資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)

傅國光，徐長香

(江蘇新世紀(jì)江南環(huán)保有限公司，南京 211100)

資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)

傅國光，徐長香

(江蘇新世紀(jì)江南環(huán)保有限公司，南京 211100)

闡述了資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)的原理和適用范圍；介紹了該技術(shù)在電力行業(yè)、化工行業(yè)的應(yīng)用情況及應(yīng)用前景；指出回收型濕式氨法煙氣脫硫工藝成熟、適用煤種廣、脫硫效率高、運行穩(wěn)定，其副產(chǎn)品硫酸銨的品質(zhì)符合農(nóng)用化肥標(biāo)準(zhǔn)，可完全滿足農(nóng)業(yè)應(yīng)用要求，是一種可實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的綠色脫硫工藝。

煙氣脫硫;濕式氨法;資源回收;硫酸銨

1 我國煙氣脫硫概況

目前，國內(nèi)煙氣脫硫較多采用的是石灰石-石膏法。隨著該工藝的大規(guī)模應(yīng)用，其運行成本高、副產(chǎn)物脫硫石膏處置難度大、增加了二氧化碳排放量等問題日益突出，產(chǎn)生了較明顯的環(huán)境及資源問題。針對以上情況，近年來國家鼓勵新脫硫技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，特別支持資源回收型的綠色環(huán)保脫硫技術(shù)的推廣應(yīng)用。

資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)是一種可實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的綠色脫硫工藝，該工藝采用國內(nèi)分布廣泛的氨資源進行脫硫，副產(chǎn)品為高價值的硫酸銨化肥，沒有二次污染，不增加碳的排放，不消耗新的礦產(chǎn)資源，是一項適合我國國情的煙氣脫硫技術(shù)，對緩解我國目前煙氣脫硫行業(yè)的困擾具有重要意義，值得在我國的煙氣脫硫行業(yè)大規(guī)模推廣。

2 資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)簡介

2.1 技術(shù)原理

資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)是以氨（液氨、氨水等）作吸收劑，脫除煙氣中的SO2并回收副產(chǎn)物硫酸銨的煙氣脫硫工藝。

反應(yīng)原理分以下兩步進行：

（1）以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)的吸收過程：SO2＋H2O＋xNH3= (NH4)xH2－xSO3；利用氨將廢氣中的SO2脫除，得到亞硫酸氫銨中間產(chǎn)品。

（2）采用空氣對亞硫酸氫銨直接強制氧化：(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4；此過程是將吸收反應(yīng)的中間產(chǎn)物—不穩(wěn)定的亞硫酸氫銨氧化成穩(wěn)定的硫酸銨，即農(nóng)用的硫銨化肥。

2.2 技術(shù)路線

經(jīng)鍋爐引風(fēng)機（或脫硫增壓風(fēng)機）引來的煙氣進入脫硫裝置后，經(jīng)氨吸收液循環(huán)洗滌降溫并反應(yīng)生成亞硫酸氫銨。脫硫后的凈煙氣經(jīng)除霧后，霧沫量小于75mg/Nm3，脫硫效率大于95%，而亞硫酸氫銨溶液被鼓入的空氣氧化成硫酸銨溶液，硫酸銨溶液在洗滌降溫過程中自身得到濃縮（結(jié)晶）后送入硫銨裝置。

含固漿液送至旋流器、離心機進行固液分離，形成濕硫銨，母液回脫硫系統(tǒng)；濕硫銨經(jīng)干燥機干燥后進包裝機包裝即可得到商品硫銨。

2.3 適用范圍

氨法煙氣脫硫技術(shù)適用于氨來源可靠的地區(qū)，可以廣泛應(yīng)用于火電廠鍋爐煙氣脫硫、鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機煙氣脫硫、化肥企業(yè)及其它工業(yè)窯爐煙氣脫硫。

該技術(shù)適用于燃用高中低含硫量煤種的各種爐型，目前在我國已取得應(yīng)用的裝置中，燃煤的含硫量為0.4%～8%。

2.4 技術(shù)特點

（1）完全資源化

氨法煙氣脫硫可將二氧化硫、氨回收為硫酸銨、磷銨、硝銨等化肥或硫酸、二氧化硫等化工產(chǎn)品（一般副產(chǎn)物為硫酸銨，也可根據(jù)電廠周邊條件副產(chǎn)其它產(chǎn)品），使其全部資源化。

