氨法脱硫系统中氧化槽和湿式电除尘作用分析

袁平华

(阳煤丰喜临猗分公司， 山西运城 044100)

锅炉烟气治理氨法脱硫在阳煤丰喜临猗分公司(简称临猗分公司)已经运行了3套装置，从刚开始的简易氨法脱硫(塔内氧化和浓缩)到现在的复合氨法脱硫(塔外氧化、塔内浓缩结晶、塔顶湿式电除尘)，整个工艺和装置发生了很大的变化。锅炉除尘技术经历了静电除尘、布袋除尘、电袋复合除尘等阶段，除尘效果有了很大的改变，已实现除尘器出口粉尘质量浓度≤20 mg/m3。脱硫塔进口粉尘减少，给亚硫酸铵的氧化创造了良好的条件，硫酸铵晶体的成长也越来越快速。临猗分公司新建成的280 t/h循环流化床锅炉，采用复合氨法脱硫工艺，在进塔SO2质量浓度为2 500 mg/m3、锅炉负荷60%左右的情况下，日产硫酸铵在25～45 t，硫酸铵品质为一级，并且达到了超低排放的标准。

新建成的复合氨法脱硫装置，采用塔外氧化、塔内浓缩和结晶，塔内从下至上布置有文丘里分布器，两层集液器加两层托盘，两段水洗，两层屋脊式除雾器，塔顶布置有湿式电除尘器外加烟囱直排。塔外布置有氧化槽、稀氨水槽、水洗槽、各式泵类及硫酸铵回收装置。其中的关键装置就是氧化槽和湿式电除尘器，分别对产品硫酸铵的形成和出口粉尘的含量起着重要作用。保证着整个系统的顺利运转。

1 氧化槽

1.1 氧化槽是脱硫系统的中转站

氧化槽为非标容器，一般的氧化槽都是筛板槽，槽里面有两层筛板，筛板上密布着气孔，筛板有两个作用，一是增大气液接触面积，空气通过筛板孔会使液面产生鼓泡，使脱硫液充分氧化；二是减缓空气流速，增加空气在槽内的停留时间，不致于使30 kPa左右的空气快速流经氧化槽[1]。

空气从槽底鼓入，槽顶与脱硫塔有气相和液相连接，气相是从罗茨风机鼓入的空气，没有反应完全的气体(主要是氮气)进塔与脱硫烟气混合从脱硫塔顶排出；液相是脱硫吸收液经喷嘴与烟气接触后，经集液器自流入氧化槽，保证氧化槽和脱硫塔建立起循环系统。脱硫循环泵出口与脱硫塔喷淋层连接，一台循环泵对应一层喷淋，吸收液用集液器回收。吸收液经集液器自流入氧化槽，循环往复，所以也有厂家称之为“循环槽”。

脱硫用氨水也是从氧化槽加入。氨水是氨法脱硫的脱硫剂，是脱硫的主要原料。而在此工艺条件下，脱硫塔已经被分隔成三段，从下往上分别为浓缩段、吸收段和水洗段。吸收段是氨与二氧化硫发生反应的主要区域，氧化槽与吸引段之间是互相循环的关系，两者是一体的。氧化槽在和脱硫塔建立起循环的同时，也给脱硫塔浓缩段补液，保证浓缩段液位在一定的位置，浓缩段自身也能建立起循环系统，给烟气降温的同时不断浓缩，高温烟气不能直接进入吸收段，硫酸铵晶体可不断长大，直至能够从离心机中分离出来[2-3]。

氧化槽在整个氨法脱硫中占有重要的地位，从吸收二氧化硫到亚硫铵的氧化，浓缩段的补液，都离不开氧化槽。

复合氨法脱硫装置氧化槽和脱硫塔之间的流程图见图1。

图1 复合氨法脱硫装置氧化槽和脱硫塔之间的流程图

1.2 氧化槽与pH

pH是脱硫系统需要控制的重要参数，其决定着二氧化硫的吸收反应，系统中氨的加入量与硫酸铵晶体形成的快慢有关，pH的控制是脱硫系统正常运行的基础。脱硫系统的pH主要由氨水的量来定，而氨水是从氧化槽中加入的。为了保证氨水在氧化槽内混合均匀，使进入脱硫塔的脱硫液pH和氧化槽显示的pH不会偏差太大，在氧化槽内加一隔板，使加氨区和脱硫液分开，隔板高度通常比氧化槽内的控制液位要低，一般为2 m左右，以保证加入的氨水能够溢流到脱硫液中并且混合均匀。因为循环泵的进口在氧化槽底，新鲜的氨水有足够的时间和脱硫液进行混合。

氨法脱硫中氨水的加入位置对系统运行有较大的影响。在氨法脱硫第一套装置上，安装氧化槽之前首先从脱硫塔底部加入，当时只设计了一个加入点，运行后发现浆系统的pH非常不稳，经过反复分析，发现加氨水的位置不是最好，因为整个系统添加氨水是根据浆液pH来操作的，而pH计离加氨水的位置比较近，稍微加点氨水，浆液pH数值就变大，而实际上系统的pH并不高，导致溶液中亚硫酸氢铵过多，反应方程式为：NH3+SO2+H2O=NH4HSO3。

