一种高效率脱除气溶胶的氨法烟气脱硫装置及方法

摘要

本发明提供一种高效率脱除气溶胶的氨法烟气脱硫装置，所述氨法烟气脱硫装置自下至上依次包括预处理装置、脱硫塔装置、电除雾装置、烟气排放装置，所述脱硫塔装置出口和电除雾装置之间设有预除雾装置，所述预除雾装置由填料层和水洗装置组成，所述水洗装置的冲洗喷淋喷嘴位于填料层与脱硫塔装置出口的横梁之间。本发明还在脱硫塔装置出口和预除雾装置之间安装一套水洗塔盘。本发明还提供一种氨法烟气脱硫方法，改造后原脱硫装置除雾后颗粒物排放浓度45.7mg/Nm

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种高效率脱除气溶胶的氨法烟气脱硫装置及方法。

背景技术

氨法脱硫技术作为一种符合循环经济要求的绿色环保脱硫技术，越来越受到业界的重视。氨法烟气脱硫的副产品是硫酸铵，是含氮含硫的肥料，有着广阔的市场需求。越来越多的化工行业自备热电厂采用氨法脱硫技术处理锅炉烟气，特别是生产合成氨的工厂，其生产过程有废氨水的产生，将废氨水作为脱硫剂，副产硫铵化肥，实现以废治废，变废为宝。

目前常规投入运行的绝大部分氨法脱硫后段，只有折板式除雾器，虽然SO₂依赖氨的强制加入达到标准，但烟囱检测口的雾滴和颗粒物检测浓度很难达到真正意义上的达标排放，大都仍处于浓烟滚滚的状态。常见的问题是：

(1)烟囱飘雨、PM2.5气溶胶烟羽拖尾明显，持续时间长，污染环境；

(2)硫铵随酸雾夹带飘落、腐蚀生产生活设施，影响厂区和附近居民生活；

(3)氨逃逸严重，铵盐损失大，影响脱硫系统运行的经济性。

随着环保要求的不断提高，对现有脱硫装置需要考虑后续环保标准的提升对装置带来的新的要求和裕量保障，逐步提升至要求新建机组大气污染物排放原则上接近或达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/Nm³)。

由于脱硫吸收剂氨的挥发性，氨法脱硫尾气会形成氨气溶胶，且不易被捕获，这些气溶胶的粒级分布范围约为0.01～1μm。而湿式电除尘(雾)器对颗粒物粒径范围有其适应性，对大于1微米的粒子有很高的脱除效率，粒径越细，脱除效率越低，即不同粒径粒子在静电收集理论中有不同的分级去除效率。

CN 201969475 U公开了用于氨法烟气脱硫的吸收塔，包括吸收主塔，吸收主塔包括氧化结晶段和脱硫吸收段，其特征在于，设置了除尘激冷塔，按照烟气的流动方向，除尘激冷塔设置在吸收主塔之前，除尘激冷塔内设置逆喷喷嘴，氧化结晶段设置在吸收塔主塔下部，氧化结晶段内设置搅拌器并且连通压缩空气源，脱硫吸收段设置在吸收塔主塔的上部，脱硫吸收段中设置气体分配器、至少一层填料层及喷淋装置，气体分布器设置在脱硫吸收段的下部，填料层设置在气体分布器之上，喷淋装置设置在填料层之上。该技术虽然公开了使用填料层，但是这里的填料层只是作为普通过滤装置，并没有针对电除雾装置的技术改进，且设置位置也没有为除尘带来有益效果。

CN 201454393 U公开一种新型的氨法烟气脱硫装置，净化烟气从脱硫塔顶部排出，包括三个独立的吸收液循环系统，下层和中层循环管线上设置有原料氨加入口，使得脱硫塔内始终具有回收中氨的脱氨段。烟气进口流通截面是矩形，矩形长边长度与塔体直径比例为0.55-0.95，烟气进口面积是塔体面积的0.20-0.40；烟气出口流通截面是矩形或圆形，且烟气出口面积是塔体面积的0.15-0.40。该技术还公开了在脱硫塔中设置有喷淋管、填料层和空气鼓泡管，在技术虽然可以在一定程度上稳定气流，但烟气处理的效果仍然不够理想。

