基于火電廠氨法脫硫工藝的優(yōu)化研究

崔凱

摘 要：火電廠脫硫技術(shù)的問題一直以來都是火電廠污染排放技術(shù)部門急需解決的問題。本文首先闡述了火電廠脫硫的意義，然后介紹了火電廠運(yùn)用的氨法脫硫方法，最后提出了氨法脫硫系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝的優(yōu)化方案。對火電廠脫硫系統(tǒng)工藝的優(yōu)化具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：火電廠；氨法脫硫工藝；污染

火電廠是SO2排放的主要來源之一，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，火電廠排放的SO2占全國排放量的一半以上。然而煤電在火電中占著十分大的比重，同時(shí)在能源發(fā)展中，也占著很大的比例。所以，在解決好火電廠的脫硫問題，選用科學(xué)合理脫硫工藝，并且在較低的投資費(fèi)用下保證SO2排放量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)是火電廠脫硫的工作重心。

一、火電廠脫硫的意義

燃煤產(chǎn)生了煙塵、SO2、氮氧化物等污染大氣的污染物，煤炭的消耗量占我國能源消費(fèi)的四分之三左右，并且會(huì)這樣持續(xù)下去。與此同時(shí)，五分之四的煤炭直接用于燃燒，然而，火電廠消耗的燃煤量在煤炭總消耗量的一般以上。這樣不僅無法做到能源高效循環(huán)利用，同時(shí)還會(huì)對大氣環(huán)境產(chǎn)生很大的污染。

分析煤炭消耗量以及其產(chǎn)物的數(shù)據(jù)，可以預(yù)計(jì)到2020年左右，中國的SO2的排放量將會(huì)達(dá)到21Mt/a，SO2的無序無限量排放給國家?guī)淼慕?jīng)濟(jì)損失達(dá)上億元人民幣以及，并且這種狀況有著持續(xù)增長的趨勢。為控制這種狀況的惡化，國家采取了一些節(jié)約能源、減少排放的措施，但是中國的SO2排放量仍然處于世界首位。所以，研究出無再生污染，以及產(chǎn)物可再利用化的脫硫工藝變得十分迫切[1]。最近幾年，也研究出了一些技術(shù)，是利用中國氨源豐富的優(yōu)勢，把氨和煤炭中的硫進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的，既減少中國SO2的排放量，同時(shí)又到達(dá)了資源合理利用的目的。這些技術(shù)符合中國國情，達(dá)到了火電廠脫硫的目的同時(shí)也有實(shí)現(xiàn)資源利用合理化，適合長遠(yuǎn)發(fā)展而且很具有推廣的價(jià)值。

二、氨法脫硫工藝概述

二十世紀(jì)七十年代，日本和一些歐洲發(fā)達(dá)國家著力于氨法脫硫的工藝研究并且獲得了突破性進(jìn)展。氨法脫硫工藝的主要部分是屬于農(nóng)業(yè)化肥工業(yè)的范圍，在火力發(fā)電方面應(yīng)用很少。但是，隨著合成氨和煤化工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展以及氨法脫硫工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，九十年代后，氨法脫硫工藝開始了規(guī)模性應(yīng)用。

（一）Walther氨法

Walther氨法脫硫工藝由克盧伯公司在二十世紀(jì)七十年代開發(fā)[2]，是被最早開發(fā)的濕法氨水脫硫工藝。這種方法的主要工藝流程是：含硫煙氣先進(jìn)行除塵處理，然后進(jìn)入熱交換器換熱處理，再從上方進(jìn)入洗滌塔，與體積分?jǐn)?shù)為百分之二十五的氨氣混合流下，然后用專用的泵抽取洗滌液對需要處理的煙氣進(jìn)行噴淋操作，被處理后的煙氣通過除霧器進(jìn)入高效洗滌塔，最后經(jīng)過熱交換器加熱成為干凈的煙氣排向煙囪，進(jìn)入大氣中。

（二）AMASOX氨法

AMASOX氨法主要是在傳統(tǒng)的氨法煙氣脫硫工藝的基礎(chǔ)進(jìn)行的改進(jìn)，在反應(yīng)塔塔內(nèi)安裝濕式電除霧設(shè)備，很好得解決了傳統(tǒng)的脫硫方法中煙氣凈化后出現(xiàn)氣溶膠現(xiàn)象，并且改變傳統(tǒng)復(fù)雜的多塔模式為結(jié)構(gòu)簡單的單塔模式。

（三）GE氨法

GE氨法由美國GE公司開發(fā)，其工藝流程主要是經(jīng)過除塵處理的火電廠煙氣通過換熱器后進(jìn)入冷卻裝置，進(jìn)行具有較高壓力的洗滌水進(jìn)行噴淋達(dá)到降溫的目的，并且再次進(jìn)行除塵，降溫到接近煙氣露點(diǎn)時(shí)再將煙氣吸入有雙層吸收層的洗滌塔，使煙氣被充分清洗，此時(shí)，煙氣經(jīng)過了脫硫處理，再通過濕式電除塵器后再進(jìn)入換熱器換熱升高溫度，排入大氣中。在此過程有產(chǎn)物（NH4）2SO4。

