目前 ,我國大型燃煤機組的脫硫裝置基本上都是引進國外的技術(shù)和設(shè)備 ,并以石灰石 — 石膏法為主。但對于小型燃煤機組而言 ,由于石灰石— 石膏法占地面積大、 投資大、 運行費用高、 副產(chǎn)物處置困難等問題而難以推廣。FCL氨法脫硫工藝具有占地面積小、 投資相對較小、 副產(chǎn)硫酸銨可作為肥料銷售、 運行費用低、 可同時脫氮等特點 ,適合在小型燃煤機組中推廣。

1　 工程概況

太倉保利協(xié)鑫熱電有限公司現(xiàn)有 3臺抽凝式發(fā)電機組 ,裝機容量為 45MW,配備有 2臺 75 t /h、 1臺 90 t /h煤粉爐、 1臺 150 t /h煤粉爐。保利協(xié)鑫熱電公司于 2006年開始實施煙氣脫硫技改工程 ,并于 20072 012 25一次性通過環(huán)保驗收。本工程設(shè)計煤種硫分為 0 . 7% ,校核煤種硫分為 1 . 0% ,電除塵器出口 SO2 質(zhì)量濃度不超過 1 500mg/m3 ,粉塵質(zhì)量濃度不超過 400mg/m3 。

2　 工藝原理

FCL氨法脫硫是用氨水洗滌含 S O2 的廢氣 ,形成 (NH4 ) 2 SO3—NH4HSO3—H2O 的吸收液體系。 (NH4 ) 2 S O3是氨法中的主要吸收劑 ,對 SO2具有很好的吸收能力 ,其反應(yīng)如下:

SO2 + 2NH3 +H2O ——(NH4 ) 2 SO3

SO2 + (NH4 ) 2 SO3 +H2O ——2NH4HSO3

NH3 +NH4HSO3—— (NH4 ) 2 S O3

在脫硫塔底部氧化池內(nèi) , (NH4 ) 2 SO3 被鼓入的氧化空氣氧化成硫酸銨:

2 (NH4 ) 2 SO3 +O2 ——2 (NH4 ) 2 SO4

3　 工藝流程

FCL氨法脫硫工藝流程主要分為預(yù)洗滌、 SO2 吸收、 亞硫酸銨氧化和蒸發(fā)結(jié)晶等工序。脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、 濃縮塔濃縮系統(tǒng)、 脫硫塔吸收系統(tǒng)、 回收系統(tǒng)、 供氨系統(tǒng)、 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、 電氣及 DCS控制系統(tǒng)等組成 。

3 . 1　 煙氣系統(tǒng)

太倉保利協(xié)鑫熱電公司實施脫硫技改的 4臺鍋爐中 , 1、 2號爐出口煙氣進入 1號脫硫系統(tǒng) ,凈煙氣經(jīng) 1、 2號爐煙道排入煙囪; 3號爐煙氣分別或同時送入 1號或 2號脫硫系統(tǒng); 4號爐煙氣進入 2號脫硫系統(tǒng) ,凈煙氣經(jīng) 3、 4號爐煙道排入煙囪 (磚煙道經(jīng)耐酸混凝土防腐處理 )。

3 . 2　 濃縮系統(tǒng)

煙氣進入冷卻濃縮塔 ,與同向噴淋的濃縮液接觸后 ,煙溫降至 60℃ 左右 ,然后進入脫硫塔 ,濃縮液經(jīng)煙氣加熱蒸發(fā)后得以濃縮。當(dāng)濃縮液密度達(dá)到 1 240 kg/m3 左右時 ,由取出液泵抽至硫酸銨回收系統(tǒng)。濃縮塔和脫硫塔之間設(shè)有連通管道 ,可自動平衡濃縮塔液位 ,無需人工調(diào)節(jié)。濃縮塔采用玻璃鱗片防腐 ,噴嘴采用鈷 6合金材料。

3 . 3　 吸收系統(tǒng)

脫硫塔吸收系統(tǒng)共設(shè)置 3臺漿液循環(huán)泵 ,塔內(nèi)設(shè) 3層噴淋。氨液加至第一噴淋層 ,加氨后的脫硫液 pH值控制在 6 . 0～6 . 5之間。第二、 第三噴淋層起到進一步脫硫和防止氨逃逸的作用。在噴淋層的上部設(shè)有一層工藝水噴淋 ,主要作用是保持塔內(nèi)液位和減少氨的逃逸。脫硫塔體采用玻璃鱗片防腐 , 噴淋管為 FPR材料 ,噴嘴為鈷 6合金材料。煙氣進入脫硫塔后自下向上流動 ,首先與第一噴淋層的脫硫液反應(yīng)。

