锅炉烟气氨法脱硫氨逃逸及气拖尾情况分析及解决措施

氨法脱硫氨逃逸及气溶胶分析及解决措施

谷茂祥

简介：介绍了锅炉烟气氨法脱硫出现的氨逃逸及气溶胶即“气拖尾”形成的原因、现象，采取的措施和解决的方法。

关键词：氨法脱硫氨逃逸气溶胶

烟气氨法脱硫工艺皆是根据氨与SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的，主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。氨法脱硫技术在化学工业领域应用普遍，用氨吸收硫酸生产尾气中的SO2, 生产亚硫铵和硫铵。80－90年代，在我国硫酸和磷肥厂，具有氨法脱硫装置高达100余套。美国和德国的脱硫石膏已成为一个突出的环境问题，正着力研究转化为硫铵的技术。据不完全统计，全世界目前使用氨法脱硫的机组大约在10000MW，氨法是高效、低耗能的湿法。氨法是气液相反应，反应速率快，吸收剂利用率高，能保持脱硫效率95—99%。氨在水中的溶解度超过20%。氨法具有丰富的原料。氨法以氨为原料，其形式可以是液氨、氨水和碳铵。目前我国火电厂年排放二氧化硫约1000万吨，即使全部采用氨法脱硫，用氨量不超过500万吨/年，供应完全有保证，氨法的最大特点是 SO2的可资源化，可将污染物SO2回收成为高附加值的商品化产品。

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副产品硫铵是一种性能优良的氮肥，在我国具有很好的市场前景，目前主装置是大型合成氨尿素的热电厂基本上都采用此方法脱硫。但脱硫后烟气温度较低，设备的腐蚀较干法严重并易产生氨逃逸和气溶胶即“气拖尾”现象,需要不断完善。

1 烟气氨法脱硫氨逃逸及气溶胶的形成原因

烟气氨法脱硫氨逃逸的形成原因

1.1.1 所谓氨逃逸是氨水温度较高时（一般60℃以上）逐步分解成为气体氨与水的过程，由于气体氨气不参与氨法脱硫反应，所以氨气同脱硫烟气一起从烟囱排出，形成所谓的氨逃逸现象。

1.1.2 氨逃逸是困扰氨法脱硫的一大难题，也是影响脱硫经济性同时影响周边环境的重要因素；有些氨脱硫技术提供商由于技术落后，脱硫率低，为了让二氧化硫排放达标，用氨水过量，在脱硫塔上方形成“白烟”现象，这不但造成了氨的浪费成本增加，造成严重的氨逃逸现象。

1.1.3 氨逃逸的根本原因是氨水挥发性强、蒸汽压较高，目前还没有能完全防止氨逃逸的脱硫工程技术公司实例存在，各个做氨法脱硫公司之间的技术差别仅限于对氨逃逸多少的控制。

烟气氨法脱硫气溶胶的形成原因

1.2.1 我们所指的所谓气溶胶“气拖尾”是液体或固体的小质点分散并悬浮天空大气中形成的胶体分散体系。

1.2.2 在氨法烟气脱硫中气溶胶颗粒的形成主要通过两种途径：一是氨法脱硫中，烟囱排出的烟气所夹带的氨水挥发逃逸出气态

氨与烟气中未脱除的二氧化硫通过气相反应，生成亚硫酸氢铵、硫酸铵等组分形成气溶胶，该气溶胶组成主要决定于二氧化硫/气氨的比值、空塔气速、温度及烟气中的水分和氧气，烟气的二氧化硫及氧气越多、空塔气速越大气溶胶形成也越严重。

二是氨水吸收烟气中二氧化硫后脱硫液滴被烟气携带出，由于蒸发、烟气气体流速过快等作用，析出亚硫酸氢铵固体结晶形成气溶胶。1.2.3排出烟气中氨与二氧化硫形成气溶胶的重要途径是脱硫反应生成的亚硫酸氢铵分解，亚硫酸氢铵分解为氨与二氧化硫的温度要大于70℃的条件下才能进行，同时在碱性环境中亚硫酸氢铵会加速分解。

