氨法脫硫工藝物料平衡模型的研究

陳茂兵，繆明烽，盧作基，代旭東，于愛華

(中環(huán)(中國)工程有限公司，江蘇南京 210008)

氨法脫硫工藝物料平衡模型的研究

陳茂兵，繆明烽，盧作基，代旭東，于愛華

(中環(huán)(中國)工程有限公司，江蘇南京 210008)

0 引言

氨法煙氣脫硫技術(shù)具有反應(yīng)速度快、脫硫效率高、副產(chǎn)物價(jià)值高、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到業(yè)界的青睞［1－2］。與石灰石濕法脫硫工藝相比，氨法脫硫工藝有很多不同特點(diǎn):石灰石濕法脫硫工藝在吸收塔內(nèi)吸收區(qū)的反應(yīng)為氣、液、固三相反應(yīng)，氨法脫硫?yàn)闅?、液兩相反?yīng);石灰石濕法脫硫的吸收劑為石灰石固體，其溶解度很低，屬于難溶物質(zhì)，氨法脫硫的吸收劑為氨水，揮發(fā)性很高［3－6］;此外，石灰石濕法脫硫工藝的副產(chǎn)品處理一般采用二級脫水，濾液水泵入吸收塔或者去制石灰石漿液［7－10］，而氨法脫硫的副產(chǎn)品是硫酸銨，一般采用蒸汽加熱結(jié)晶或電加熱結(jié)晶，其回收的蒸發(fā)水分可直接進(jìn)入工藝水箱重復(fù)使用，而濾液水(離心機(jī)溢流)直接泵入母液箱(根據(jù)工藝不同，可排放適量廢水以提高硫酸銨質(zhì)量)，重復(fù)利用生產(chǎn)硫酸銨。

這些都表明氨法脫硫工藝的物料衡算過程與石灰石濕法脫硫工藝大不相同，因此，建立氨法脫硫工藝的物料衡算模型，實(shí)現(xiàn)各物料的程序化計(jì)算，對氨法脫硫工程設(shè)計(jì)和設(shè)備的選型意義重大。

1 氨法脫硫系統(tǒng)物料平衡

1.1 吸收塔區(qū)的物料平衡

氨法脫硫是將氨水或氨氣通入吸收塔中，使其與含有SO2的煙氣接觸，發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到去除SO2的目的。吸收過程中，吸收劑以(NH4)2SO3和NH4HSO3混合溶液為基礎(chǔ)，其中起吸收作用的是(NH4)2SO3，NH4HSO3與補(bǔ)充的新鮮氨水反應(yīng)重新生成(NH4)2SO3。

吸收塔系統(tǒng)的進(jìn)料有氨水溶液、煙氣、工藝水和氧化空氣。出料有兩股，分別是凈煙氣和硫酸銨濃溶液。

圖1 吸收塔區(qū)的物料平衡

以上為吸收塔區(qū)主要的物料衡算公式，其他如N2、Ca2+等的計(jì)算，在此不逐一列出。

實(shí)際過程中，副反應(yīng)還有很多，這些副反應(yīng)對衡算結(jié)果影響較小，因此計(jì)算時(shí)忽略這些反應(yīng)。此外，飛灰和惰性物不參加反應(yīng)，在計(jì)算時(shí)可以不予考慮。

1.2 硫銨結(jié)晶系統(tǒng)的物料平衡

母液箱內(nèi)的母液經(jīng)取出泵打入結(jié)晶器，經(jīng)低壓蒸汽加熱濃縮(或電加熱)，得硫酸銨濃縮液，蒸發(fā)水回收流入工藝水箱，濃縮液進(jìn)入離心機(jī)脫水干燥，出料有兩股，一股為硫酸銨產(chǎn)品，另一股為離心機(jī)溢流，除去部分廢水排放，其余返回母液箱與吸收塔排出液混合，具體物料平衡詳見圖2。

由上述物料平衡圖，可計(jì)算出結(jié)晶器單元的物料衡算公式:

圖2 硫銨結(jié)晶系統(tǒng)物料平衡示意

通過蒸發(fā)水的參數(shù)可以計(jì)算出低壓蒸汽的耗量，如為電加熱，亦可計(jì)算出電耗。離心機(jī)單元的物料衡算公式同上，在此不逐一列舉。

1.3 計(jì)算框圖

根據(jù)前述物料平衡圖，利用EXCEL VBA編制程序計(jì)算整個(gè)氨法脫硫系統(tǒng)的物料平衡，詳細(xì)計(jì)算框架如圖3所示。

圖3 氨法脫硫系統(tǒng)物料平衡計(jì)算

圖3的計(jì)算式中:T1為假定煙氣出口溫度;P1為T1對應(yīng)飽和水蒸汽分壓;V1為P1對應(yīng)的出口煙氣水蒸氣百分含量;V2為T1條件下計(jì)算所得的出口煙氣理論水蒸氣百分含量;Q為假定最終出口產(chǎn)品質(zhì)量流量;X1為最終產(chǎn)品中固體含量理論值;X2為最終產(chǎn)品中固體含量計(jì)算值。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 脫硫裝置概述