在脫硫塔出口處設(shè)置兩級除霧器 ,阻力降低于 200 Pa,并設(shè)有自動清洗系統(tǒng)。除霧器系統(tǒng)的煙氣水分設(shè)計值為低于 75mg/m3 (本文煙氣量均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值 )。除霧器沖洗周期為每 8 h沖洗 1min。吸收系統(tǒng)按吸收與氧化一體化設(shè)計 (亞硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 20%左右 ) ,氧化空氣由 2臺羅茨風(fēng)機提供。氧化空氣經(jīng)設(shè)置在脫硫塔底部的曝氣器鼓出 ,細(xì)小氣泡均勻分散到脫硫液中 ,將脫硫液中的亞硫酸銨和亞硫酸氫銨氧化成硫酸銨。

3 . 4　 回收系統(tǒng)

來自脫硫取出液泵的硫酸銨濃縮液 ,首先進入濃縮進料槽 ,再進入蒸發(fā)結(jié)晶器。在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi) , 硫酸銨料液經(jīng)高溫蒸汽加熱而蒸發(fā) ,產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)真空系統(tǒng)噴淋冷卻成水后進入脫硫塔循環(huán)使用。由于蒸發(fā)器為負(fù)壓運行 ,硫酸銨料液在低于沸點條件下蒸發(fā) ,大大降低了蒸汽的耗用量 ,而蒸汽凝結(jié)的疏水則全部回收至疏水箱重復(fù)利用。當(dāng)料液含固量達(dá)到一定程度時 ,將料液放入濃漿槽 ,再由濃漿泵打入冷卻結(jié)晶槽 ,料液的熱量由循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走。晶體完全析出后 ,再用離心機甩干成為水分小于 415%的硫酸銨。在布置回收系統(tǒng)管線時 ,應(yīng)盡量減少彎頭數(shù)量 ,同時在蒸發(fā)濃縮工藝管線上加裝快裝接頭 ,這樣就可以分別用壓縮空氣、 蒸汽、 水進行沖洗 ,保證管線的通暢。

3 . 5　 供氨系統(tǒng)

供氨泵將 10% ～20%的氨水打入脫硫循環(huán)泵出口管中 ,經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻后進入第一噴淋層。加氨流量由供氨泵變頻控制。由于氨水極易揮發(fā) ,對于卸氨過程中揮發(fā)出來的氨氣 ,采取了將其導(dǎo)入脫硫塔的措施 ,避免了氨氣的浪費和環(huán)境污染。

3 . 6　 在線監(jiān)測系統(tǒng)

脫硫塔進、 出口煙道上分別安裝了二氧化硫分析儀 ,用以監(jiān)測原煙氣和凈煙氣中的二氧化硫 ,在線監(jiān)控脫硫效率和 SO2 排放濃度;在脫硫塔進口的原煙氣管道安裝煙塵儀在線監(jiān)測煙塵;在脫硫塔出口凈煙氣管道上用 NOx 分析儀在線監(jiān)測 NOx 排放濃度。系統(tǒng)按要求自動生成日報和月報 ,并以出口煙氣 SO2濃度為參考指標(biāo)來調(diào)節(jié)和控制加氨量。

3 . 7　 控制系統(tǒng)

本工程采用的 DCS控制系統(tǒng) ,自動化控制率為 95%;通過 DCS系統(tǒng)集中控制整個脫硫系統(tǒng)的運行 ,如實現(xiàn)煙道風(fēng)門聯(lián)鎖、 塔內(nèi)液位聯(lián)鎖、 自動加氨、蒸發(fā)結(jié)晶器加熱聯(lián)鎖、 離心機運行監(jiān)控等 ,為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了保障。

4　 主要技術(shù)指標(biāo)

太倉保利協(xié)鑫熱電公司 1號、 2號脫硫系統(tǒng) 168 h運行的主要技術(shù)指標(biāo)詳見表 1。 1號脫硫系統(tǒng)在測試期間負(fù)荷波動大 ,工況不穩(wěn)定 ,造成其凈煙氣中游離氨超過設(shè)計值。但從 2 號脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)可見 ,在鍋爐工況穩(wěn)定的情況下 ,該指標(biāo)完全可以達(dá)到設(shè)計值要求。