亚硫酸氢铵易溶于水，只有在溶液中才稳定，虽然浆液密度已达到要求，但仍分离不出来产品。同时出口烟气中SO2时常超标，除雾器堵塞，烟气拖尾现象严重。系统停车检查，发现有大块的盐类物附着在塔壁上，掉落的大块盐类物有时可将塔下部的扰动管和氧化风管砸断。经过化验分析,结晶物大部分为亚硫酸氢铵和硫酸氢铵，铵盐会堵塞浆液喷嘴和除雾器，甚至出口烟道，造成烟气拖尾。因为带出物太多，烟气比重大，无法扩散，只有往下沉。特别是在冬天,烟气抬升高度不够,整个厂区弥漫着一股浓浓的臭鸡蛋的味道。出现这些状况的原因就是浆液的pH未控制好,氨水加入不均匀,或是氨水加入太少,没有生成硫酸铵,而是生成了硫酸氢铵和亚硫酸氢铵,这些盐比硫酸铵在水中的溶解度大,即使饱和了也形成不了晶体,无法从离心机中分离出来。在达到过饱和的状态下，它们才从溶液中析出，经喷嘴喷出后附着在塔壁和梁上，长时间形成大块物，但离心机依然分离不出产品。硫酸铵在水中会长成一个个小晶体，固液比达到一定浓度就能从离心机中分离出来。

第一套氨法脱硫装置运行不正常，采取塔外氧化、塔内浓缩结晶工艺，对其进行了改造。两个脱硫塔共用一座氧化槽，氧化槽设计一个氨水加入点，即用隔板给氨水设置一个小空间，然后氨水经过溢流与氧化槽中的吸收液慢慢混合均匀。pH计设计为两个，分布在两个脱硫塔浓缩段，运行后发现两个塔的pH显示不一样，且偏差较大。经反复研究得出氨水加入点设计不理想，氨水和氧化槽里面的吸收液混合不均匀，导致两个塔浆液pH显示不一样，无法为操作提供可靠的依据。

针对上述问题，重新设计了氨水加入点，即从氧化槽顶部加入氨水，因为整个氧化槽高8 m，液位控制在4 m左右，新加入的氨水从氧化槽顶部落下，有足够的时间与氧化槽内的吸收液充分混合，而且循环泵安装在氧化槽底部，把氧化槽的液体打入到脱硫塔，可进行吸收二氧化硫的操作。为了保证吸收液pH的真实性，新上的280 t/h锅炉烟气脱硫将pH计安装在了循环泵出口(即脱硫塔进口)，不是在氧化槽上。在泵出口安装了一个小容器，用支管将各泵出口吸收液汇集到一起，pH计则安装在小容器里，保证进塔溶液的pH真实可靠。

采用技术手段，将氨水泵的变频调节与pH进行联锁，一旦pH偏低，氨水泵自动加快转速，给系统补氨；如果pH在设定值附近，氨水泵转速自动调低，这样就保证了吸收液和浆液pH的稳定。在保证pH稳定的前提下，亚硫酸铵的形成、氧化、结晶都能顺利进行，形成稳定的、在溶液中溶解度低的硫酸铵，而且在此pH条件下，硫酸铵晶体能够顺利长大到足以从离心机分离出来，而不是生成硫酸氢铵，造成脱硫液过饱和堵塞喷嘴及除雾器，并随烟气带出导致烟气拖尾，使脱硫系统工艺状况恶化，直至无法运转下去。

经过一系列的技术调整，目前280 t/h锅炉烟气脱硫系统运行稳定，硫酸铵产出量及烟气排放都达到预期效果。

2 湿式电除尘

2.1 湿式电除尘产生的原因

对于氨法脱硫工艺，虽然二氧化硫和氨能快速结合，但除了生成硫酸铵外，还生成亚硫酸氢铵、硫酸氢铵和碳酸氢铵等，这些盐类不稳定，易溶解或分解，经集液器气帽进入除雾器系统，并经除雾器随烟气进入到烟囱，即通常所说的“气溶胶”，在氨法脱硫系统中这种现象是不可避免的。

随烟气带出的硫酸氢铵和碳酸氢铵温度降低后将在烟道及烟囱中析出，有时在烟囱或烟道中会发现白色的析出物，烟囱有时还会冒黄烟，这就是亚硫酸氢铵和硫酸氢铵分解形成的“酸雾”。所以说氨法脱硫中的“气溶胶”危害非常大，这也是设计厂家多年来一直在研究要解决的问题。

氨法脱硫在除雾器进口再加水洗系统是刚开始使用的一种去除“气溶胶”的工艺，水洗液用的是干净的一次水，而且这种水还需要循环，不能跟吸收液一起直排入氧化槽，否则脱硫系统的水平衡就无法保证，因此需要另外设计一个水洗池，使洗涤液能够循环起来。当氧化槽液位低而整个冲洗水系统无法维持氧化槽正常运转时，可用水洗池的水补入氧化槽内，然后用一次水来补充水洗池液位。

