“填料+丝网”除雾在氨法脱硫的工业应用

吴全富 杜海波 杨 潇

(中石油克拉玛依石化有限责任公司)

0 引 言

氨法脱硫工艺是目前比较成熟、已工业化应用的脱硫工艺，主要用于300 MW及以下的燃煤机组[1]。其原理是水中的氨和烟气中的SO2发生反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵进一步与烟气中的SO2反应生成亚硫酸氢铵，亚硫酸氢铵再与氨水反应生成亚硫酸铵，生成的亚硫酸铵被空气氧化为硫酸铵。其能耗很低，产物附加值高且符合可持续发展，是一种绿色的废气处理方式。另一方面石化厂内有液氨或者氨水的供应，利用氨法脱硫技术有得天独厚的优势。

氨的反应迅速，处理废气效率高，产物不会附着在设备上，处理流程相对简单，操作简便、维护相对轻松。相对钙法脱硫其基本没有固废的产生，高浓度的硫酸铵液体通过旋流提浓、离心脱水、干燥得到硫酸铵副产品符合循环经济的要求，不会再次污染环境[2-3]。

常规投入运行的大部分氨法脱硫虽然SO2依赖氨的强制加入达到GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》要求，但烟囱检测口的雾滴和颗粒物检测浓度很难达标排放[4-5]。常见的问题如下：

1)烟囱雨严重、PM2.5气溶胶“烟气拖尾”明显，污染转移。

2)硫酸铵随酸雾夹带飘落，腐蚀生产生活设施，影响厂区和周边居民生活。

3)氨逃逸严重，铵盐损失大，影响脱硫系统运行的经济性。

1 氨法脱硫工艺

GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》要求重点区域SO2和烟尘分别执行50 mg/m3和20 mg/m3的限值。中石油克拉玛依石化有限责任公司动力厂在氨法烟气脱硫后段采用“填料+丝网”除雾技术，结合脱硫塔工艺设计，实现了脱硫效率高，氧化快速，除雾能力强的预期，成功解决氨法脱硫“烟气拖尾”及气溶胶等问题，确保烟尘达到排放标准。

该氨法脱硫及“填料+丝网”除雾工艺系统主要由浓缩塔、吸收塔、除雾系统、氧化系统、硫酸铵后处理系统等组成，其工艺流程见图1。

图1 脱硫部分工艺流程

1)来自锅炉脱硝除尘后的高温烟气首先进入浓缩塔，自下而上与两台浓缩循环泵来的浆液逆流接触，在此过程中，烟气降温，浆液浓缩，同时，烟气中SO2被初步吸收。被浓缩的浆液一部分继续循环，另一部分则送至浓浆罐，经泵送入硫酸铵回收工段，采用蒸发结晶工艺，离心机分离、干燥后送入包装机，包装入库。

2)经过初步净化的烟气进入脱硫吸收段。在脱硫吸收段，烟气与三层喷淋层来的浆液逆流接触，烟气中的SO2进一步被吸收。吸收SO2的浆液回流至塔底，亚硫酸氢铵与氨水反应，生成亚硫酸铵，再经氧化生成硫酸铵，送至浓缩塔。净化后的烟气经三级除雾器去除夹带的液滴后(液滴含量50 mg/Nm3)，经过塔盘后进入洗涤段。

3)在洗涤段内，含一定量雾滴的烟气通过填料层到水洗层，在水洗层烟气被无盐水喷头进一步冲洗达到去含盐雾滴和粉尘的效果，冲洗过的烟气再经过两层丝网除雾器过滤后达到GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》排放。

2 “填料+丝网”除雾技术消除产生的气溶胶

氨法脱硫的特殊之处在于脱硫剂氨常温常压下是气体，易挥发，与SO2在气态下反应易生成亚微米级的亚硫酸铵和硫酸铵气溶胶。因此，氨法脱硫的首要问题是围绕着如何控制氨的挥发，防止气溶胶的生成和氨随脱硫后烟气的逃逸。控制三层喷淋吸收将烟气的降温与吸收分开，有效抑制气溶胶的产生。

在脱硫塔内，喷淋吸收段上部设置三层高效除雾器，去除吸收段烟气夹带的绝大部分烟尘、雾滴以及部分气溶胶颗粒，将脱硫吸收段与除尘清洗段相对隔离，有效抑制了吸收段烟气中夹带的大量雾滴、烟尘、颗粒物等进入除尘清洗段，实现水洗层浓度远远低于吸收层浆液浓度，实现浓度递减、逐级吸收功能。

水洗塔盘的空隙过大，造成局部烟气不均匀偏流现象，在喷淋水洗中，偏流的烟气中的气溶胶组分不能有效去除，在经过丝网除雾器后，仍会有残留的气溶胶随烟气排放，造成烟气拖尾。针对此问题，装置增设填料层，安装在塔内水洗塔盘的上部，水洗水喷淋的下部。填料层增大了气-液的传质面积，同时可对烟气进行均布，均布后的烟气和喷淋下来的水洗水在填料中充分接触，使其均匀混合，可充分去除气溶胶。

丝网除雾器又称除沫器，当带有雾沫的气体以一定速度上升通过丝网时，由于惯性作用，雾沫与丝网细丝相碰撞而被附着在细丝表面上。细丝的可润湿性、液体的表面张力及细丝的毛细管作用，使得液滴越来越大，直到聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就从细丝上分离下落[6]。气体通过丝网除雾器后，基本不含雾沫。装置在填料层上部又设置了两层丝网除雾器进一步去除硫酸铵小液滴。

3 “填料+丝网”除雾技术的工业应用

克拉玛依石化采用“填料+丝网”除雾技术的氨法脱硫工艺建成两套烟气脱硫装置，实现冬季4台锅炉开两套烟气脱硫装置，夏季两台锅炉开一套烟气脱硫装置，另一套烟气脱硫检修的运行模式。装置设计脱硫效率大于95%，氨逃逸小于2 mg/m3。工艺所需液氨由公司酸性水汽提装置通过管输提供，在电厂新建氨水配置系统，控制氨水浓度为10%左右。氨法烟气脱硫性能指标见表1。

表1 氨法烟气脱硫性能指标

表1列出了“填料+丝网”除雾氨法脱硫的设计和运行指标，从表中可以看出，烟气处理量，出口SO2、烟尘、氨逃逸、脱硫效率及系统压降均在设置指标范围之内，达到了项目建设的预期效果。

图2、图3列出了2018年全年烟气脱硫装置出口SO2和烟尘日均浓度及烟尘浓度。从图中可看出，SO2的出口浓度不高于30 mg/m3。“填料+丝网”除雾后烟尘浓度不高于10 mg/m3，达到了超低排放的要求。项目运行两年来，经过政府环保部门的多次检测，各项指标均优于设计指标。

图2 脱硫出口SO2浓度

图3 脱硫出口烟尘浓度

4 结 论

“填料+丝网”除雾的氨法脱硫装置，自2017年7月投用以来，操作运行平稳，脱硫烟囱出口SO2浓度小于30 mg/m3，烟尘浓度小于10 mg/m3，全年烟气排放温度在48～55℃，烟气水含量在40～50 g/Nm3，达到了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发[2015]164号)中SO2不大于35 mg/m3，烟尘不大于10 mg/m3超低排放的要求。填料和丝网定期用无盐水分模块冲洗可在不影响压降的前提下，解决铵盐的结晶、堵塞和结垢等问题。“填料+丝网”除雾方案投资小、能耗低、运行稳定，适用于有稳定液氨供应的小型电厂或化工厂动力站的燃煤脱硫装置。