氨法脫硫系統(tǒng)工藝優(yōu)化分析與應(yīng)用

馮帥帥

【摘 要】火電廠SO2的大量排放是造成我國酸雨污染日益嚴(yán)峻的一個(gè)主要原因。減少SO2排放，控制酸雨污染，成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。在各種脫硫技術(shù)中鈣法和氨法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。

【關(guān)鍵詞】氨法脫硫；技術(shù)；應(yīng)用

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，工業(yè)煙氣脫除SO2日益受到重視。在火力發(fā)電廠脫硫技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，目前主流的脫硫技術(shù)仍為鈣法，但鈣法脫硫的二次污染、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等問題日益顯現(xiàn)出來，于是，氨法脫硫技術(shù)逐漸受到關(guān)注，許多的企業(yè)和研究單位對(duì)氨法脫硫技術(shù)的前景做出了樂觀的評(píng)價(jià)。國內(nèi)已成功地在60MW機(jī)組煙氣脫硫工程上使用了氨法，其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)居脫硫業(yè)的領(lǐng)先水平。

由于氨法脫硫工藝自身的一些特點(diǎn)，可充分利用我國廣泛的氨源，生產(chǎn)需求大的肥料，并且氨法脫硫工藝在脫硫的同時(shí)又可脫氮，是一項(xiàng)較適應(yīng)中國國情的脫硫技術(shù)。為幫助大家全面了解氨法，本文對(duì)氨法脫硫技術(shù)的發(fā)展、機(jī)理和不同技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述，并側(cè)重介紹濕式回收法氨法脫硫技術(shù)。

1、我國二氧化硫的污染現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

二氧化硫?yàn)橐环N無色但有很強(qiáng)的刺激性氣味的氣體，是目前大氣中危害最嚴(yán)重的污染物質(zhì)之一。由于人類自身活動(dòng)的原因而造成大氣中的二氧化硫的含量嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)人類自身的健康、生態(tài)環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建構(gòu)筑物材料等多方面造成危害與破壞。尤其是當(dāng)大氣中的二氧化硫形成酸性降雨時(shí)，對(duì)人類和環(huán)境的危害更加廣泛和嚴(yán)重。研究表明，我國的酸雨屬于典型的硫酸型酸雨。所以，控制二氧化硫的排放是抑制我國酸雨污染發(fā)展的關(guān)鍵。二氧化硫的排放主要來源于能源消耗，而能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展。我國處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，但是由于能源結(jié)構(gòu)的不合理，能源短缺目前仍然是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。我國是一個(gè)能源生產(chǎn)與消費(fèi)大國，一次能源的消費(fèi)總量僅次于美國，但人均消費(fèi)量還不到全世界人均量的一半。

在我國一次能源和發(fā)電能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)了絕對(duì)主導(dǎo)地位，在已探明的一次能源儲(chǔ)備中，煤炭仍是主要能源。盡管由于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，煤炭比例有所下降，但仍然很高。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，到2050年，我國煤炭在一次能源中所占比例仍會(huì)在50%以上，這充分表明在以后很長的一段時(shí)間內(nèi)，我國一次能源以煤炭為主的格局不會(huì)發(fā)生變化。

2、主要技術(shù)問題

現(xiàn)有的氨法脫硫工藝中存在著以下技術(shù)問題：

2.1氨易揮發(fā)。

氨法脫硫與鈣法（石灰石、石灰）脫硫的本質(zhì)區(qū)別是，前者的脫硫劑在常溫常壓下是氣體，易揮發(fā)，而后者是常溫下是固體，不易揮發(fā)。因此，氨法脫硫的首要問題是解決氨的揮發(fā)問題，防止氨隨脫硫尾氣溢出。