CN103920371A公开了一种吸收塔，包括吸收装置，其特征在于：在吸收装置的顶部联接冷却增湿装置，在冷却增湿装置的顶部联接电除雾装置；所述吸收装置与冷却增湿装置之间设置第一联接口，所述冷却增湿装置与电除雾装置之间设置第二联接口；所述第一、第二联接口采用法兰连接方式或者焊接方式；所述吸收装置由上至下依次包括分液装置、脱硫吸收段和储液段，所述分液装置上设有循环吸收液进口，储液段处设有循环吸收液出口，所述脱硫吸收段的下部设有烟气进口；所述吸收装置还包括除沫层和填料层；所述冷却增湿装置包括上气液分隔板、下气液分隔板，临近上气液分隔板处设置冷却液出口，临近下气液分隔板处设置冷却液进口，在上、下气液分隔板之间设置多根管道，所述管道的上部设置增湿液进口，外接增湿液；所述电除雾装置顶部设置烟气出口。该技术中虽然包括了电除雾装置和填料层，但填料层设置在吸收塔内，且没有对烟气的气流做调整。

发明内容

为解决上述问题，本发明在原有脱硫系统基础上的新增水洗装置和填料层，提高脱硫能力，减少气溶胶的产生，强化对细微气溶胶的捕集和洗涤，增大粒径，提升湿式电除尘器对气溶胶的脱除效率。在不改变电除雾器设备情况下，通过对烟气的预处理措施，提高电除雾器处理能力。保证脱硫出口的颗粒物指标降到超低排放标准要求。

本发明提供一种高效率脱除气溶胶的氨法烟气脱硫装置，所述氨法烟气脱硫装置自下至上依次设置预处理装置、脱硫塔装置、电除雾装置、烟气排放装置，其特征在于，所述脱硫塔装置出口和电除雾装置之间设有预除雾装置，所述预除雾装置由填料层和水洗装置组成，所述水洗装置包括冲洗喷淋喷嘴，所述冲洗喷淋喷嘴位于填料层与脱硫塔装置出口的横梁之间。

本方案在脱硫塔出口与电除雾装置湿式电除尘器前新增填料层及水洗装置，进入电除雾器的烟气由下而上，先经喷淋水洗，使得脱硫塔出口烟气在进入电除雾器前得到进一步的洗涤，通过雾化液滴的作用，进一步增加气溶胶微粒间互相碰撞频率发生凝聚，提高气溶胶微粒在水溶液里的溶解和吸收，预除雾装置中水洗装置用水为新鲜干净水，与脱硫塔中的循环水不同，循环水中含有较多杂质，对烟气的洗涤效果不佳，因此经过预除雾装置中的水洗装置被水洗喷淋后，烟气能够得到进一步洗涤。

洗涤烟气经填料层拦截过滤大颗粒的液滴，同时在填料表面进一步增加气液传质，减少烟气中细微颗粒物含量的携带。

经过喷淋洗涤和填料过滤后，烟气再进入电除雾器，去除残余水雾及颗粒物，提高电除雾器对颗粒物的综合脱除效率。

优选的，所述水洗装置包括5～500个冲洗喷淋喷嘴，所述冲洗喷淋喷嘴均匀分布在烟道截面。

优选的，在脱硫塔装置出口和预除雾装置之间安装一套水洗塔盘塔，水洗塔盘塔自下至上依次包括水洗塔盘、水洗填料层、水洗喷淋层，所述水洗塔盘内均布设置旋流气帽，所述旋流气帽包括旋流子件和旋流板，所述旋流子件位于旋流板下端，旋流气帽下面还设有托盘。

本发明还提供一种氨法烟气脱硫方法，烟气经过预处理装置除尘后经过脱硫塔除去二氧化硫；从脱硫塔出口出来的烟气由预除雾装置中的水洗装置进行喷淋洗涤，经水洗装置喷淋水洗后的洗涤烟气再进入填料层过滤；经过喷淋洗涤和填料过滤后，烟气再进入电除雾装置湿式电除尘器，净化后尾气由烟气排放装置排放。

