煤泥综合利用电厂氨法脱硫除尘工艺优化与应用

刘学冰 徐秀国 牛宪峰 山东华聚能源股份有限公司

山东华聚能源股份有限公司兴隆庄矿电厂、东滩矿电厂、济二矿电厂均为燃用所在煤矿洗煤厂洗煤泥发电供热的资源综合利用热电厂，随着政府对二氧化硫排放标准和要求的不断提高，煤泥综合利用电厂采取的炉内喷钙脱硫工艺，已经不能满足二氧化硫排放要求。结合煤泥电厂生产实际，通过对各种脱硫工艺的调研分析、综合比较，认为氨法脱硫具有很高的脱硫效率，系统简单、设备体积小、能耗低，其脱硫副产品硫酸铵作为化肥销售，能大幅度降低运行成本，且该工艺不会产生废水、废渣二次污染。

1 氨法脱硫基础方案的确定

鉴于国内几家专业的氨法脱硫专业公司工艺方案各有千秋，具有各自的技术特点和优势，又有技术缺陷和不足，为选择性价比适合公司需求的基础工艺方案及专业厂家，兖矿集团公司邀请了10余家氨法脱硫公司，组织进行了EPC总承包招标。通过综合评标和集团公司招标领导小组研究，确定由洛阳市天誉环保工程有限公司总承包华聚能源3座小型煤泥综合利用电厂烟气脱硫工程。

基础工艺方案确定后，借鉴国内外氨法脱硫技术，取长补短，针对华聚能源煤泥资源综合利用电厂具体特点，组织进行了全面的技术工艺优化研究。

2 工艺方案优化意见

2.1 明晰脱硫塔内各功能区

明确划分脱硫塔内各功能区，充分发挥各区专有的作用，更有效地实现稳定高效脱硫、高效率地回收高品质的硫酸铵。

（1）增加浓缩降温段，使高温烟气进入脱硫塔后首先被降温，以适合脱硫的温度进入脱硫吸收段。

（2）保持吸收脱硫段温度。维持吸收脱硫段温度稳定低温，可以保证脱硫效果，同时防止亚硫酸铵、亚硫酸氢铵的分解引起氨的逃逸，保证较高的氨水利用率和硫酸铵回收率。

（3）优化洗涤段布置。选择合适的液气比，加大循环液的喷淋密度，将烟气中可能带出的残余的氨洗掉，流入塔底集液池内，继续循环喷淋利用；净化后的烟气中残余少量雾沫在洗涤层做最后的清洗。

（4）烟气在脱硫塔内以低气速上升，减少烟气雾沫夹带情况的发生，同时破坏了气溶胶形成的条件。

（5）优化补给水系统，最大限度地发挥每级循环系统中补给液的作用，增强烟气中残余雾沫的清洗，除雾/除沫器和塔顶除雾板层层阻挡氨及气溶胶逃逸。

2.2 优化氨水加入方式，减少氨挥发

氨水分子结构不稳定、易挥发，如与烟气接触后极易随着净烟气排放，造成新的污染。本工艺研究改进了技术方案中向一级文丘里预脱硫段喷入一定浓度的欠量氨水进行中和反应，生成亚硫酸铵进行脱硫的工艺，采用独特的氨水补入方式，将氨水直接加入亚氨罐中，避免氨水进入雾化喷淋系统，减少了其与烟气直接接触的机会，此举能够大大减少脱硫剂氨的损耗，提高脱硫剂的利用率。

2.3 将预脱硫部分优化为浓缩降温段

进入浓缩段的稀硫酸铵溶液需在脱硫塔浓缩段蒸发浓缩至40%含量，其目的：一是为刚进入系统的热烟气降温，以保护塔体及改善脱硫段脱硫效果；二是充分利用热烟气的热量，让高含量的硫酸铵溶液进入蒸发系统，以节约蒸发系统的蒸汽。

流程为：硫酸铵液由浓缩循环泵自塔底抽出，分别进入热烟气进口喷淋管和脱硫塔浓缩段喷淋管，溶液喷淋后在热烟气的加热下蒸发出大量水分，一方面降低了烟气温度，一方面浓缩了溶液。两路喷淋的溶液均落入塔底，通过增浓泵由塔底抽出送至脱硫塔浓缩段喷淋管喷淋，不断循环，直至浓度合格为止。

2.4 系统防腐

针对不同的工作介质，选定相应的系统、设备材质。

就氨回收法脱硫工艺和脱硫塔采用的塔体材质而言，氯离子不会对本系统造成大的负面影响。用氨水脱除二氧化硫的同时，富裕的氨水可以和氯离子达到一定的浓度积的时候，氯离子将以氯化铵晶体的形式随着硫酸铵晶体脱离本系统。系统内部主要设备脱硫塔的材质均为特种玻璃钢，氯离子不会对该材质造成腐蚀，有氯离子存在的管道、阀门、泵等，均采用衬塑工艺，防止氯离子腐蚀。对于硫酸铵蒸发结晶系统，氯离子的富集会对不锈钢受热面产生严重腐蚀，因而建议蒸发器受热面管材由不锈钢更改为钛材。

2.5 pH值的控制

基础方案中要求脱硫塔底部积液池利用pH值控制仪，将其pH值控制在弱碱性（pH＞7）。本研究认为pH值＞7能够克服酸性条件对脱硫塔本体和管网的酸性腐蚀，同时SO2的平衡分压甚小，即吸收效率较高，但此时NH3的平衡分压大，即NH3的排空损失大。所以吸收液的组成，必须兼顾两个分压。建议pH值控制在5.5～6.6之间。