2.2亞硫酸銨氧化困難。

向亞硫酸銨水溶液中鼓入空氣直接氧化，便可得到硫酸銨。亞硫銨氧化反應(yīng)實(shí)際上在吸收過程中也會(huì)發(fā)生，只不過由于煙氣中O2含量低，反應(yīng)速度慢，氧化率較低，一般不予考慮。亞硫酸銨氧化和其他亞硫酸鹽相比明顯不同，NH4+對(duì)氧化過程有阻尼作用，顯著阻礙O2在水溶液中的溶解。當(dāng)鹽濃度小于0.5mo1/l時(shí)，亞硫酸銨氧化速率隨其濃度增加而增加，而當(dāng)超過這個(gè)極限值時(shí)，氧化速率隨濃度增加而降低。

2.3硫酸銨結(jié)晶。

硫酸銨在水溶液中的飽和溶解度隨溫度變化不大，結(jié)晶析出硫酸銨的方法一般采用蒸發(fā)結(jié)晶，消耗額外蒸汽。因此，如何控制過程的工藝條件使硫酸銨飽和結(jié)晶從而降低能耗是該方法的第三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。

3、煙氣氨回收法脫硫技術(shù)優(yōu)勢(shì)

綜合來看，煙氣氨回收法脫硫技術(shù)具有下列優(yōu)勢(shì)：

3.1完全資源化——變廢為寶、化害為利

氨回收法脫硫技術(shù)將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為硫銨、磷銨、硝銨等化肥或硫酸、液化二氧化硫等化學(xué)品（一般副產(chǎn)硫銨，也可根據(jù)電站當(dāng)?shù)氐臈l件副產(chǎn)其它產(chǎn)品），不產(chǎn)生二次污染，是一項(xiàng)真正意義上的將污染物全部資源化的技術(shù)。

3.2脫硫成本隨煤炭的含硫量增加而下降—可使用高硫煤發(fā)電，脫硫費(fèi)用低

因?yàn)榘被厥辗摿蚴腔厥辗?，副產(chǎn)品的附加值高，可使氨增值，所以氨回收法脫硫的運(yùn)行費(fèi)用小且隨硫的脫除量增加而降低。故電廠利用價(jià)格低廉的高硫煤，既大幅度降低發(fā)電成本，又降低了脫硫費(fèi)用，一舉兩得。

3.3裝置阻力小—方便鍋爐系統(tǒng)配置，節(jié)省運(yùn)行電耗

利用氨法脫硫劑的高活性，液氣比只有1～1.5l/m3（常規(guī)濕法脫硫技術(shù)的液氣比需8-15l/m3），脫硫塔的阻力為850Pa左右，無加熱裝置時(shí)包括煙道等阻力脫硫島總阻力在1000Pa左右；配蒸汽加熱器時(shí)脫硫島的總設(shè)計(jì)阻力也僅是1250Pa左右。因此，氨法脫硫裝置可以利用原鍋爐引風(fēng)機(jī)的潛力，大多無需新配增壓風(fēng)機(jī)；即便原風(fēng)機(jī)無潛力，也可適當(dāng)進(jìn)行風(fēng)機(jī)改造或增加小壓頭的風(fēng)機(jī)即可。系統(tǒng)阻力較常規(guī)脫硫技術(shù)節(jié)電50%以上。另外，液氣比的大幅度下降，使循環(huán)泵的功耗降低了近70%。

3.4工藝節(jié)能優(yōu)化—能效高，設(shè)備費(fèi)用低。

一般濕法脫硫皆需將煙氣降溫到50～60℃，脫硫后再熱升溫到70℃以上。再熱的方式多為GGH換熱器，因溫差小傳熱速度低，GGH的體積都較大，既占地又需高額投資。而氨回收法利用工藝特點(diǎn)，把進(jìn)脫硫島的溫度高的煙氣熱量用于副產(chǎn)品的濃縮，而煙氣的再熱用蒸汽作熱源，這樣傳熱的溫差高傳熱面積可大大減少，再熱器的占地縮小了60%以上，設(shè)備費(fèi)節(jié)省了75%以上，阻力下降了60%以上，節(jié)約了脫硫增壓風(fēng)機(jī)或原鍋爐引風(fēng)機(jī)的電耗，脫硫島的總電耗占發(fā)電容量的1%以下。