本发明还提供一种氨法烟气脱硫方法，其特征在于，烟气经过预处理装置除尘后经过脱硫塔除去二氧化硫；从脱硫塔出口出来的烟气再经过水洗塔盘塔洗涤脱尘；从水洗塔盘塔出来后的烟气再由预除雾装置中的水洗装置进行喷淋洗涤，经水洗装置喷淋水洗后的洗涤烟气再进入填料层过滤；经过喷淋洗涤和填料过滤后，烟气再进入电除雾装置湿式电除尘器，净化后尾气由烟气排放装置排放。

优选的，在脱硫塔装置出口和预除雾装置之间安装一套水洗塔盘塔，水洗塔盘塔自下至上依次包括水洗塔盘、水洗填料层、水洗喷淋层，所述水洗塔盘内均布设置旋流气帽，所述旋流气帽包括旋流子件和旋流板，所述旋流子件位于旋流板下端，旋流气帽下面还设有托盘。

水洗塔盘塔内分3大部分：水洗喷淋层，喷淋水源使用新鲜工艺水，由地面水洗罐提供，优选的，水洗喷淋层为1～5层；水洗塔盘，水洗塔盘的集水系统采用多个旋流气帽均布结构，烟气从单个气帽中间由下而上进入气帽，经旋流板除雾后烟气从气帽上部出气，托盘底部收集喷淋洗涤水回流至水洗罐，使水洗罐系统水量平衡。整个气帽在塔体内均布，布局合理，气流均匀通过，不会产生偏流；水洗填料层，在喷淋层与水洗塔盘之间设置填料层，作为气液传质和整流，烟气经过水洗塔盘塔后气流均匀，经过预除雾装置时能稳定更高效的被二次洗涤并过滤大颗粒物质。

优选的，所述填料层的填充物为异鞍环陶瓷，所述填料层的填料堆积高度为250～350mm。

优选的，所述填料层的孔隙率为0.8～0.9m³/m³。

优选的，所述电除雾装置为湿式电除尘器，采用脉冲高压电源，脉冲电压幅度稳定，上冲下落急陡，可有效提高峰值电压和平均电压乘积，增加驱进速度，提高除尘效率；所述湿式电除尘器的电级线采用2205/钛刚性电极。

湿式电除尘器工作原理：通过静电控制装置和直流高压发生装置，以高压直流电送至湿式电除尘装置中，在电晕线(阴极)和捕集极板(阳极)之间形成强大的电场，放电极产生电晕放电，使空气分子被电离，瞬间产生大量的电子和正、负离子。烟气中的微粒通过该空间时，被强制荷电，粒子间产生凝并，在电场力的作用下作定向运动，达到捕集目的。湿式电除尘器能够高效除去0.01-100μm的气溶胶细微颗粒物，实现对烟气中液态或固态颗粒物、气溶胶、SO₃等的高效去除。

优选的，所述填料层的填充物为异鞍环陶瓷，所述填料层的填料堆积高度为300mm。

优选的，所述湿式电除尘器的二次电压大于70kV，二次电流大于500mA。湿式电除尘器对颗粒物的脱除效果与供电参数相关，二次电压越高，二次电流越大，对颗粒物去除越显著。出口颗粒物浓度也越低。

本发明的有益效果；

通过对吸收塔出口电除雾器前新增水洗填料洗涤除雾装置，在脱硫塔装置出口和预除雾装置之间安装一套水洗塔盘的改造后，对烟气夹带的氨气和硫酸铵进行洗涤，降低烟气夹带量。烟气中颗粒物排放浓度有了明显的降低，气溶胶脱除效率明显提升，由原脱硫装置除雾后颗粒物排放浓度45.7mg/Nm³降至改造后9.8mg/Nm³，满足超低排放的要求，有效地解决了烟气颗粒物达标甚至超低排放的技术难题，大幅降低了投资成本，节约用地。

附图说明

图1为增加了预除雾装置的氨法烟气脱硫装置图，其中1表示脱硫塔，2表示预除雾装置，3表示电除雾装置；

图2为预除雾装置的放大图，其中21表示填料层，22表示水洗装置，221表示冲洗喷淋喷嘴，11表示脱离塔出口的横梁；

图3为水洗装置的布局图，其中22表示水洗装置，213表示支撑格栅板；

图4为增加了水洗塔盘塔的氨法烟气脱硫装置图，其中4表示水洗塔盘塔，41表示水洗塔盘，42表示水洗填料层，43表示水洗喷淋层；

图5为水洗塔盘的布局图，其中414为旋流气帽；

图6为图5中水洗塔盘的A-A剖面图，其中411为托盘，412为旋流子件，413为旋流板。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例

