串級式氨肥法煙氣脫硫脫硝一體化工藝

蔣治君

(云南協(xié)和工業(yè)建設(shè)監(jiān)理有限公司，云南昆明650000)

我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，一次能源中煤炭約占70%，煤炭在燃燒過程中釋放出大量的SO2和NOx，金屬冶煉、化工生產(chǎn)等過程中也有大量的SO2和NOx排放。因此控制SO2和NOx的排放是亟待解決的問題，是防治大氣污染的緊迫任務(wù)［1］。

常用的煙氣脫硫技術(shù)有濕法脫硫、干法脫硫和半干法脫硫3種，其中濕法脫硫工藝占已安裝石灰石/石膏濕法煙氣脫硫(FGD)機(jī)組總?cè)萘康?5%左右，而美、日、德甚至達(dá)到了90%以上。煙氣脫硝主要有干法和濕法煙氣脫硝技術(shù)。煙氣脫硝原理主要有選擇性非催化還原法、選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、氧化銅法及電子束照射法等，濕法脫硝大多具有同時脫硫的效果［2］。

目前成熟的脫硝技術(shù)(SCR法)，都采用催化劑在300℃高溫下將NOx還原為N2的工藝，但是其NH3消耗量大，對煙氣中粉塵的脫除率要求很高，催化劑易中毒，運行費用高，并且脫硝與脫硫工藝條件差別大，只能分步運行，工藝線路長，成本高。氨肥法煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)，能夠在脫硫的同時，對NOx產(chǎn)生氧化、還原及吸收的協(xié)同作用，使NOx的脫除率達(dá)60%以上，從而達(dá)到脫硫脫硝的目的。

1 氨肥法脫硫脫硝原理

NOx污染物中 NO占80% ～90%，NO2占10%，氨肥法煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)是用NH3在脫硫的同時，應(yīng)用氣－液催化氧化與還原的原理脫硝，使NOx中氨法濕法脫硫的部分NO氧化為NO2，NO2易被NH3·H2O溶液吸收，而另一部分NOx被脫硫生成的NH4HSO4、(NH4)2SO3還原為N2，達(dá)到脫硝目的［3］。脫除的SO2生成化肥(NH4)2SO4，NOx部分生成 NH4NO3、NH4NO2，大部分被還原為N2。

1.1 氨肥法脫硫原理

反應(yīng)式(1)和(2)均為SO2吸收反應(yīng)。pH小于一定值時，游離NH3含量低，SO2吸收以反應(yīng)式(2)為主導(dǎo)，由于游離NH3含量低，NH3平衡分壓也低，煙氣逸氨小。pH較高時，游離NH3含量高，SO2吸收以反應(yīng)式(1)為主導(dǎo)，SO2吸收雖好，但逸氨量大，氨耗大，煙囪氣溶膠排放量大。因此，控制合理的pH是保證高的SO2吸收率和控制煙氣逸氨的關(guān)鍵。

1.2 氨肥法脫硝原理

利用亞銨鹽氧化催化的功能，使NO在剩余氧氣的作用下氧化為NO2，從而被氨吸收，形成硝基氮肥，未氧化的NOX則被氧化還原為N2。

氧化吸收:

還原:

2 串級式氨法脫硫脫硝塔

脫硫脫硝塔是實現(xiàn)煙氣脫硫脫硝的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的煙氣脫硫塔由于塔內(nèi)吸收液與蒸發(fā)濃縮液混合造成吸收液溫度較高，液體中的氨易從溶液蒸發(fā)進(jìn)入氣相，形成氣溶膠造成逸氨量增大，溶液中游離氨多，逸氨量大，氨霧去除能力下降，亞硫酸銨氧化不全。

串級式氨法脫硫脫硝塔，能夠集熱煙氣冷卻、洗滌除塵、硫酸銨液濃縮，SO2吸收及NOx還原脫除、亞硫酸鹽氧化、除氨霧及氣溶膠、水霧等功能于一體［4］。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 串級式氨法脫硫脫硝塔結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure diagram of cascade ammonia fertilizer methods for desulphurization and denitration

