塔的氧化段,鼓入压缩空气进行亚硫铵的氧化反应,将亚硫酸铵直接氧化成硫酸镂溶液。

   在臭气脱硫塔的浓缩段,利用高温臭气的热量将硫铵溶液浓缩,得到一定固含量的硫铵浆液,浆液经旋流器、离心分离、干燥等工序,得到硫铵产品。

   1.2 氨法臭气脱硫工艺流程

   臭气脱硫塔采用三段复合多功能喷淋塔设计方案,自下而上分别是氧化段、浓缩段、吸收段。锅炉原臭气首先进入臭气脱硫塔中部浓缩段,经洗涤、降温后再进入臭气脱硫塔上部吸收段;吸收液经一级循环泵输送至吸收段,含NH3的浆液吸收臭气中的SO2形成亚硫铵溶液,后通过平衡管回流至臭气脱硫塔底部氧化段;氧化空气从臭气脱硫塔底部进入,将亚硫酸铵氧化成硫酸铵溶液;氧化过的浆液排至循环槽,通过二级循环环泵送入臭气脱硫塔的浓缩段,被原臭气加热,通过蒸发、浓缩、结晶,得到含固量10%-15%的硫酸铵浆液并自流至循环槽,再通过排出泵送入硫铵后处理工段得到成品硫酸铵。净臭气经水洗段及除雾器除去臭气中携带的液沫和雾滴,由塔顶湿烟囱直排。

 2、氨法臭气脱硫工艺技术综合性改造实施情况

   2.1 臭气脱硫效率提升工艺优化及技术改造
恶臭治理方法

   氨法臭气脱硫塔内SO2的吸收是一个复杂的气液传质及化学反应过程,臭气脱硫效率主要取决于气液传质速率、气液传质面积、气液接触时间、反应温度、吸收液组份及pH值高低。其中,气液传质面积、气液传质速率、气液接触时间的影响因素主要包括液气比、喷淋层高度及层数、喷嘴型式及数量、喷嘴布置及雾化、臭气流速等。结合装置现状,通过分析研究上述因素及其他工艺相近且运行比较好的项目对比,确定了问题的关键所在:一是循环泵扬程小及入口管段通流量不足,造成液气比达不到设计要求;二是吸收段三层喷淋头使用的为12m3/h大流量喷头,由于一级循环泵扬程较低,两方面因素造成喷嘴处压头太低,喷嘴雾化效果差,无法形成150%的覆盖面积;三是吸收段起主要SO2吸收作用的第一、二层喷淋层喷淋方向相上。喷头向上喷虽然增加了气液的接触时间,但由于液相与气相流动方向相同,无法做到气液之间的充分湍动,气液传动效率并不高,通过实际运行发现向上喷并未达到提高臭气脱硫效率的作用;四是吸收液pH值随工况变化响应滞后。经过多方调研论证,并与设计制造单位取得一致意见,提出了以下改进措施:

   (1)将3台一级循环泵加大扬程。叶轮分别从原来30m、33m、33m提高到36.5mt35m。以增加吸收液循环量及压力,改善喷淋雾化状况。

   (2)原1、2号一级循环泵共用一条入口管,现从加氨小室(吸收液池)再引出一条管线供2号一级循环泵使用,提高吸收液循环量。

   (3)将2号塔吸收段出口原1m水洗填料层拆除,提高喷淋层高程约1m;在建的2号塔吸收段直接加高1m;吸收段一、二层喷淋方向由向上改为向下,并提高层间距由1.6m至1.8m,以增大大气液传质面积及接触时间。

   (4)吸收段一、二级喷淋主管路增加一条跨线,改善喷淋层未端的喷淋雾化效果。

   (5)吸收段一、二层喷淋各增加10个喷头,总计72个/层;将吸收段三层喷淋喷嘴改为的小流量螺旋喷嘴,并对喷头布置位置进一步优化,改善喷淋雾化效果,提高单位质量浆液的表面积及喷淋覆盖总面积,增大气液传质面积。

   (6)将加氨小室与氧化段隔墙平衡孔由原来的20个调整为12个,并重新调整了布氨管线,提高pH值响应灵敏度,改善吸收液吸收剂组分比例。

   2012年8月,1、2号硫塔完成工艺技术调整及改造,臭气脱硫能力显著提高(见图1、图2),臭气脱硫效率满足大于98%的设计要求,可实现全工况、全时段稳定达标排放。