（2）燃煤硫分適應(yīng)性強

該技術(shù)可用于0.4%～8%甚至更高的燃煤硫分，且應(yīng)用于中、高硫煤時經(jīng)濟性更加突出，同時鍋爐也因為使用中、高硫煤而使得成本降低，既可提高經(jīng)濟收益又能帶來環(huán)保效益。

（3）沒有二次污染

該技術(shù)無廢水、廢渣、廢氣排放，沒有傳統(tǒng)石灰石-石膏法脫硫石膏難以處置的難題。

（4）不增加二氧化碳排放

脫硫過程不增加二氧化碳排放，屬于低碳技術(shù)。

（5）適合我國國情

我國是農(nóng)業(yè)大國，吸收劑氨來源廣泛，副產(chǎn)品主要為硫酸銨化肥，有很高的應(yīng)用價值。

（6）運行成本低

脫硫系統(tǒng)液氣比較小，能耗低，較石灰石-石膏法節(jié)能50%左右。且系統(tǒng)簡單，工藝流程緊湊，氨法脫硫系統(tǒng)裝置阻力小，設(shè)備少，系統(tǒng)可靠，降低了維護和檢修費用。其示范工程運行表明，總運行成本較石灰石-石膏法低20%以上。

表1 回收型氨法脫硫技術(shù)與國內(nèi)外同類技術(shù)的比較

（7）裝置設(shè)備占地小

裝置無原料預(yù)處理、廢水處理等工序，脫硫副產(chǎn)物的生產(chǎn)過程也較簡單。與石灰石-石膏法脫硫技術(shù)比較，占地節(jié)省50%以上。

（8）既脫硫又脫硝

氨法脫硫的吸收劑氨對NOx有吸收作用，脫硫過程中形成的亞硫酸銨對NOx具有還原作用，脫硫的同時也可脫硝，脫硝率一般大于20%。

2.5 技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢

資源回收型氨法脫硫技術(shù)在技術(shù)性能、經(jīng)濟指標(biāo)和運行效果等方面達到了國際先進水平，與國內(nèi)外鈣法相比，優(yōu)勢更加明顯。詳見表1。

2.6 硫酸銨品質(zhì)的保障措施

硫酸銨品質(zhì)控制的具體措施有：

（1）硫酸銨的結(jié)晶過程在65℃以下進行，有利于過飽和度的控制，更有利于結(jié)晶增長。

（2）根據(jù)硫酸銨結(jié)晶增長速度要求設(shè)計吸收塔濃縮段的持液高度，確保結(jié)晶最大粒徑能達到0.15mm左右。

（3）通過自動控制結(jié)合人工檢測，控制料漿的濃度，做到及時出料（一般在漿液固含量10%～15%），以保證結(jié)晶顆粒的品質(zhì)。

（4）對進塔煙氣的煙塵含量嚴(yán)格控制。煙氣中的煙塵等雜質(zhì)對硫酸銨晶核的形成和粒徑的增大都有一定的影響，因此需控制煙塵含量，一般要求煙塵含量≤100mg/Nm3。在其含量較高時，需采用預(yù)洗過濾和除塵等措施。

（5）控制漿液的pH值。漿液的pH值對硫酸銨晶體的品質(zhì)有著重要影響，在不同的酸堿環(huán)境中，硫酸銨晶體的晶型、粒徑都會有所變化。一般控制漿液pH值為5～6。

通過上述措施，可確保副產(chǎn)硫酸銨達到GB535－1995合格品以上標(biāo)準(zhǔn)。

3 資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)的工程應(yīng)用

近年來，我國企業(yè)自主開發(fā)的資源回收型氨法脫硫工藝已取得了眾多的應(yīng)用成果，裝置運行良好，各項指標(biāo)均達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3.1 技術(shù)指標(biāo)

回收型氨法的主要技術(shù)指標(biāo)：脫硫率大于95%；氨逃逸不大于10mg/m3；氨（回收）利用率≥97%；副產(chǎn)品硫酸銨達GB535-1995合格品標(biāo)準(zhǔn)；裝置可用率≥95%。