5　 存在問題及對策

5 . 1　 煙囪防腐

太倉保利協(xié)鑫熱電公司的脫硫系統(tǒng)未設(shè) GGH, 脫硫后的煙氣溫度在 50～55℃ 之間 ,且處于濕飽和狀態(tài)。由于煙溫低于結(jié)露溫度 ,雖經(jīng)除霧器處理 ,煙囪內(nèi)壁仍產(chǎn)生較多的水液。水液具有一定的腐蝕性 ,長期運行 ,將會對煙囪內(nèi)筒造成腐蝕。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗 ,濕法脫硫后的煙囪鋼內(nèi)筒防腐襯主要有三類:一是防酸腐蝕的內(nèi)襯 ,如玻璃鋼 ( FRP) ,玻璃鱗片等;二是襯薄板 ,即采用耐酸腐蝕的金屬合金板材作內(nèi)襯 ,如鈦板 ( TiCr 2 )等;三是用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱制品粘貼 ,如泡沫玻璃等。由于煙囪內(nèi)襯防腐材料既要能防止脫硫系統(tǒng)正常運行時濕煙氣的腐蝕 ,又要在脫硫系統(tǒng)故障或檢修時 ,能長時間耐 130 ～150℃ 的高溫。就以上幾種材料看 ,第二類和第三類材料能達(dá)到此要求 ,但價格太高。目前 ,電廠已加強煙囪外表面的監(jiān)測 ,對比分析煙囪外表面鐵銹的流掛程度 ,準(zhǔn)備在機組全停期間 , 對煙囪內(nèi)壁作全面檢查。

5 . 2　 回收系統(tǒng)防堵

當(dāng)硫酸銨溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)后 ,會析出顆粒狀硫酸銨晶體 ,并極易沉積在設(shè)備或管道的底部。在太倉協(xié)鑫熱電公司脫硫系統(tǒng)調(diào)試期間 ,由于系統(tǒng)的不完善和經(jīng)驗的缺乏 ,從蒸發(fā)結(jié)晶器到離心機系統(tǒng)的設(shè)備、 管道全面發(fā)生嚴(yán)重堵塞 ,導(dǎo)致整個脫硫系統(tǒng)無法運行。我們利用硫酸銨易溶于水的特點 ,對回收系統(tǒng)進行了改進和優(yōu)化控制:

(1)系統(tǒng)改進。在安裝輸送硫酸銨過飽和溶液的管道時 ,減少了彎頭數(shù)量 ,并盡量避免水平布置; 在硫酸銨過飽和溶液管道上增加了沖洗水接頭 ,當(dāng)發(fā)生堵塞時 ,可以從不同方向?qū)艿肋M行沖洗疏通; 蒸發(fā)器的下料口由蒸發(fā)循環(huán)泵入口處改至出口處, 并改用球閥控制;在冷卻結(jié)晶槽底部增加了壓縮空氣吹掃和蒸汽吹掃功能 ,改變冷卻結(jié)晶槽下料管的布置方式 ,從而降低了管道阻力。

(2)優(yōu)化運行控制。通過對脫硫取出液泵流量、 蒸汽量和蒸發(fā)器放料量的動態(tài)控制,使蒸發(fā)器內(nèi)料液的含固量穩(wěn)定在 30%左右 ,從而解決了從蒸發(fā)器到濃漿槽的硫酸銨堵塞問題;為了防止硫酸銨在濃漿槽內(nèi)沉降結(jié)塊 ,采取了攪拌器連續(xù)運行、 保持濃漿槽低液位和濃漿泵小流量運行的方式 ,避免了從濃漿泵出口到冷卻結(jié)晶槽之間管道的堵塞;在運行控制上 ,除保持?jǐn)嚢杵鬟B續(xù)運行外 ,再在冷卻結(jié)晶槽底部打入壓縮空氣 ,利用壓縮空氣的沖擊力 ,使沉降在椎底的固體硫酸銨懸浮于溶液中 ,解決了冷卻結(jié)晶槽底部的硫酸銨堆積問題 ,保證了下料的通暢 ,從而確保離心機可以均勻地進料。

6　 結(jié)語

FCL氨法煙氣脫硫工藝技術(shù)成熟、 適用煤種廣、脫硫效率高、 運行穩(wěn)定 ,且其副產(chǎn)物是優(yōu)質(zhì)的復(fù)合肥原料 ,具有一定的經(jīng)濟效益,可降低脫硫系統(tǒng)的運行費用。對于實際運行中存在的硫酸銨回收系統(tǒng)堵塞問題 ,可通過對回收系統(tǒng)的合理改進和采取優(yōu)化運行控制等措施來解決。  

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