许红伟，袁平华，王颖和，王军喜

[阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司，山西 临猗 044100]

0 引 言

阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司(简称丰喜临猗分公司)固定床造气吹风气余热锅炉+三废混燃炉烟气氨法脱硫系统始建于2019年，其脱硫塔直径8 500 mm、高65 000 mm，脱硫塔内设置浓缩段、吸收段、水洗段、管束除尘除雾段，塔顶设置有直排烟囱，塔外配置氧化槽和水洗槽，并建有硫酸铵综合楼1座，楼内有泵房、配电室及硫酸铵出料系统。烟气氨法脱硫系统设计处理烟气量400 000 m3/h(标态，下同)，包括固定床造气吹风气余热锅炉烟气量180 000 m3/h、三废混燃炉烟气量220 000 m3/h，设计烟气初始SO2含量为2 000 mg/m3，设计出口烟气SO2含量≤35 mg/m3、颗粒物含量≤5 mg/m3、氮氧化物含量≤50 mg/m3。

丰喜临猗分公司烟气氨法脱硫系统自建成投运以来，一直运行不太稳定，后通过多点加氨技改、在塔内管束除尘除雾器顶增设束水器、改进扰动管材质等，保证了脱硫系统的稳定运行，最终实现了烟气达标排放与硫酸铵的顺利产出。以下对有关情况作一总结。

1 烟气氨法脱硫系统运行问题

(1)氧化槽内溶液pH一般要求在5～6，但实际生产中其pH在7.0左右，一旦其pH下降，出口烟气SO2含量短期内就会迅速上升，有时甚至在100 mg/m3以上。

(2)脱硫塔出口烟气颗粒物含量不稳定，时有超标现象，颗粒物含量最高达27 mg/m3。

(3)脱硫塔出口烟气带水严重，由此导致脱硫塔周边地面老是湿漉漉的，人经过时会感觉到有水滴飘落。

(4)脱硫塔浓缩段浆液扰动管采用玻璃钢材质及直流喷嘴模式，运行不到3个月扰动管就会发生断裂，造成浆液沉积、塔底堆料，导致硫酸铵无法正常结晶、硫酸铵产品无法产出。

2 烟气氨法脱硫系统优化改进

2.1 脱硫系统一点加氨改为多点加氨

2.1.1问题分析

丰喜临猗分公司烟气氨法脱硫系统工艺流程如图1。脱硫系统运行过程中，发现吸收单元溶液pH高，最高达到7.8，而且不能降下来，pH稍微下降就会出现脱硫塔出口烟气SO2含量超标，且实际运行中脱硫塔出口烟气颗粒物含量一直在5 mg/m3左右，这给系统的正常稳定运行带来很大的困难。

脱硫系统经过一段时间的运行，吸收液的pH逐渐升高，由6.2升至7.6，但脱硫塔出口烟气SO2含量很难控制：氨水稍微少加点或pH稍微降低点，在线监测SO2数据时不时就会超标，系统不好操作控制；氨水多加点则又氨逃逸严重，在线颗粒物监测数据也会超标，为避免氨逃逸与颗粒物在线监测数据超标，实际操作中一直在压制氨水的加入量，如此一来导致排放尾气中SO2含量控制不稳，常有超标。

另外，脱硫塔浓缩段浆液结晶问题也困扰着操作人员。硫酸铵结晶不好，浆液中充满白色絮状物、晶体小、无晶核，离心机筛网过滤不出硫酸铵产品；浆液密度大，其密度达1 250 kg/m3(正常指标为1 200 kg/m3)都出不了硫酸铵产品，而浆液粘稠度高会导致挂壁和管道堵塞现象发生，必须通过事故池进行置换，但事故池容量有限，且如此操作也不是长久之计，因此，保证硫酸铵出料顺畅也是当务之急。设计单位派人到现场调查过好几次，分析出口烟气颗粒物超标问题与硫酸铵结晶难问题，认为这两方面问题均是吸收液pH较高所致。

2.1.2优化改进措施

综上，影响整个烟气氨法脱硫系统稳定运行的原因是氨水加入量过多，氨过量造成吸收液pH较高而致出口烟气颗粒物超标与硫酸铵结晶困难无法出料。为此，丰喜临猗分公司经内部讨论及借鉴业内做法，决定改变加氨方式，脱硫系统由一点加氨改为多点加氨，即在脱硫塔吸收段溶液回氧化槽的落液管上增设1个加氨点，利用吸收液自身的落差产生冲击力使氨水能够更加均匀地分布于氧化槽中，并借助原有预留管口在脱硫塔浓缩段也增设1个加氨点，以调节浓缩液的pH，防止浓缩液pH偏低对脱硫塔造成腐蚀及影响浆液结晶。