經(jīng)收塵后120～180℃的熱煙氣，進(jìn)入脫硫脫硝塔洗滌降溫段(5)，與上部噴淋的硫酸銨(含有硝酸銨)溶液逆流接觸，煙氣在此過程中因絕熱蒸發(fā)而冷卻。溶液因吸收煙氣的熱量，使其中部分水分蒸發(fā)而濃縮至飽和，送設(shè)置于塔外的晶漿槽，析出硫銨晶粒，晶漿槽內(nèi)上清液由泵送洗滌降溫段5循環(huán)再蒸發(fā)。晶漿槽含量達(dá)到規(guī)定工藝指標(biāo)，送硫銨工序。脫硫工序送來的硫銨濃縮液，通過塔外負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶工藝、固液分離、干燥、包裝等工藝過程，制成固體硫酸銨產(chǎn)品，產(chǎn)品達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)(GB535－1995)一等品的要求。

吸收液的主要部分進(jìn)入吸收液循環(huán)段(7)，補充氨水后用泵打入吸收段繼續(xù)循環(huán)噴淋吸收。在吸收液循環(huán)段(7)設(shè)置液相催化劑分布器(8)，在微量催化劑的作用下能提高NOx的脫出效率。吸收液循環(huán)段(7)與氧化段(6)間設(shè)有隔板，能保證吸收、氧化互不影響。

吸收液部分進(jìn)入氧化段(6)，氧化段(6)中部設(shè)置微孔曝氣裝置(10)，通入壓縮空氣，氧化塔內(nèi)吸收液中的亞硫酸銨被氧化為硫酸銨，氧化率在99%以上。

凈化煙氣經(jīng)吸收段上部進(jìn)入強(qiáng)化除氨霧段(3)，在強(qiáng)化除氨霧段(3)頂部配置高效除霧器(17)，配套工藝水沖洗裝置(18)除霧器采用成熟的波紋板片平行排列而成，配有工藝水沖洗噴淋器，沖洗和回收除霧器捕集的氨霧和氣溶膠。高效除霧器(17)用工藝水按時序控制分區(qū)沖洗，以防除霧器堵塞，同時保證除沫效率，減少系統(tǒng)逸氨量，提高系統(tǒng)氨利用率，保證氨的回收利用率達(dá)到98%以上，確保氨逃逸量小于8 mg/m3。

凈化煙氣經(jīng)強(qiáng)化除氨霧段(3)上部進(jìn)入高效除沫段(2)。含有霧滴的煙氣流經(jīng)除沫器(19)的撞擊作用、慣性作用、轉(zhuǎn)向離心力及其與波形板的摩擦作用、吸附作用使得液滴被捕集。除沫后的液滴含量平均值小于75 mg/m3(液滴粒徑大于15 μm)。

串級式脫硫脫硝塔與現(xiàn)有技術(shù)相比，各段功能清晰，凈化和吸收效率高，同時簡化了工藝路線，減少了設(shè)備數(shù)量和占地面積，大幅降低了煙氣治理工程的投資和運行費用。

3 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

氨肥法脫硫、脫硝技術(shù)無廢渣、廢水、廢氣排放，可與電力、煤炭、化肥工業(yè)鏈相結(jié)合，為脫硫用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益［5］。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

以串級式脫硫脫硝塔在某電廠應(yīng)用情況為例，核算脫硫脫硝一體化技術(shù)運行后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

鍋爐煙氣排量:100萬m3/h;鍋爐煙氣SO2排放質(zhì)量濃度:2 100 mg/m3;煙氣 NOx排放質(zhì)量濃度:1 500 mg/m3;鍋爐年運行時間:6 000 h。

年排放SO2為:1 000 000 m3/h×0.002 1 kg/m3×6 000 h=1.26萬t，一般脫硫效率達(dá)95%，煙氣即可達(dá)標(biāo)排放，則年脫硫量為1.197萬t。根據(jù)反應(yīng)式:2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3

34∶64=X1∶1.197

年需氨量X1=0.636萬t/年

硫銨產(chǎn)生量:2NH3→(NH4)2SO4

34∶136=0.636∶X2

硫銨量X2=2.544萬噸/年。

水耗:水按 2.3元/t計，2.3元/t×6 t/h×6 000 h/y=8.28萬元/年;