3.2 回收型氨法的典型工程業(yè)績

3.2.1 回收型氨法在電力行業(yè)的應(yīng)用

氨法脫硫工藝最初主要應(yīng)用于化工企業(yè)，近年來，隨著其工程應(yīng)用的不斷增多，該技術(shù)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等都得到了充分的驗證，逐步開始了在電力行業(yè)的推廣應(yīng)用。

以國內(nèi)已投運最大的氨法脫硫裝置——廣西水利電力建設(shè)集團有限公司田東電廠2×135MW機組煙氣脫硫工程為例，分析回收型氨法脫硫技術(shù)在我國火力發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用情況。

（1）工程概況

田東電廠脫硫工程（裝置見圖1）總煙氣量2×550,957Nm3/h（標(biāo)態(tài)，濕基，實際氧）；SO2含量7684mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）；煙氣中的塵含量130mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，濕基，6%O2）；原煙氣平均溫度141℃；設(shè)計脫硫效率≥95%；裝置投運時間為2009年8月。

圖1 田東電廠脫硫裝置

（2）裝置運行情況

1）技術(shù)性能及工程經(jīng)濟消耗指標(biāo)

田東電廠脫硫工程168小時考核的技術(shù)性能指標(biāo)見表2，工程經(jīng)濟消耗指標(biāo)見表3。

從表2可以看出，該工程各項性能完全達到設(shè)計要求，脫硫效率超過了設(shè)計值，氨逃逸遠遠低于設(shè)計值，氨利用率達到了98%。說明資源回收型氨法脫硫技術(shù)在大型火電廠特別是高硫煤鍋爐煙氣治理中性能優(yōu)越，同時具有一定的脫硝效果。表3中的數(shù)據(jù)顯示，所有的經(jīng)濟消耗指標(biāo)皆低于設(shè)計值。

2）副產(chǎn)品硫酸銨質(zhì)量

副產(chǎn)品硫酸銨的檢測結(jié)果見表4，表中數(shù)據(jù)表明副產(chǎn)品硫銨質(zhì)量穩(wěn)定，完全達到了設(shè)計要求的GB535-1995合格品標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分已達到GB535-1995一級品標(biāo)準(zhǔn)，完全可作優(yōu)質(zhì)農(nóng)用肥使用，甚至可以作工業(yè)級硫酸銨使用。

表2 田東電廠脫硫裝置主要性能指標(biāo)

表3 田東電廠脫硫裝置主要經(jīng)濟消耗指標(biāo)

表4 田東電廠脫硫副產(chǎn)品硫酸銨質(zhì)量 （單位：%）

3）工程運行經(jīng)濟分析

田東電廠脫硫工程的運行經(jīng)濟指標(biāo)如表5所示，本項目的直接單位脫硫成本約為187.4元/噸SO2，折算到發(fā)電成本只增加了0.0033元/kW?h，經(jīng)濟效益顯著。

（3）應(yīng)用效果

田東電廠的成功投運表明，資源回收型氨法脫硫技術(shù)已成熟可靠，且各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)取得了預(yù)期的效果，運行成本低，無二次污染，副產(chǎn)物質(zhì)量優(yōu)良，適合在大型火電廠脫硫領(lǐng)域推廣。

3.2.2 回收型氨法脫硫技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用

化工行業(yè)尤其是氮肥行業(yè)，一般都有穩(wěn)定的氨源或廢氨水產(chǎn)生，采用氨法脫硫，既減少了吸收劑的購置費用，又減少了廢氨水的處理費用，真正做到了以廢治廢。

表5 工程運行經(jīng)濟指標(biāo)

資源回收型氨法脫硫技術(shù)在化肥行業(yè)已有較多的應(yīng)用，如云南解化集團3×130t/h+75t/h鍋爐煙氣脫硫、湖北化肥廠2×240t/h+220t/h鍋爐煙氣脫硫、山東華魯恒升3×240t/h煙氣脫硫、四川瀘天化2×130t/h煤鍋爐煙氣脫硫等。下面以湖北化肥廠的氨法脫硫項目為例，介紹回收型氨法脫硫技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用情況。

（1）工程概況

湖北化肥廠脫硫工程（裝置見圖2）總煙氣量2×28萬Nm3/h+27萬Nm3/h；SO2含量3650mg/Nm3；煙氣中的塵含量50mg/Nm3；原煙氣平均溫度＜160℃；設(shè)計脫硫效率≥95%。