2020年6月脱硫系统大修期间进行多点加氨改造后，落液管加氨点成为主要的加氨点，氧化槽内的加氨阀开度很小，主要是为避免氧化槽上部吸收液中存在NH4HSO3，脱硫系统氧化率提高至99%以上(之前氧化率大致为98%)；技改后吸收液pH降至6.2左右，脱硫塔出口烟气SO2和颗粒物排放超标问题得到解决；浓缩段新增加氨点，主要是在浆液pH低的时候补加氨水，保证浆液pH在4.0左右，硫酸铵难结晶问题也得到解决，硫酸铵能较顺利产出。

2.2 脱硫塔内管束除尘除雾器顶增设束水器

2.2.1问题分析

丰喜临猗分公司烟气氨法脱硫系统设计上的主要优点之一是用管束除尘除雾器替代了湿式静电除尘器，在保证脱硫塔出口烟气颗粒物含量≤5 mg/m3的情况下，减少了工程投资，节省了系统运行电耗。管束除尘除雾器上、下端各设置1套丝网除沫器，其作用有二：一是防止大液滴进入管束除尘器中，因为管束中的气流要保证一定的流速，大致为2.60～3.50 m/s，大的液滴达不到此流速，管束除尘器对大液滴不起作用；二是管束中带有雾化冲洗系统对管束内壁进行洗涤，由于管束中的烟气流速较快，洗涤水会被烟气大量带出而造成烟气带水严重，上、下两层丝网的作用是去除烟气中的大液滴以避免出口烟气带水。为避免烟气带水现象发生，在脱硫塔烟囱内壁还加装有螺旋状挡液环(螺旋状挡液环，即用角铁在烟囱内壁呈螺旋状焊接，一直到塔顶)，烟气上升过程中与挡液环碰撞接触，水汽由此凝结成液滴落下继而送至脱硫塔吸收段，从而减少烟气带水量。但实际运行中，脱硫塔出口烟气带水现象非常严重，而且出口烟气带水还造成其颗粒物含量超标——可能是大的液滴经过出口在线分析仪时被误认为是颗粒物。简言之，脱硫系统烟气带水与出口烟气在线监测颗粒物含量超标这两方面的问题造成系统运行无法达标，无法通过验收。

对于此问题，经设计人员分析，初步认为是烟气流速过快所致。为满足管束除尘除雾器运行要求，系统设计时增大了塔内烟气流速，烟气在流经丝网除沫器时，其中的水汽在高流速下经过下部丝网孔隙旋转会产生大的液滴，丝网除沫器在此并未起到收水作用，反而可能使烟气在经过上部丝网时大的液滴被破坏，造成气液分离不好而烟气带水更严重。若此原因成立，应该拆除管束除尘器出口丝网以消除液滴。

当然，上述这种解释只是理论上的猜想，丝网除沫器的丝径为0.23 mm、密度达168 kg/m3(丝网密度越大，丝网越重、丝网孔数越少，除雾沫效果越好；但丝网密度不能过大，否则会导致阻力增大，影响系统运行)，究竟液滴有多大谁也不得而知，丝网究竟是不是烟气带水严重的元凶设计人员也无法得出最终结论。但是，烟气带水严重问题必须解决，因此我们又考虑到烟囱挡水环的设计，烟囱挡水环是用∠50角铁在烟囱内壁呈螺旋上升焊接而成，已经覆盖满了整个烟囱内壁，烟气无论流向哪个方向，都会触碰到档水环，此处应该不存在缺陷。

2.2.2优化改进措施

为解决烟气带水问题，拆除管束除尘器出口丝网显然不一定合适，谁也下不了决心，工程技术人员给出的理由解释也很牵强。经过集思广益，有人提出借鉴冷却凉水塔安装束水器的原理在丝网上部增设束水装置，此提议得到了大家的响应，并马上着手安排实施。

2020年7月，脱硫系统大修，束水器拉到现场，并被安装至管束除尘除雾器上部丝网上；由于引风机在脱硫塔进口还有600 Pa的余压，因此安装束水器增加的阻力不会影响系统的正常运行。为验证效果，初步只安装了一层束水器。丝网除沫器改造后运行至今，效果明显：烟囱内烟气流速由技改前的11～13 m/s降至技改后的9～11 m/s，出口烟气颗粒物在线监测数据也合格了——基本上稳定在3～4 mg/m3；烟气带水现象明显减少，塔底周围干燥，人经过脱硫塔底不再感觉有水滴飘落。本次改造为出口烟气在线监测系统与烟气氨法脱硫系统提供了真实可靠的数据，为脱硫系统及造气吹风气系统的长期稳定运行奠定了坚实的基础。

有了这个成功经验，为杜绝烟气带水现象发生，2022年8月脱硫塔大修时，在现有束水器上部再增设了一层束水器，且两层束水器交错安装，以实现对气液的彻底分离，杜绝烟气带水。

