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和設備,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2007201225 一次性通過環(huán)保驗收。本工程設計煤種硫分為0. 7% ,校核煤種硫分為1. 0% , 電除塵器出口SO2 質量濃度不超過 1 500mg/m3 ,粉塵質量濃度不超過400mg/m3。

2　工藝原理

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

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

3　工藝流程

FCL氨法脫硫工藝流程主要分為預洗滌、SO2 吸收、亞硫酸銨氧化和蒸發(fā)結晶等工序。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3、4號爐煙道排入煙囪(磚煙道經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,濃縮液經煙氣加熱蒸發(fā)后得以濃縮。當濃縮液密度達到 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有連通管道,可自動平衡濃縮塔液位,無需人工調節(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)共設置3臺漿液循環(huán)泵,塔內設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。在噴淋層的上部設有一層工藝水噴淋,主要作用是保持塔內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。

在脫硫塔出口處設置兩級除霧器,阻力降低于 200 Pa,并設有自動清洗系統(tǒng)。除霧器系統(tǒng)的煙氣水分設計值為低于75mg/m3 (本文煙氣量均為標準狀態(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計(亞硫酸銨質量分數控制在20%左右) ,氧化空氣由2臺羅茨風機提供。氧化空氣經設置在脫硫塔底部的曝氣器鼓出,細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)結晶器。在蒸發(fā)結晶器內, 硫酸銨料液經高溫蒸汽加熱而蒸發(fā),產生的蒸汽經真空系統(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,而蒸汽凝結的疏水則全部回收至疏水箱重復利用。當料液含固量達到一定程度時,將料液放入濃漿槽,再由濃漿泵打入冷卻結晶槽,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,應盡量減少彎頭數量,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 濃度為參考指標來調節(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,如實現煙道風門聯鎖、塔內液位聯鎖、自動加氨、蒸發(fā)結晶器加熱聯鎖、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　主要技術指標

太倉保利協(xié)鑫熱電公司1 號、2 號脫硫系統(tǒng) 168 h運行的主要技術指標詳見表1。

1號脫硫系統(tǒng)在測試期間負荷波動大,工況不穩(wěn)定,造成其凈煙氣中游離氨超過設計值。但從2 號脫硫系統(tǒng)數據可見,在鍋爐工況穩(wěn)定的情況下,該指標完全可以達到設計值要求。

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)。由于煙溫低于結露溫度,雖經除霧器處理,煙囪內壁仍產生較多的水液。水液具有一定的腐蝕性,長期運行,將會對煙囪內筒造成腐蝕。根據國內外的經驗,濕法脫硫后的煙囪鋼內筒防腐襯主要有三類:一是防酸腐蝕的內襯,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襯,如鈦板( TiCr2 )等;三是用耐腐蝕的輕質隔熱制品粘貼,如泡沫玻璃等。由于煙囪內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,準備在機組全停期間, 對煙囪內壁作全面檢查。

5. 2　回收系統(tǒng)防堵

當硫酸銨溶液達到過飽和狀態(tài)后,會析出顆粒狀硫酸銨晶體,并極易沉積在設備或管道的底部。在太倉協(xié)鑫熱電公司脫硫系統(tǒng)調試期間,由于系統(tǒng)的不完善和經驗的缺乏,從蒸發(fā)結晶器到離心機系統(tǒng)的設備、管道全面發(fā)生嚴重堵塞,導致整個脫硫系統(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,當發(fā)生堵塞時,可以從不同方向對管道進行沖洗疏通; 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沉降結塊,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晶槽之間管道的堵塞;在運行控制上,除保持攪拌器連續(xù)運行外,再在冷卻結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　結語

FCL氨法煙氣脫硫工藝技術成熟、適用煤種廣、脫硫效率高、運行穩(wěn)定,且其副產物是優(yōu)質的復合肥原料,具有一定的經濟效益,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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