圖2 湖北化肥廠脫硫裝置

脫硫裝置共設(shè)兩個吸收塔，分別處理3#鍋爐（220t/h高壓煤粉鍋爐）和1#、2#鍋爐（2×240t/h高壓煤粉鍋爐）的煙氣。

（2）裝置運行情況

3#鍋爐脫硫系統(tǒng)（2號脫硫系統(tǒng)）于2007年12月22日開始進行全關(guān)旁路擋板門168小時滿負(fù)荷性能測試，2008年12月29日順利結(jié)束。1#、2#鍋爐脫硫系統(tǒng)（1號脫硫系統(tǒng)）于2008年9月3日開始進行全關(guān)旁路擋板門168小時滿負(fù)荷性能測試，2008年9月30日順利結(jié)束。各項指標(biāo)優(yōu)良，脫硫效率達96%以上。

1）技術(shù)性能及經(jīng)濟消耗指標(biāo)

湖北化肥廠脫硫裝置的監(jiān)測報告顯示，該項目的脫硫效率為98.5%，同步脫硝效率也達到了55.2%，裝置的凈化性能較為突出。工程經(jīng)濟消耗指標(biāo)見表6，表中顯示所有消耗皆低于設(shè)計值。

表6 湖北化肥廠脫硫裝置主要經(jīng)濟消耗指標(biāo)

2）副產(chǎn)品硫酸銨質(zhì)量

168小時考核期間，副產(chǎn)品硫酸銨的品質(zhì)委托湖北省宜昌市質(zhì)量監(jiān)督檢驗所檢測（結(jié)果見表7），檢測數(shù)據(jù)表明，副產(chǎn)硫酸銨完全達到了設(shè)計要求的GB535-1995 合格品標(biāo)準(zhǔn)，重金屬含量也遠低于GB/T23349-2009的限值要求，完全可作優(yōu)質(zhì)農(nóng)用肥使用。

表7 湖北化肥廠脫硫副產(chǎn)物硫酸銨質(zhì)量

3）工程運行經(jīng)濟分析

根據(jù)湖北省化肥行業(yè)的運行數(shù)據(jù)測算，該項目的運行經(jīng)濟結(jié)果（見表8）顯示，由于吸收劑為化工廠產(chǎn)的廢氨水，價格較低，本項目的直接單位脫硫成本只有41元/噸SO2，遠低于630元/噸的排污費用，經(jīng)濟效益十分顯著。

表8 湖北化肥廠脫硫項目工程運行經(jīng)濟指標(biāo)

（3）應(yīng)用效果

湖北化肥廠采用氨法脫硫工藝后，在年脫除1.2萬噸SO2的同時，可處理尿素裝置廢氨水10.9萬噸，具有突出的環(huán)境效益，如考慮減少的廢氨水處置費用和SO2排污費用，本項目的經(jīng)濟效益也十分顯著。

3.3 回收型氨法的主要應(yīng)用業(yè)績

（1）已建工程（見表9）持續(xù)發(fā)展和煙氣脫硫行業(yè)的技術(shù)進步，國家環(huán)境保護部下達計劃由中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會組織制定《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范 氨法》標(biāo)準(zhǔn)，目前此規(guī)范已公開征求意見，即將頒布實施。

表9 已建工程

（2）在建工程

在建工程項目名稱及規(guī)模為：大唐能源化工有限責(zé)任公司8×470t/h鍋爐、山東濰坊鋼鐵集團2×230m2燒結(jié)機、2×220t/h鍋爐、浙江巨化集團2×410t/h鍋爐、貴州開陽化工有限責(zé)任公司5×150t/h鍋爐、四川天華股份有限公司3×220t/h+1×75t/h鍋爐、呼倫貝爾金新化工有限公司3×240t/h鍋爐、貴州金赤化工有限公司3×220t/h鍋爐、山西盂縣化工有限公司4×75t/h鍋爐、貴州赤天化紙業(yè)有限公司2×75t/h鍋爐、山東魯南化肥廠1×260t/h和2×130t/h鍋爐等。

4 資源回收型濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用前景

4.1 總體發(fā)展空間

資源回收型氨法煙氣脫硫技術(shù)在治理污染的同時，實現(xiàn)了資源回收利用，符合我國建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的要求。該技術(shù)在電力企業(yè)、冶金企業(yè)，特別是化肥企業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景，其脫硫副產(chǎn)物為高價值的硫酸銨化肥，適合我國作為農(nóng)業(yè)大國的需求。