電耗:電按0.29元/kWh計，0.29元/kWh×160 kWh/h×6 000h/y=27.84萬元/年;

氨水費用:液氨市價按1 500元/t計，1 500元/t×0.636 萬 t/年 =954 萬元/年;

節(jié)省SO2排污費:按1.26元/kg計，1.197×107×1.26=150 8.2萬元;

節(jié)省NOX排污費:脫硝率按60%，年脫硝量為1 000 000 m3/h×0.001 5 kg/m3×6 000h×0.6=0.54萬 t/年，按 1.26元/kg計，0.54×107×1.26=680.4萬元;

硫酸氨銷售收益:按750元/t計，2.544×104×750=1 908萬元;

總收益:1 908+680.4+150 8.2－954－27.84－8.28=310 6.48萬元。

3.2 社會效益

當(dāng)前，我國大氣污染形勢嚴(yán)峻，國務(wù)院2013年印發(fā)的《大氣污染防治行動計劃》指出:“加快重點行業(yè)脫硫、脫硝、除塵改造工程建設(shè)。所有燃煤電廠、鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)生產(chǎn)設(shè)備、石油煉制企業(yè)的催化裂化裝置、有色金屬冶煉企業(yè)都要安裝脫硫設(shè)施，每小時20蒸噸及以上的燃煤鍋爐要實施脫硫。除循環(huán)流化床鍋爐以外的燃煤機(jī)組均應(yīng)安裝脫硝設(shè)施，新型干法水泥窯要實施低氮燃燒技術(shù)改造并安裝脫硝設(shè)施?！?/p>

氨肥法煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)，脫硫效率高，同時具有脫硝、除塵的作用;氨法的剩余廢水輸送到吸收塔，可以循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次污染;銨鹽極易溶于水，吸收塔內(nèi)物固體沉淀，避免了結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象;該工藝適用范圍廣，既能用于北方的低硫煤，也適用于南方含硫量高的煤炭;副產(chǎn)物硫酸銨可以作為化肥單獨使用，也可以作為復(fù)合肥的原料。串級式脫硫脫硝塔，簡化了工藝路線，減小了占地面積，降低了設(shè)備投入，具有較高的凈化和吸收效率［6］。

脫硫脫硝一體化技術(shù)工藝完整，設(shè)計排放指標(biāo)符合國家環(huán)保法規(guī)，脫硫脫硝系統(tǒng)不影響鍋爐生產(chǎn)，做到煙氣脫硫系統(tǒng)的清潔生產(chǎn)［7］。SO2及NOX排放濃度均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)排放要求，對改善區(qū)域空氣環(huán)境質(zhì)量具有積極作用和重要意義，具有較好的社會效益。

［1］陳穎，李慧，李金蓮等.氨法煙氣脫硫脫硝一體化工藝的研究進(jìn)展［J］.化工科技，2010，18(2):65－69.

［2］鄭淑芳.氨肥法煙氣脫硫、脫硝、除塵一體化技術(shù)的研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2005.

［3］曾子平，劉應(yīng)隆.燃煤煙氣濕法脫硫脫硝一體化的方法:中國，CN101773778［P］.2010－07－14.

［4］曾子平，劉應(yīng)隆.等.串級式氨法脫硫脫硝塔:中國，CN202962224［P］.2013－0－05.

［5］高福祥，周國松，鄭紅氨.法煙氣脫硫技術(shù)的可行性探討［J］.節(jié)能，2007(8):40－42.

［6］申林艷，李文彥，陳軍，等.氨法煙氣脫硫技術(shù)及幾個問題的探討［J］.煤礦現(xiàn)代化，2005(6):60－61.

［7］邵申，孫在柏，萬皓，等.氨法煙氣脫硫技術(shù)的工藝研究［J］.環(huán)境工程，2011(5):71－74.

［8］吳泓.氨法脫硫生產(chǎn)氨肥的清潔生產(chǎn)研究［J］.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2013(7):31－38.