2.3 改进脱硫塔底扰动管材质

2.3.1问题分析

脱硫塔浓缩段扰动系统正常运行与否是硫酸铵结晶顺利与否的关键。塔底扰动系统运行环境比较恶劣，酸性溶液会腐蚀扰动管，浆液会对扰动管产生磨损，扰动液量大且压力高，扰动管承受的冲击力大。因此，扰动管材料的选择十分关键，需耐腐蚀、耐磨损、耐外力冲击。

设计之初玻璃钢是首选材料，它耐腐蚀耐磨损，但运行一段时间后发现其抗冲击力不足，很容易折断，折断后会造成脱硫塔底浆液沉积，硫酸铵晶核无法长大，无法保证硫酸铵的顺利产出。硫酸铵的特性是粘稠易结块，扰动管断裂后脱硫塔底物料堆积形成厚厚的一层硫酸铵物料，非常坚固，清理时用铁锨都无法撼动，必须用高压水枪冲洗。另外，部分物料经浓缩泵进入浓缩管内，会堵塞浓缩管喷嘴，而浓缩液的主要作用之一是为高温烟气降温，喷嘴堵塞后高温烟气得不到浓缩液的洗涤，会造成浓缩段集液器在高温炙烤下产生裂纹而出现泄漏，这样一来，会造成吸收段和浓缩段短路，吸收液未经氧化直接进入浓缩段，使浓缩液pH升高，浓缩段液位持续上涨，硫酸铵难以产出，整个脱硫系统陷入恶性循环，若集液器泄漏严重，系统须停车检修。因此，在扰动管材料的选择上，玻璃钢虽然耐磨耐腐蚀，但其强度差、易断裂，从实际运行情况来看，在浓缩段如此恶劣的环境下，玻璃钢扰动管出现的问题较多，运行时间短，大大影响了脱硫系统的正常运行。为此，找到一种替代材料来制作扰动管，延长脱硫系统运行时间、保证系统正常运行是当务之急。

2.3.2优化改进措施

丰喜临猗分公司经多方调研，发现用双相不锈钢2205替代玻璃钢作为脱硫塔扰动管材料是一种比较可行的方案。双相不锈钢2205是由21.0%铬、2.5%钼及4.5%镍氮合金构成的复式不锈钢，具有高强度、良好的冲击韧性以及良好的整体与局部的抗应力腐蚀能力。

丰喜临猗分公司用双相不锈钢2205作为脱硫塔扰动管材料的改造实施后，运行近1 a来未发生过扰动管断裂致硫酸铵结晶困难无法出料的问题，出料系统运行一直很稳定，表明在脱硫浆液系统复杂恶劣的工况下双相不锈钢2205承受住了考验，可为今后的设计提供重要的参考。

3 烟气氨法脱硫系统改造效果

上述改造完成后，目前丰喜临猗分公司固定床造气吹风气余热锅炉+三废混燃炉烟气氨法脱硫系统出口烟气烟尘浓度3～5 mg/m3、SO2含量约12 mg/m3、氮氧化物含量约30 mg/m3，硫酸铵产量约1 t/d(设计硫酸铵产量为10 t/d，但由于脱硫塔入口烟气SO2含量太低，仅400 mg/m3左右，且因生产系统的调整，三废混燃炉暂时停运，脱硫系统烟气量只有设计值的约50%)；脱硫塔出口烟气基本上不带水，硫酸铵出料正常，系统整体运行稳定。另外，之前采用碳钢材质的方钢作为脱硫塔浓缩段喷淋系统(喷嘴、喷淋管)大梁，一旦有脱硫液渗入到大梁里面，整个大梁就会被腐蚀破坏，现已将腐蚀的大梁全部更换为304不锈钢梁，其效果还有待观察。

4 结束语

烟气氨法脱硫系统中，控制氨水的加入量是系统运行稳定的关键。丰喜临猗分公司的实践表明，多点加氨是个不错的选择。如何克服烟气带水现象，在脱硫塔高度一定的情况下，降低烟气流速促进气液分离是关键，丝网除沫器上部增设束水器，相当于增设了折流板，烟气经过时其中的小液滴会变成大液滴从而沉降下来。脱硫塔扰动管所处环境比较恶劣，浆液具有腐蚀性和磨损性，而且由于浆液的冲击性，扰动管还需具有高强度性能，显然玻璃钢材料无法同时具备这三种性能，双相不锈钢2205在强度和耐磨损性能上毋庸置疑，但其耐腐蚀性能一直有争议，本次扰动管材质改进验证了双相不锈钢2205在硫酸铵浆液中的耐腐蚀性能，其完全可以替代玻璃钢制作扰动管来承担硫酸铵浆液的扰动。