2.6 湿式除尘

优化脱硫液中粉尘的处理系统，使系统内的灰尘及时被带出系统，而又能保证硫酸铵质量。

脱硫液中的粉尘来自于烟气中除尘器未除尽的亚微米煤灰，经过湿法脱硫后必然有一部分粉尘进入到脱硫液中，长期运行后形成富集可能会对液体管路形成阻塞。粉尘混入到硫酸铵母液中也会影响硫酸铵产品的成色及含氮量。

采用的方法就是灰的湿式分离。采用脱水机对硫酸铵溶液进行除灰，系统设有回料管，可以实现循环除灰；同时在增浓循环系统中设有旁路管，在脱硫塔底部加装激励喷嘴，可以定期或根据需要喷射搅动，激起塔底沉积的灰尘，通过分离进行脱除。

2.7 硫酸铵生产系统

将3座电厂氨法脱硫产物硫酸铵溶液进行集中，在东滩矿电厂建设一套蒸馏装置，处理硫酸铵溶液，生产硫酸铵化肥。一系列的改进和完善，优化了系统配置，提升了脱硫系统的技术水平，进一步提高了系统的可靠性、稳定性和脱硫效率。

3 技术分析

（1）由于东滩矿电厂、济二矿电厂、兴隆庄矿电厂所使用的燃料是煤泥，这使得燃烧过后的烟气更加难处理。本研究围绕着如何解决氨的易挥发性，防止氨随脱硫尾气溢出损失，将脱硫剂氨水全部由亚硫酸铵罐加入，与亚硫酸氢铵反映生成亚硫酸铵，亚硫酸铵作为脱硫剂在脱硫塔内与二氧化硫反应，氨水不直接参与脱硫反映；同时控制脱硫循环溶液处于较低的浓度；并明确划分脱硫塔内部各功能区，将脱硫界区的温度控制在60℃左右，最大限度地促进亚硫酸铵的合成，减少其分解，从而控制氨的溢出损失。

（2）在塔底进行射流激励，利用循环系统将淤泥带出塔底，采用分离技术进行湿式除尘，对硫酸铵母液进行净化，大大提高了回收的硫酸铵副产品的品质，同时也清除了进入系统的电除尘器未除尽的粉煤灰，使得脱硫系统得以长期安全稳定运行。

（3）硫酸铵生产采用的烟气浓缩蒸发加三效蒸发系统，是降低能耗、节约能源的先进技术。脱硫产物硫酸铵母液在脱硫塔增浓段与热烟气混合，在降低烟气温度的同时，溶液被浓缩接近饱和，排出脱硫塔后进行湿式除尘，分离出灰尘，得到较纯净的硫酸铵母液。然后使用蒸汽，采用三效蒸发+结晶器（密闭）工艺，大大降低了蒸汽消耗，降低了运行成本，提高了硫酸铵产品质量。

（4）在亚硫酸铵氧化方面采用塔外引射抽气氧化技术，可以确保氧化率大于99%以上，并降低脱硫塔的循环液气比，大大降低系统的运行电耗，同时可以提高NOx的氧化率，更多的脱除NOx。

脱硫浆液通过氧化循环系统吸入空气中的氧气，高效、强力混合，使亚硫酸铵迅速氧化为硫酸铵，主要化学反应为：

烟气中除含有SO2外，还有氮氧化合物，而氮氧化合物中90%以上是以NO形式存在，其他NOx则很少。NO是一种不活泼气体，但是在湿环境中遇到空气则极易氧化成为NO2，而NO2又是一种强氧化剂，而亚铵盐则是一种还原剂，放在空气中就很快变成硫酸铵盐。所以在脱硫反应的同时，还发生如下副反应：

上述反应促进了亚硫酸铵的氧化反应。同时，还存在下列反应：

所以只要添加充分的空气进入氧化系统，并与脱硫浆液高效、强力扰动、混合，脱硫装置在完成脱硫的同时还能完成部分脱氮的目的，从而达到脱硫又脱氮的综合效果，本项目在3家电厂的脱硫工程设计中，采用塔外引射抽气氧化技术，已经有意识地强化了以上反应。当然根据脱硫工艺的发展，还可以进一步优化，从而成为完善的脱硫脱氮一体化的环保设备。

（5）保持亚硫酸铵罐溶液较低的浓度及pH值，有效控制氨的溢出损失。工艺研究及方案制定阶段，确定pH值控制在5.5～6.6之间。这样既能将脱硫率控制在95%以上，又能将NH3逃逸减小到最低程度。在试运行过程中，经反复试验研究，确定了恰当的pH值，控制SO2、NH3的平衡分压，使得NH3逃逸减小到最低程度，同时脱硫效率处于可控状态。

（6）在华聚能源公司3个电厂采用分别建设脱硫装置，在东滩矿电厂集中进行硫酸铵副产品的提取回收的技术方案也是一个大胆的创新，既节省项目的投资和占地面积，减少运行检修人员及工作量，降低运行成本，提高效率，又实现3个电厂的资源共享，提升了综合效益。

4 应用情况

山东华聚能源股份有限公司下属的东滩矿电厂、济二矿电厂、兴隆庄矿电厂脱硫装置均采用3炉1塔设计，3家电厂的脱硫装置投入运行后效果良好。

经地方环境保护监测站监测，东滩矿电厂烟尘、氮氧化物、二氧化硫浓度分别为42.1、170、38mg/Nm3；济二矿电厂烟尘、氮氧化物、二氧化硫浓度分别为42.2、166、75mg/Nm3；兴隆庄矿电厂烟尘、氮氧化物、二氧化硫浓度分别为47.8、165、76mg/Nm3。

副产品硫酸铵晶体氮含量为20.8%，达到了GB535-1995质量标准合格品要求。