（四）NADS氨-肥法

NADS氨-肥法是由我國華東理工大學(xué)開發(fā)出的一種火電廠煙氣SO2回收凈化技術(shù)，其不僅可以有效的解決SO2的排放污染問題，還可以生產(chǎn)硫酸銨等各種銨鹽。過程中產(chǎn)生的亞硫酸銨可以與硫酸等強(qiáng)酸反應(yīng)，得到硫酸鹽、硝酸鹽等各種鹽，并且進(jìn)行加熱蒸發(fā)、干燥結(jié)晶、再次干燥后，產(chǎn)物是可用于商業(yè)應(yīng)用的化肥產(chǎn)品。另外可以得到體積分?jǐn)?shù)8%～10%的SO2和空氣混合物，再加入催化劑V2O5-SiO2催化氧化，將SO2反應(yīng)為成SO3，經(jīng)過一定濃度的濃硫酸吸收，得到產(chǎn)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%的商品濃硫酸。

（五）電子束氨法

電子束氨法采用電子集束對水、氨和煙氣的混合氣體進(jìn)行照射，產(chǎn)生強(qiáng)大電場煙氣中組分的分子被電離，變成為具有很高能量的電子，繼而能電離其他煙氣組分產(chǎn)生多種活潑性很高的自由粒子，其中SO2和NO活潑性自由粒子氧化為SO3和NO2，和氨氣反應(yīng)生成（NH4）2SO4和NH4NO3。但是這種方法也有個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，就是此種方法能源消耗高，效率低下，過程中使用到重要的高效率、大功率設(shè)備仍在研制當(dāng)中。

圖1.氨法脫硫工藝流程圖

三、氨法脫硫在火電廠的優(yōu)化應(yīng)用

（一）氯離子濃度控制優(yōu)化

氯離子濃度在設(shè)備中要求非常嚴(yán)格，如果超標(biāo)將對設(shè)備構(gòu)成腐嚴(yán)重蝕，所以控制氯離子濃度成為在脫硫過程的十分重要的步驟?？蛇\(yùn)用質(zhì)量守恒的法則，事先計(jì)算Cl-的物料平衡的方法，控制塔內(nèi)Cl-濃度在40000ppm以下，采用抽取定量的處理液噴淋，噴在干燥系統(tǒng)中硫中調(diào)節(jié)系統(tǒng)中氯離子的平衡。

（二）氨逃逸、氣溶膠問題的解決

在氨法脫硫工藝中會(huì)出現(xiàn)氨逃逸和銨鹽氣溶膠的問題，這些問題一直以來都是難以突破?？刹扇【單账膬?nèi)部結(jié)構(gòu)、精確計(jì)算出合理的氣和液比例、不斷調(diào)整pH值以達(dá)到適合范圍以及利用氧化的方法把氨固定在工藝流程中和減少銨鹽類氣溶膠生成，根據(jù)工程實(shí)踐可得出氨逃逸的速率應(yīng)該要控制在小于8 mg/Nm3最為適合。

（三）煙氣含塵量的控制

進(jìn)入脫硫塔等設(shè)備的煙氣的含灰量的大小會(huì)直接影響到產(chǎn)物硫酸銨的質(zhì)量，同時(shí)對脫出的硫的顏色具有很大的影響，在含灰量較大的時(shí)候，脫出的硫的顏色會(huì)出現(xiàn)明顯發(fā)黃的狀況。在工程實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)灰含量超過限值會(huì)造成脫硫系統(tǒng)管路的堵塞以及硫酸銨無法結(jié)晶的現(xiàn)象。所以，可以采用高效電除塵和袋式除塵和電袋除塵的方法減少脫硫工藝中煙氣的灰含量，另外還可以采用對硫酸銨水溶液過濾除灰的方式得到高質(zhì)量的硫酸銨結(jié)晶。

四、結(jié)論

在我國硫資源十分短缺，硫的來源依賴于外來進(jìn)口，但是我國的火電廠又是向大氣中大量得排放含硫的污染物。因此，在排放前把含硫污染物進(jìn)行脫硫處理，并且得到可利用的副產(chǎn)品是一種解決這些問題的有效途徑之一。氨法脫硫工藝是一種可行的脫硫技術(shù)，再對其進(jìn)行氯離子濃度控制、氨逃逸、氣溶膠問題和煙氣含塵量的控制的優(yōu)化可以很大程度上提高脫硫系統(tǒng)的工作效率以及提高副產(chǎn)物的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐澎波.火電廠氨法煙氣脫硫裝置運(yùn)行參數(shù)檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2011（30）：10.

[2] 何翼云.氨法煙氣脫硫技術(shù)及其進(jìn)展[J].化工環(huán)保，2012（32）：2.