1.2.4 同时被烟气携带蒸发出的亚硫酸铵固体，以超细粉末微米级别（）存在形成气溶胶。

1.2.5 经实验表明，微米级（）的亚硫酸铵颗粒成为水蒸汽冷凝结霜的晶种，当排出烟气温度低于30℃时极易生成微米的亚硫酸铵，而当排出烟气温度大于45℃时，可以有效的控制气溶胶的产生，所以氨法脱硫工艺要求排烟温度要控制在45℃--50℃之间进行操作。

2 烟气氨法脱硫氨逃逸及气溶胶解决办法与措施

烟气氨法脱硫氨逃逸解决办法与措施

2.1.1技术升级改造打破氨法脱硫无法解决的氨逃逸问题，选用最先进的第三代塔外氧化技术或用第三代脱硫技术进行老厂的技术改造。

2.1.2 选用业绩好的脱硫公司进行氨法脱硫项目，以保证施工质量好、售后服务好、装置能耗低，来避免装置腐蚀及减少氨逃逸现象的发生。

2.1.3 为了减少脱硫成本，脱硫剂尽量利用废氨水，但对废氨水品质要加以控制，废氨水中不能有对脱硫产生较大影响的物质。比如，含酚类和煤焦油等杂质的废氨水，烟气脱硫选择这样的废氨水脱硫，由于酚、焦油对硫酸铵结晶的抑制作用，脱硫反应生成的亚硫酸铵无法氧化。

2.1.4气速控制，对气膜吸收系数关系分析，烟气气速对吸收传质有一定的影响，而气速与脱硫塔直径密切相关，反应段气速一般控制在3m/s以下；第一代脱硫技术一般气速较大（一般控制在s以上）脱硫塔直径较小，造成气体带液形成氨逃逸严重。

2.1.5 选用高效除雾器增加除雾器层数等方法可以有效控制氨逃逸。

2.1.6 控制氨水用量和浓度，在保证脱硫率的情况下，尽量降低氨水用量和浓度，同时对加入氨要多选加入点，以低氨水比例进行控制氨的加入量。

2.1.7 对技术落后，脱硫率低产生的氨逃逸现象，应该对整个脱硫体系进行物料衡算和适当的技术改造，最后将氨量控制在合适的水平。

2.1.8第一代脱硫塔内直接氧化的氨法脱硫技术经过实际运行发现，在脱硫塔中有1/4左右的亚硫酸铵未被氧化，说明第一代脱硫塔用一个塔同时进行脱硫和氧化是不能将烟气中的硫完全氧化为硫酸铵，未被氧化的亚硫酸铵与氨在烟囱排出逃逸到大气和周围形成二次污染，所以第一代脱硫工艺是一个很不合理的工艺，随着环保监测的越来越严格必须进行更新换代。

烟气氨法脱硫气溶胶解决办法与措施

2.2.1 控制气溶胶的主要措施是降低排出烟气中的二氧化硫含量，即极力提高脱硫率，脱硫率是衡量脱硫装置优势的主要标准，是脱硫装置工艺合理及设备结构科学的表现；比如，脱硫装置出现的气溶胶即“气拖尾”现象，就是由于是第一代脱硫工艺，采用硫塔内直接氧化工艺落后，脱硫率低，给周围环境造成第二次污染，目前正在采用第三代塔外氧化脱硫技术进行改造，主要改造内容就是提高脱硫效率，在脱硫塔外增加一套氧化塔系统，用适量的液/气比、高效率喷淋技术等新工艺，尽可能地采用低浓度氨水作为脱硫剂以降低气溶胶即“气拖尾”现象。