某發(fā)電有限公司1號(hào)1000MW機(jī)組脫硫工藝采用氨水法，一爐一塔，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于95%。在鍋爐BMCR工況條件下，引風(fēng)機(jī)出口干煙氣量為3322656mg/m3，濕煙氣量為3523140mg/m3。引風(fēng)機(jī)出口處煙氣溫度為135℃，燃煤硫分為1.8%。采用氨法脫硫物料平衡計(jì)算軟件對該脫硫系統(tǒng)物料平衡進(jìn)行計(jì)算。鍋爐BMCR工況煙氣成分(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，實(shí)際O2)見表1，煙氣中污染物濃度(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，6%O2)見表2。

表1 鍋爐BMCR工況煙氣成分 %

表2 鍋爐BMCR工況煙氣中污染物濃度 mg/m3

輸入上述條件，經(jīng)軟件計(jì)算輸出物料平衡結(jié)果，脫硫系統(tǒng)水平衡計(jì)算結(jié)果見圖4。

圖4 脫硫系統(tǒng)水平衡結(jié)果

由圖4可以看出，脫硫系統(tǒng)輸入水包括除霧器沖洗水、氧化空氣增濕水、工藝水補(bǔ)水、吸收劑用水、反應(yīng)消耗水等，總量為247338kg/h。其中，工藝補(bǔ)水為204688kg/h，占總量82.7%。脫硫系統(tǒng)輸出水主要包括煙氣蒸發(fā)水、結(jié)晶器蒸發(fā)水、硫氨帶水及廢水等，總量為247338kg/h，其中煙氣蒸發(fā)水量210977kg/h，結(jié)晶器蒸發(fā)水為33765kg/h。

2.2 SO2濃度變化對物料的影響

當(dāng)保持其他參數(shù)不變，僅改變原煙氣中SO2濃度時(shí)，離心機(jī)產(chǎn)出的硫酸銨產(chǎn)品的質(zhì)量流量與原煙氣中SO2的濃度成線性增長的關(guān)系，這與工程實(shí)際情況相符合，表明該物料計(jì)算軟件的計(jì)算是正確的。

當(dāng)保持其他參數(shù)不變，僅改變原煙氣中SO2濃度時(shí)，脫硫系統(tǒng)工藝水耗量隨原煙氣中SO2的濃度的變化不大，幾乎保持不變。這是因?yàn)橄到y(tǒng)工藝水耗量主要跟原煙氣的流量和溫度有關(guān)，原煙氣中SO2的濃度對其影響甚小，這與實(shí)際工程情況相一致，也表明該物料計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果是可靠的。

3 結(jié)語

由氨法脫硫物料衡算模型計(jì)算可知，當(dāng)保持其他參數(shù)不變，僅改變原煙氣SO2濃度時(shí)，副產(chǎn)品硫酸氨的質(zhì)量流量與原煙氣中SO2濃度成線性增長關(guān)系，而工藝水耗量隨原煙氣SO2濃度變化不大。上述計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際情況相符。研究表明，氨法脫硫物料計(jì)算模型適用于氨法脫硫工程計(jì)算，可用于指導(dǎo)設(shè)備選型，還可供工程實(shí)際中研究工藝參數(shù)對物料衡算以及工程設(shè)計(jì)的影響，以優(yōu)化參數(shù)的選擇和工藝設(shè)計(jì)。

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Research on material balance model of desulfurization process by ammonia method

建立了氨法脫硫工藝的物料衡算模型，描述了物料計(jì)算軟件的計(jì)算框圖和開發(fā)過程，介紹了計(jì)算模型在實(shí)際脫硫工程中的應(yīng)用，表明該模型對工程設(shè)計(jì)和設(shè)備選型具有一定的指導(dǎo)意義。

氨法;脫硫;物料平衡

The material balance model of desulfurization process by ammonia method was built.the calculation diagram and development process of the material calculation soft were described，and the application of the calculation model in the actual project was introduced.It indicated that the model has much guiding significance to project design and equipment selection.

ammonia method;desulfurization;material balance

X701.3

B

1674－8069(2011)02－046－03

2010-09-04;

2011-02-11

陳茂兵(1981-)，男，江蘇南京人，工程師，碩士，主要從事大氣污染及防治研究、環(huán)境保護(hù)設(shè)備開發(fā)等工作。E－mail:chenmaobing1981@gcl－ eng.com