加入水洗系统仅在氨法脱硫系统改造中使用，水洗作用只是降低了烟气温度，使其中带出的盐类物质及逃逸的氨重新返回系统，但水洗液和烟气接触时间极短，能够析出的物质有限，要达到排出的烟气烟尘质量浓度≤5 mg/m3，只加水洗系统还远远不够。

湿式电除尘工艺类似于静电除尘，用于捕捉那些极细小的湿颗粒，减少烟气中的烟尘。每隔一段时间对阴阳极系统冲洗一次，冲洗水进入到水洗池，每次冲洗都是用干净的一次水，冲洗时间间隔一般是每天冲洗一次。

2.2 湿式电除尘结构原理

湿式电除尘装置由高低压控制系统、冲洗系统、绝缘系统、阴极系统、气体分布系统、阳极系统等组成。

高压控制系统由高压控制柜、高压发生器和隔离开关柜等组成；高压控制柜通过可编程序控制器(PLC)来控制；高压发生器将高压柜的控制输出整流成直流电进入湿式静电除尘除雾器；隔离开关柜保护检修时人员进入湿式静电除尘除雾器内的安全；低压控制系统由低压控制柜通过PLC和触摸屏来集中控制。

冲洗系统由管道、喷嘴、电动阀门、流量计、压力变送器、放空阀、水泵等组成。冲洗要求采用单管单冲，冲洗装置安装在上气室内。

绝缘系统是比较重要的系统，涉及到人身安全。湿式静电除雾除尘器共设置2个电场，每个电场4台电绝缘箱，架设在顶部平台上，每个绝缘箱内装锥形石英管1支、石英管压盖1个、视镜1个、热电偶1支，采用内保温。

阴极系统由大梁、小梁、吊杆、阴极线、重锤、高压机组等组成。电晕电极为2205高效芒刺极线。为保证电晕线在沉淀管中心，且不受气体流动的干扰引起位移，每根电晕线下部设置8 kg重锤，上部固定在阴极小梁上，阴极小梁铺在阴极大梁上，大梁由4根吊杆通过石英管压盖，吊在绝缘箱的石英管上，绝缘采用热风清扫装置。

气体分布装置是烟气由进气口进入湿式静电除尘器，由于截面积突然扩大，容易因涡流而造成整个截面积上的气体分布不均，所以需要在下气室内设置气体分布装置。材质采用玻璃纤维增强聚丙烯材料(FRPP)，通过开孔的大小及开孔率来达到气体分布的均匀，气流均布系数σr<0.2。

阳极系统的收尘装置采用集束型，共分16组。管子呈蜂窝形排列，管子长度为6 000 mm，组装并黏接好后，再糊制支撑法兰，安装时通过支撑法兰悬挂在壳体内的阳极支撑大梁上。

阳极管束布置图见图2。

图2 阳极管束布置图

每根阳极管中插入一根阴极线。阳极管为碳纤维增强复合材料(CFRP)；内切圆360 mm六角管，长度6 000 mm×3 mm(导电阻燃玻璃钢)，表面涂满导电的石墨粉，在防腐的同时又带有导电的功能。阴极线为芒刺型2205耐腐蚀的合金扁钢，整个构架为悬吊式，用8根大梁和8根立柱把阴阳极系统悬挂起来。每个阳极管口上部正中心配套一根冲洗水喷嘴，冲洗水为高压一次水，用来对湿电系统进行冲洗。

2.3 湿式电除尘安装注意事项

湿电系统最核心的部分是高频电源和阴阳极系统。高频电源要把湿电系统电压从380 V升至60 kV，而阴阳极系统由于阳极管束高达10 400 m(底部塔体的直径是8 600 mm，此处的直径为12 160 mm)，必须保证在安装的过程中不能有任何的倾斜，否则即使阴极线安装是垂直的，由于阳极管是倾斜的，阴阳极间距不一，会导致在升压的过程发生早早放电的情况，电压无法升上去，降低整个湿电除尘的效果。湿电除尘在开车运行过程中发生电击产生电火花，导致脱硫塔被烧毁的情况已经发生过。原因是电压升不上去却强行升压，阴阳极短路着火，阳极管的材质为玻璃钢，即使加了阻燃剂，但反复放电打火，引起燃烧。其中最主要的原因是阴阳极间距安装不合格，阳极管束发生倾斜或阴极线安装不垂直，导致阴阳极间距过小，在升压的过程中产生电火花，从而导致脱硫塔着火。

氨法脱硫已经历多年的发展，湿电系统虽起步较晚,但在钙法、镁法、半干法等烟气脱硫工艺中都已应用，超低排放是大势所趋，只依靠除雾器及水洗是无法达到超低排放指标的。

复合氨法脱硫排放参数见图3。

图3 复合氨法脱硫排放参数

3 结语

临猗分公司新建成的280 t/h循环流化床锅炉脱硫采用复合氨法脱硫装置，经过近几个月的运行，环保效果非常显著,达到了超低排放的标准要求。并且在锅炉负荷约60%的情况下,日产一级硫酸铵25～45 t。