2.2.2以低温度的工艺水等降温措施，降低烟气携带的亚硫酸铵反应产物，以净化烟气排出的环境质量，降低烟气携带水分。

2.2.3 严格控制脱硫系统的热、水平衡，使烟气排出温度控制在45℃-50℃之间。

2.2.4 严格控制烟气进入主脱硫塔吸收段温度＜70℃，防止亚硫酸铵的分解，控制吸收段脱硫液的PH值为酸性，抑制亚硫酸铵的分解。

2.2.5 进行技术改造，降低液/气比，使吸收段的加入氨水浓度在确保脱硫率的前提下，氨水浓度有所降低。

2.2.6采用新的脱硫技术，提高喷淋吸收段的雾化效率，高效喷淋洗涤净化烟气，在采用新的脱硫技术时要做好除雾段填料及喷头形式的选择。

2.2.7 真正将硫酸铵氧化率提高到99%，降低脱硫液中硫酸铵及亚硫酸铵的含量。

2.2.8降低烟气中氧的含量，抑制排出烟气硫酸铵的生成。

2.2.9 对新上的锅炉烟气氨法脱硫装置，必须采用第三代塔外氧化技术及设计的空塔气速＜3m/s，避免气溶胶即“气拖尾”现象的发生；大量的业绩厂证明第一代氨法脱硫直接工艺技术氧化不完全，同时脱硫塔塔径过小，空塔气速过快，烟气携带大量未氧化彻底的亚硫酸铵等液滴从塔顶烟囱排出形成气溶胶，因此在内蒙古华锦锅炉烟气氨法脱硫吸取了以上第一代氨法脱硫工艺的不合理出现气溶胶等二次污染的教训，采用采用第三代塔外氧化技术及低空塔气速设计（空塔气速＜s）来解决以上问题。

3 结论

在氨法脱硫中氨逃逸、气溶胶即“气拖尾”的形成主要通过两种途径：

第一，氨水挥发逸出的气态NH3与烟气中的S02通过气相反应形成(NH4)2S03、NI-hHS03、(NI-h)2S04等组分，其组成主要决定于S02／NH3比值、温度以及烟气中H20与02含量等：

第二，氨水吸收烟气中硫化物的脱硫液滴，在高温烟气中，由于蒸发作用析出固态晶粒。氧化不完全及空塔气速过快造成的亚硫酸铵的逃逸；主要是以下两种方式：亚硫酸铵的分解、亚硫酸铵在与烟气逆向接触过程中，以“气溶胶”的形式雾沫夹带，随烟气逃逸。

A、亚硫酸铵分解问题：亚硫酸铵本身在温度＞70℃的条件下中易分解为氨和SO2，另外在“碱性环境”中铵盐也会自动分解。

B、亚硫酸铵“气溶胶”雾沫夹带：亚硫酸铵雾化喷淋液在与烟

气“逆向接触”过程中，脱除二氧化硫的同时，也极易形成“亚硫酸铵气溶胶”。

氨法烟气脱硫首先是要解决气溶胶和氨损（氨逃逸）等二次污染的问题。在氨法脱硫过程中，亚硫酸铵和亚硫酸氢铵气溶胶随净烟气排出，造成氨的损耗，成为困扰氨法脱硫技术发展的瓶颈；为防止气溶胶降低氨损（氨逃逸），第二代脱硫技术采用了多级洗涤、湿式电除尘器收集等方法，但基本都是从氨雾形成后的补救上做文章，没有从降低氨损、氨逃逸的根源上进行改进；第三代氨法脱硫技术从严格控制氧化程度、空塔气速是否过快、反应温度和吸收液的成分等基本消除了氨雾形成的条件，经济地解决了氨损、氨逃逸难题，使净化后烟气中氨含量在10mg/m3以下，业绩好的电厂平均不到m3氨损小于％。所以要解决氨逃逸、气溶胶即“气拖尾”问题必须采取如下解决措施：

3.3.1选用最先进的第三代塔外氧化技术或用第三代脱硫技术对老厂进行技术改造。

3.3.2选用高效除雾器增加除雾器层数等方法控制氨逃逸、气溶胶即“气拖尾”问题。

3.3.3 控制氨水用量和浓度，在保证脱硫率的情况下，尽量降低氨水用量和浓度，同时对加入氨要多选加入点，以低氨水比例进行控制氨的加入量。

3.3.4采用第三代塔外氧化脱硫技术对老厂进行改造，主要改造内容就是提高脱硫效率，在脱硫塔外增加一套氧化塔系统，用适量的液/

气比、高效率喷淋技术等新工艺，尽可能地采用低浓度氨水作为脱硫剂以降低氨逃逸、气溶胶即“气拖尾”现象。

3.3.5 加强氨法脱硫装置运行管理和脱硫公司的售后服务，要对氨法脱硫环保装置从思想认识管理等方面引起足够重视，人员方面要配备有丰富经验的的化工操作人员，使脱硫装置运行达到良好的运行状态，如果不重视以上条件，再先进的脱硫工艺技术和装置也会出现问题的。