4.2 有關(guān)行業(yè)政策

（1）氨法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范

為規(guī)范火電廠氨法煙氣脫硫工程建設(shè)，促進火電廠可

（2）氨法脫硫技術(shù)現(xiàn)場評議會

2009年9月，中國電力企業(yè)聯(lián)合會組織召開了“氨法脫硫技術(shù)現(xiàn)場評議會”，形成了如下意見：

1） 氨法脫硫技術(shù)是一項可實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的綠色脫硫工藝，尤其適用于燃用中高硫煤、有穩(wěn)定氨源的電站鍋爐；對因燃煤含硫量增大、原脫硫裝置不能滿足環(huán)保要求的脫硫設(shè)施，可選用氨法進行脫硫改造。

2）環(huán)保氨法脫硫技術(shù)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，已在化工、電力等行業(yè)建成10余套氨法脫硫裝置，積累了較為豐富的工程經(jīng)驗，工藝已趨成熟，設(shè)計與施工管理能力較強，具備了在更大電站鍋爐上推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。

3）鼓勵電力集團公司在適合的條件下，進行大膽創(chuàng)新和實踐，在300MW、600MW機組上盡快建設(shè)氨法脫硫示范工程。

4）氨法脫硫運行效益好，有利于特許經(jīng)營的開展，有關(guān)部門將與相關(guān)電力企業(yè)協(xié)商，推動氨法脫硫在300MW、600MW機組上的特許經(jīng)營示范試點工作。

4.3 市場需求

據(jù)發(fā)改委相關(guān)統(tǒng)計，截至2008年底，我國火電廠煙氣脫硫裝機容量超過3.79億kW，其中有90%左右采用石灰石-石膏法，以此推算需消耗優(yōu)質(zhì)石灰石資源1792萬噸/年，產(chǎn)生二氧化碳788萬噸/年，產(chǎn)生脫硫石膏3082萬噸/年，產(chǎn)生廢水2456萬噸/年。

該煙氣脫硫工藝的推廣應(yīng)用，按20%市場占有率計算，將實現(xiàn)以下環(huán)境治理目標(biāo)：

（1）至“十二五”末，新建、改建和擴建機組若有20%采用濕式氨法煙氣脫硫，則每年可減排SO2316萬噸。至2015年本技術(shù)規(guī)范全面實施后，每年可減排SO2約521萬噸。

（2）每年減少優(yōu)質(zhì)石灰石資源消耗814萬噸、CO2排放359萬噸、脫硫石膏1400萬噸、廢水排放1115萬噸，節(jié)電46萬kW?h。

（3）可向土壤提供有效硫元素261萬噸/年。

5 結(jié)語

資源回收型濕式氨法煙氣脫硫具有工藝技術(shù)成熟、適用煤種廣、脫硫效率高、運行穩(wěn)定，其副產(chǎn)品硫酸銨的品質(zhì)符合農(nóng)用化肥標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足農(nóng)業(yè)應(yīng)用要求的特點。氨法脫硫技術(shù)在全國范圍的推廣應(yīng)用，對我國煙氣脫硫事業(yè)的發(fā)展、環(huán)境質(zhì)量的改善、資源的節(jié)約利用、碳排放的削減、化肥品種的優(yōu)化等方面將起到重要的促進作用。

Wet and Ammonia Process of FGD Technology on Resource Recovery

FU Guo-guang, ZHANG Xue-hui, XU Chang-xiang
(Jiangsu New Century Jiangnan Environmental Protection Co., Ltd, Nanjing 211100, China)

The paper explicates the principle and applicable scope of wet and ammonia process of FGD technology on resource recovery; introduces the application situation and prospect of the technology in power and chemical industries; indicates that wet and ammonia process of FGD technology on resource recovery bears the technical maturity, wide coal variety, high efficiency of desulfurization and stable operation; and quality of ammonium sulfate-- the byproduct accords with chemical fertilizer standard for farm use and meets the requirement of agricultural application, it is a green desulfurization technology which could realize the circular economy.

FGD; wet and ammonia process; resource recovery; ammonium sulfate

X701.3

A

1006-5377（2010）09-0029-06