氨法烟气脱硫装置自下至上依次包括预处理装置、脱硫塔装置、电除雾装置、烟气排放装置。

一次改造后：在脱硫塔装置1和电除雾装置3之间设有预除雾装置2，预除雾装置2由填料层21和水洗装置22组成，水洗装置的冲洗喷淋喷嘴221位于填料层与脱硫塔装置出口的横梁11之间。

填料层装置设计参数如表1所示：

表1填料层装置设计参数

烟气经过预处理装置除尘后经过脱硫塔除去二氧化硫；从脱硫塔出口出来的烟气由预除雾装置中的水洗装置进行喷淋洗涤，经水洗装置喷淋水洗后的洗涤烟气再进入填料层过滤；经过喷淋洗涤和填料过滤后，烟气再进入电除雾装置湿式电除尘器，捕集残余雾粒子及气溶胶烟雾，净化后尾气由烟气排放装置排放。

二次改造后：在脱硫塔装置出口和预除雾装置之间安装一套水洗塔盘塔4，水洗塔盘塔自下至上依次包括水洗塔盘41、水洗填料层42、水洗喷淋层43，所述水洗塔盘内均布设置旋流气帽414，所述旋流气帽414包括旋流子件412和旋流板413，所述旋流子件位于旋流板下端，旋流气帽414下面还设有托盘411。

水洗塔盘工艺参数如表2所示：

表2水洗塔盘工艺参数

烟气经过预处理装置除尘后经过脱硫塔循环水除去二氧化硫；然后烟气经过水洗塔盘塔，进行洗涤，并经过水洗塔盘，水洗塔盘的集水系统采用多个旋流气帽均布结构，烟气从单个气帽中间由下而上进入气帽，经旋流板除雾后烟气从气帽上部出气，托盘底部收集喷淋洗涤水回流至水洗罐，使水洗罐系统水量平衡。整个气帽在塔体内均布，布局合理，气流均匀通过，不会产生偏流；水洗填料层，在喷淋层与水洗塔盘之间设置填料层，作为气液传质和整流，烟气经过水洗塔盘塔后脱除烟气中的气溶胶，且气流均匀，经过预除雾装置时能稳定更高效的被二次洗涤并过滤大颗粒物质；经过水洗塔盘塔出来的烟气再次被预除雾装置中的水洗装置进行喷淋洗涤，经水洗装置喷淋水洗后的洗涤烟气再进入填料层过滤；经过喷淋洗涤和填料过滤后，烟气再进入电除雾装置湿式电除尘器，捕集残余雾粒子及气溶胶烟雾，净化后尾气由烟气排放装置排放。

两次改前后的效果对比，具体数据件表3：

表3氨法烟气脱硫装置改造前后效果对比

序号项目名称单位改造前一次改造后二次改造后1装置规模t/h2202202202标准烟气量Nm³/h2700002700002700003煤含硫量％1.01.01.04入口烟气温度℃1251251255入口烟气SO₂浓度mg/Nm³2000200020006出口烟气温度℃5050507出口烟气SO₂浓度mg/Nm³≤200≤50≤358出口氨浓度mg/Nm³≤8≤8≤89出口固体颗粒物浓度mg/Nm³80≤15≤1010液气比L/Nm³2.85.25.611脱硫效率％≥9596-9996-9912氨利用率％≥96.5≥96.5≥96.513氧化效率％≥98≥98≥9814母液浓度％35-3835-3835-3815脱硫系统阻力Pa880≤1400≤1400

从上述结果可以看出，炉脱硫后烟气中固体颗粒物排放浓度≤10mg/Nm³，SO₂排放浓度≤35mg/Nm³，本发明改造烟气中颗粒物排放浓度有了明显的降低，气溶胶脱除效率明显提升，由原脱硫装置除雾后颗粒物排放浓度45.7mg/Nm³降至改造后9.8mg/Nm³，满足超低排放的要求，有效地解决了烟气颗粒物达标甚至超低排放的技术难题，大幅降低了投资成本，节约用地。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。