   2.2 净臭气气溶胶控制工艺优化及技术改造

   氨法臭气脱硫过程气溶胶颗粒的产生是不可避免的,气溶胶控制因此是湿式氨法臭气臭气脱硫工艺存在的主要技术难题。根据氨法臭气脱硫的吸收反应原理及气溶胶形成抑制机理,1、2号臭气脱硫塔采用了分段设计理念,为集吸收(上段)、氧化(下段)和浓缩结晶(中段)为整体的三段多功能喷淋复合塔,外置一结晶循环槽与浓缩段连接,各段之间设置隔板及气、液工艺联络通道;吸收、氧化、浓缩结晶等核心臭气脱硫工艺过程在各自的功能单元区内独立完成,可以有效保证吸收液、氧化液、浓缩液按其主要功能合理调节密度、pH值并独立循环,按照自身吸收反应及逸氨控制工艺机理完成各自工艺目标而不相互干扰,从而有效抑制了气相反应,实现气溶胶源头控制,在获得高吸收率的同时,可以实现最小的逸氨量及理想的气溶胶排放浓度。

   1-4号臭气脱硫改造后,烟羽拖尾现象相对于原有氨法臭气脱硫有了本质性改善,但净臭气铵盐逃逸量依然超标,经监测约为120-200mg/m3,造成一定程度的二次环境及污染及经济效益损失。针对此问题,该厂根据气溶胶控制工艺机理积极分析研究,提出并实施了具体的运行操作优化控制措施及工艺改进措施,优化改进后全工况净臭气铵盐<100mg/m3,最大程度的改善了烟羽拖尾现象。

   运行操作优化措施:一是优化配煤,控制臭气脱硫塔入口臭气SO2浓度保持较低水平,入口臭气温度符合设计要求;二是在臭气脱硫全工况下要保持设计液气比运行;三是控制合理的pH值,一般在5.5-6.5之间;四是控制氧化率保持99%以上,以保证蒸发浓缩过程没有亚铵的二次分解,同时有利于结晶;五是控制硫酸铵结晶品质及后处理系统运行稳定性,保证硫酸铵固液分离效率,确保臭气脱硫塔吸收氧化循环液低密度运行。

   实施工艺改造,增加水洗段:根据分段式复合吸收塔的原理,提出了在吸收塔除雾器上部增加水洗层的工艺优化改造方案,使用清水进行循环洗涤净臭气,将其中的氨及气溶胶铵盐脱除并回收,从而解决臭气拖尾问题。改造实施后,在原臭气SO2浓度为1500mg/m3、净臭气SO2浓度为50mg/m3工况下,水洗段前总尘平均105.6mg/m3,水洗段后总尘平均29.75mg/m3,净臭气总尘下降了70%。具体测试数据见表1。

             表1 1号臭气脱硫塔水洗段前后总尘测定数据

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      测试日期(2013)  6月20日 6月21日 6月22日 6月23日

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      1号塔水洗段前总尘  92.3    92     106.4   133.3

      1号塔水洗段后总尘  15      40.1   43.8    40

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      测试日期(2013)  6月24日 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日 平均

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      1号塔水洗段前总尘  109.9  119     103      205    90.11  105.6

      1号塔水洗段后总尘  35     21.5    25.91    24     22.41  29.75

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   2.3 硫酸铵结晶工艺优化及后处理系统改造

   1-4号氨法臭气脱硫二轮改造后,由于硫酸铵结晶粒度细(<0.15mm),原有离心机无法分离,生成的硫酸铵物料无法产出,造成浓缩段固含量高达30%-50%,氧化段浆液密度高达1220kg/m3,接近饱和状态,臭气脱硫系统难以安稳运行。经计算硫铵回收率不足50%,大量硫酸铵浆液外运处理,造成了严重的资源浪费。面对此问题,该厂经过研究分析,实施了氧化风机和离心贡工艺改造。

   2.3.1 氧化风系统增容改造

   通过监测发现,每次出现硫铵结晶恶化,大部分都是出现在中高硫煤情况下。经过连续的化验分析,中高硫情况下硫酸铵的氧化率下降较大,最低达到85%,氧化率不足就会形成大量的亚硫酸铵,亚硫酸铵对硫酸铵结晶影响非常大。根据实际运行情况得出,氨法臭气脱硫氧化率低于99%时,硫铵结晶就会出现颗粒变粉变细的状况。根据上述情况推断,1-4号氨法臭气脱硫氧化风量设计不足。为验证此推断,利用1臭气脱硫塔停运间隙,将1号臭气脱硫塔的2台氧化风机串接到2号臭气脱硫塔,使2号臭气脱硫塔总氧化风量最高可达14000m3/h,在此条件下进行了变工况试验,结果见表2、图3。