3.5脫硫裝置可靠—運(yùn)行方便、高效。

氨法為氣液兩相反應(yīng)，反應(yīng)物活性強(qiáng)，具有較大的化學(xué)反應(yīng)速率，脫硫劑及脫硫產(chǎn)物皆為易溶性的物質(zhì)，裝置內(nèi)脫硫液皆為澄清的溶液無積垢無磨損。所以，氨法更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作控制簡(jiǎn)單易行；脫硫效率可穩(wěn)定在90%以上（有特別要求時(shí)可穩(wěn)定在95%以上）。其次，氨法采用了先進(jìn)的防腐技術(shù)選用可靠的材料和設(shè)備，使裝置可靠性高達(dá)98.5%，日常維護(hù)量少，裝置的年維護(hù)檢修費(fèi)僅需總投資的2-3%。

3.6裝置配備設(shè)備少—占地小，利于總圖布置。

氨回收法脫硫裝置無需原料預(yù)處理工序，脫硫副產(chǎn)產(chǎn)物的生產(chǎn)過程相對(duì)也較簡(jiǎn)單，裝置總配置的設(shè)備在30臺(tái)套左右；且處理量較少（每吸收1噸二氧化硫只產(chǎn)生2.1噸的硫酸銨），設(shè)備選型無需太大。脫硫部分的設(shè)備占地與鍋爐的規(guī)模相關(guān)，75t/h—1000t/h的鍋爐占地在150m2～500m2左右；脫硫液處理即硫銨工序占地與鍋爐的含硫量有關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不大，整個(gè)硫銨工序正常占地在500m2內(nèi)。與常規(guī)的脫硫技術(shù)比較，占地節(jié)省50%以上。

4、工藝流程

鍋爐引風(fēng)機(jī)（或脫硫增壓風(fēng)機(jī)）來的煙氣，經(jīng)換熱降溫至100℃左右進(jìn)入脫硫塔用氨化液循環(huán)吸收生產(chǎn)亞硫酸銨；脫硫后的煙氣經(jīng)除霧凈化入再熱器（可用蒸汽加熱器或氣氣換熱器）加熱至70℃左右后進(jìn)入煙囪排放。脫硫塔為噴淋吸收塔是專利設(shè)備，主要引用在濕式石灰石/石膏脫硫中常用的結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)段、除霧段增加了相應(yīng)的構(gòu)件增大反應(yīng)接觸時(shí)間。吸收劑氨水（或液氨）與吸收液混合進(jìn)入吸收塔。吸收形成的亞硫酸銨在吸收塔底部氧化成硫酸銨溶液，再將硫酸銨溶液泵入過濾器，除去溶液中的煙塵送入蒸發(fā)結(jié)晶器。硫酸銨溶液在蒸發(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)結(jié)晶，生成的結(jié)晶漿液流入過濾離心機(jī)分離得到固體硫酸銨（含水量2～3%），再進(jìn)入干燥器，干燥后的成品入料倉進(jìn)行包裝，即可得到商品硫酸銨化肥。

5、結(jié)束語

隨國內(nèi)氨法脫硫技術(shù)的發(fā)展，氨法脫硫裝置的投資已能低于鈣法，阻礙氨法脫硫技術(shù)的難點(diǎn)已被研究人員用不同的方法所突破，氨法脫硫技術(shù)正不斷完善。隨著氨法脫硫技術(shù)業(yè)績的增加，其應(yīng)用前景將顯現(xiàn)出來，在技術(shù)日益進(jìn)步的今天，氨法煙氣脫硫技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾庭華，楊華，馬斌等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化.北京，中國電力出版社，2003

[2]郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制手冊(cè).北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2001

[3]姜迎全.清潔煤技術(shù)的評(píng)價(jià)與篩選[D]：[碩士學(xué)位論文].北京：清華大學(xué)熱能工程系，1996

[4]許濤，張崗，高翔.大型燃煤發(fā)電廠鍋爐煙氣脫硫技術(shù)[J].2003，27（1）：23-26

（作者單位：神華國華孟津發(fā)電有限責(zé)任公司）