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国内外主流烟气脱硫技术为石灰石-石膏湿法脱硫[1],同时,湿式氨法脱硫工艺存在吸收塔出口气溶胶颗粒物排放浓度大的缺陷[2-3],导致烟囱出口形成“蓝色烟尾”的现象[4-5]。根据统计,在2015年签订合同的烟气脱硫新建工程机组中,氨法烟气脱硫机组占4%,与《火电厂烟气脱硫工程技术规范 氨法》(HJ 2001—2010)颁布时国内氨法脱硫机组占所有烟气脱硫工程机组不到1%相比,氨法脱硫的应用取得了长足发展,并开发了多段分区吸收塔技术代替原有空塔技术[6]。《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》[7]中规定:氨法脱硫塔的结构须分区设置烟气洗涤降温区、SO2吸收区、颗粒物及氨逃逸控制区等,不同功能区间用托盘分隔。其中,烟气洗涤降温区设置1~2层喷淋,SO2吸收区设置不应少于3层喷淋,颗粒物和氨逃逸控制区设置1~2层喷淋,以及不少于3级的高效除雾器,使出口雾滴浓度不大于20 mg·m−3(其中硫酸铵的浓度约为9 mg·m−3)。
针对氨法脱硫工艺在实践中气溶胶颗粒物排放浓度大的问题,国内学者进行了实验室与实践中的研究[8-9]。张文武等[10]研究了氨法脱硫工艺气溶胶生成机理与物理特性,并得出气相NH3与SO2的反应在硫酸铵气溶胶生成中占主导地位的结论;彭学江等[11]总结了氨法脱硫在硫酸生产工业中的实际应用问题,并研究了通过改造除雾器与加装冲洗水喷雾的方式,使脱硫塔出口硫酸铵颗粒平均物浓度从40 mg·m−3降到25 mg·m−3。同时,不同工业中烟气所运用的氨法脱硫工艺在入口烟气温度不同的情况下,出口硫酸铵浓度表现出不同特性,如硫酸生产工业中,使用先干法脱硫再氨法脱硫的工艺,在氨法脱硫入口温度为60 ℃的条件下,出口颗粒物浓度仅为2.8~4.2 mg·m−3[12];烧结烟气的氨法脱硫塔入口温度分别为140 ℃左右,在结构更优的氨法脱硫塔情况下,其出口硫酸铵颗粒物浓度却高达280 mg·m−3[13];燃煤电厂氨法脱硫塔入口烟气温度在130 ℃左右,须在脱硫塔出口增设湿式电除尘器[3, 14]或采用声波凝并等技术[15],才能使出口硫酸铵颗粒物浓度满足超洁净排放的要求。但目前缺乏对电厂多段分区吸收塔在不同工况条件下出口硫酸铵排放浓度变化规律的研究,缺乏对结构改造案例效果的对比分析[16]。
本研究针对氨法脱硫出口硫酸铵颗粒物浓度高且不易控制的现象,通过连续跟踪与控制锅炉负荷、吸收塔浆液密度、入口烟气温度、3级循环区域淋洗水量等,对比分析吸收塔中烟气处理量、烟气降温区域浆液中硫酸铵浓度、烟气温度、工艺水淋洗等因素对吸收塔出口硫酸铵浓度的影响,并对改造后吸收塔结构性能进行测定与评价,针对降低出口硫酸铵颗粒物浓度与节能的要求,提出了氨法脱硫优化运行的建议与氨法脱硫工艺改造的新思路。
氨法脱硫工艺硫酸铵颗粒生成与排放的影响因素分析
Factors analysis for affecting the formation and emission of ammonium sulfate particles in ammonia desulfurization process
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摘要: 针对氨法脱硫工艺实践过程中出口硫酸铵颗粒物浓度高的现象,通过测试某氨法脱硫塔结构优化前、后不同运行条件下净烟气硫酸铵浓度,分析烟气处理量、浆液含固量、烟气温度、工艺水淋洗等因素对其浓度变化的影响规律,提出了氨法脱硫工艺改造的新思路。结果表明:硫酸铵能穿透采样的滤膜与滤筒;优化前、后出口硫酸铵浓度随锅炉负荷的增长而加速增长,随浆液含固量的增加(由5%增加至45%)先加速增长,然后(由45%增加至55%)增长速度逐渐减小,随喷淋水量的增加而降低;浆液含固量与烟气温度是影响硫酸铵析出量,导致出口硫酸铵逃逸的关键因素。因此,降低烟气温度与缩短浆液含固量高条件下的运行时间能是氨法脱硫改造的新思路。Abstract: Aiming at the phenomenon of high concentration of ammonium sulfate particles in the outlet of the process of ammonia desulphurization, the ammonium sulfate concentration of the clean flue gas from the ammonia desulfurizing tower before and after its structure optimization was tested under different operating conditions. The influences of the flue gas treatment capacity, the solid content of seriflux, the flue gas temperature and the elution of fresh water on the variations of the ammonium sulfate concentration were analyzed, and a new idea for the ammonia desulphurization technological transformation was proposed. The results showed that ammonium sulfate could penetrate the sampled filter membrane and filter cartridge. Before and after the structure optimization, the ammonium sulfate concentration in the outlet increased with the increase of boiler loading, and its increase accelerated with the increase of the solid content of seriflux (5% to 45%), then decelerated as the solid content of seriflux increased from 45% to 55%. It decreased with the increase of the elution of fresh water. The solid content of seriflux and the temperature of flue gas were the key factors affecting the crystal precipitation of ammonium sulfate and the escape of ammonium sulfate in the outlet. Therefore, the new ideas for the technological transformation were as follows: reducing the flue gas temperature and the running time at the high solid content of seriflux.
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表 1 前期测试与跟踪的进、出口颗粒物浓度
Table 1. Particle concentrations of the inlet and outlet through initial tracking and testing
运行条件 测试
编号入口FPM浓度/
(mg·m−3)出口FPM浓度/
(mg·m−3)出口CEMS监测颗粒物
平均浓度/(mg·m−3)CPM浓度/
(mg·m−3)(CPM/FPM)/
%不提供浆液 1 4.57 17.35 5.32 10.25 59.08 不提供浆液 2 4.33 21.16 5.18 12.62 59.64 提供浆液 1 4.21 101.42 7.83 68.59 61.51 提供浆液 2 5.56 127.73 6.27 41.25 48.93 表 2 出口硫酸铵浓度与入口烟气温度的关系
Table 2. Relationship between the ammonium sulfate concentration of outlet and the flue gas temperature of inlet
BRL负荷/% 锅炉运行状态 入口烟气温度/℃ 出口硫酸铵浓度/(mg·m−3) 25%含固量 45%含固量 50 冷态 31 2.61 2.68 50 热态 105 13.58 48.82 50 热态+事故喷淋 68 5.86 12.74 80 冷态 31 3.39 5.35 80 热态 125 17.13 98.46 80 热态+事故喷淋 75 6.32 21.53 表 3 出口硫酸铵浓度与工艺水淋洗水量的关系
Table 3. Relationship between the ammonium sulfate concentration of outlet and the leaching amount of fresh water
实验装置 淋洗水量/(t·h−1) 出口硫酸铵浓度/(mg·m−3) 含固量25% 含固量55% 优化前 0 40.54 425.78 优化前 450 24.34 216.95 优化后 0 32.48 223.42 优化后 670 12.15 65.94 优化后 670(2层) 7.26 35.79 -
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