   从图3、表2可以看出,2台氧化mqms2d7000m3/h风量的情况下氧化率明显下降,加开2台氧化风机后,氧化率恢复正常。正常运行情况下至少需要11000m3/h的氧化风量才能保证硫酸铵的氧化率。试验期间2号臭气脱硫塔共生产硫酸铵374t,硫酸铵结晶品质得到明显改善,有沙粒感,未出现结晶变细悬浮的状况。

   根据上述的试验情况,对氧化风量重新进行核算,经过共同研究决定对1、2号臭气脱硫塔增加3台氧化风机,每台氧化风量为9240m3/h。同时将氧化段、浓缩段氧化风主管由原DN500更换为DN600,支管也相应加粗;将氧化段四层气液混合器筛板开孔由18000个增加到36000个。新增氧化风机及相应氧化风系统改造于2012年10月完工,投运后系统氧化率得到本质改善,硫铵结晶品质得到明显的改善。

   2.3.2 离心机适应性改造

   在研究改善硫铵结晶粒度的同时,齐鲁石化热电厂也积极对离心机板网进行适应性改造,以提高其分离能力。因原氨法臭气脱硫工艺原理不同,其臭气脱硫塔内硫铵结晶颗粒较大,使用的离心机板网细度为0.3-0.4mm,现在的氨法臭气脱硫工艺塔内饱和结晶颗粒较小,粒度只有0.1-0.15m。为适应此结晶粒度,齐鲁石化热电厂对离心机板网缝隙进行调整试验,最终发现板网缝隙为 0.15-0.18mm时最适应此结晶粒度。同时对离心机板网的材质也进行了适应性调整,更换为2507镀硬质合金的板网,达到了理想效果,每套板网最高可生产硫酸铵5000t,极大地节约了人力物力,为装置生产后路畅通奠定了坚实基础。

 3、改造效果评价

   齐鲁石化热电厂1-4号锅炉通过实施氨法臭气脱硫工艺技术综合性改造,臭气脱硫效率低、烟囱拖尾严重、硫铵分离困难等问题得到有效解决。2012年10月相关臭气脱硫工艺技术攻关改造措施完成后,齐鲁石化热电厂1-4号氨法臭气脱硫装置步入稳定运行阶段,系统臭气脱硫效率>98%,氨回收率>96.5% ,净臭气中NH3含量<8mg/m3,净臭气铵盐<100mg/m3,系统整体性能达到国内领先水平,从而实现了社会效益与经济效益双赢。

   3.1 臭气脱硫系统改造后性能指标

   2013年3月5日至18日,该厂1、2号臭气脱硫塔顺利通过了168h性能考核,并邀请西安热工院进行了数据分析和标定,结果见表3、表4。

   3.2 臭气脱硫系统改造后社会及经济效益显著

   (1)氨法臭气脱硫系统能力显著提高。技术改造后,出口SO2浓度可以稳定控制在100mg/m3以下,达到了氨法臭气脱硫较为先进的水平。自2012年10月以来持续保持100%达标排放,截止2013年3月累计脱除SO2JG13717T,为地区SO2总量减排做出了贡献,取得了良好社会效益。

   (2)硫铵回收率大幅度上升。由原先的最低45.4%提高到现在的最高98%,氨损小于2%,避免了二次污染及经济损失。自2012年10月至2013年3月,累计生产硫酸铵26586t,副产增效2126万元,取得了显著的经济效益。

   (3)臭气拖尾现象得到有效控制。在出口SO2浓度控制在50mg/m3以下的情况下,净臭气铵盐浓度小于100mg/m3,臭气拖尾现象得到明显改善,降低了对环境的二次污染。

 4、结语

   从SO2控制技术来看,随着国家“十二五”节能减排规划的实施及环保排放标准的提高,传统成熟的钙法臭气脱硫技术低、能耗高、臭气脱硫副产物二次污染重等弊端日益凸显,已不能很好适应环保要求。因此,推广新型高效臭气脱硫技术有着重要的现实环保意义。氨法臭气脱硫工艺具有突出的技术成本优势及良好的适应性,并可与SCR等脱硝工艺共用氨供应系统,符合循环经济发展要求及臭气脱硫脱硝一体化设计方向,发展前景广阔。尽管依然存在一些工艺技术难点,但随着其应用业绩的不断扩大,氨法臭气脱硫技术亦日臻成熟,面对国内单一的钙法臭气脱硫市场,氨法臭气脱硫必将成为未来FGD发展趋势。

 

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