煙氣氨法脫硫技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)和存在問(wèn)題分析及對(duì)策

屈戰(zhàn)成

（陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西渭南 714104）

1 概述

我國(guó)燃煤鍋爐均配套安裝了除塵、脫硝、脫硫等煙氣處理裝置，其中脫硫裝置基本上采用鈣法和氨法兩種脫硫工藝。氨法技術(shù)全稱為濕式氨-硫酸銨回收法脫硫技術(shù)，其工藝過(guò)程由氨水配制、煙氣預(yù)洗、脫硫吸收、漿液脫泥和硫酸銨加工等5個(gè)工序構(gòu)成，主要采用氨作為脫硫劑，吸收煙氣中的SO2氣體，并生產(chǎn)環(huán)保產(chǎn)品硫酸銨。

氨法脫硫的工藝流程為：除塵后的鍋爐煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入預(yù)洗滌塔，經(jīng)逆流噴淋和增濕降溫后，再進(jìn)入脫硫塔，與含新鮮氨水的循環(huán)漿液逆流接觸反應(yīng)，脫除其中的SO2，生成亞硫酸銨。氧化風(fēng)機(jī)連續(xù)向脫硫塔內(nèi)供給空氣，將亞硫酸銨充分氧化成硫酸銨，用壓濾機(jī)脫除漿液中的灰泥，得到相對(duì)純凈的硫酸銨溶液，再依次送入硫酸銨加工工序雙效蒸發(fā)結(jié)晶器。硫酸銨溶液在真空狀態(tài)下蒸發(fā)結(jié)晶，達(dá)到預(yù)定的硫酸銨固含量時(shí)，進(jìn)入旋流器進(jìn)行固液分離，分離后的硫酸銨漿液進(jìn)入稠厚器，進(jìn)一步增稠提濃至固含量（w）為40%～50%，再經(jīng)過(guò)離心機(jī)脫水后，得到w（H2O）僅5%的結(jié)晶狀硫酸銨，最后經(jīng)干燥、計(jì)量、打包后，生產(chǎn)出符合DL/T 808—2002《副產(chǎn)硫酸銨》的硫酸銨產(chǎn)品。脫硫后的潔凈煙氣經(jīng)塔頂除霧器除霧后由煙囪達(dá)標(biāo)排放。

2 綜合優(yōu)勢(shì)

2.1 脫硫產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

2.1.1 用作肥料

煙氣氨法脫硫裝置所生產(chǎn)的脫硫產(chǎn)品主要是硫酸銨 [（NH4）2SO4]，簡(jiǎn)稱硫銨，俗稱“肥田粉”，呈無(wú)色透明或白色斜方晶系結(jié)晶，其中總氮（w）為18%～21%，w（S）為21%～24%，可作為優(yōu)質(zhì)速效氮肥和硫肥為農(nóng)作物提供氮元素和硫元素，具有提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的作用。硫酸銨吸濕性相對(duì)較小，不易結(jié)塊，具有優(yōu)良的物理性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性，水溶液呈酸性，適用于堿性土壤和碳質(zhì)土壤。硫酸銨用作速效氮肥可作基肥、追肥和種肥，但存在氮含量較低、單位面積農(nóng)田的用量大的缺點(diǎn)；用作硫肥時(shí)，可有效改善土壤缺硫的狀況，為農(nóng)作物提供硫養(yǎng)分。洋蔥、韭菜、大蒜、芥菜等均為喜硫蔬菜，油菜、甘蔗、花生、大豆、菜豆等均為缺硫敏感作物，施用硫酸銨可促使作物枝葉生長(zhǎng)旺盛，增強(qiáng)抵抗病蟲害的能力，提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量。

2.1.2 用于其他工業(yè)生產(chǎn)

純品硫酸銨為無(wú)色或白色粉狀結(jié)晶，無(wú)氣味，相對(duì)密度為1.77 kg/m3，折光率1.521。280 ℃以上分解出氨氣，加熱到513 ℃以上完全分解成氨氣、氮?dú)?、二氧化硫和水。硫酸銨除大量用作肥料外，還可用于紡織、皮革、醫(yī)藥等其它工業(yè)生產(chǎn)，用途較為廣泛[1]。

2.1.3 產(chǎn)品價(jià)值高

氨法脫硫裝置副產(chǎn)的硫酸銨具有較高的附加值，且使氨增值。其運(yùn)行過(guò)程就是硫酸銨的生產(chǎn)過(guò)程，每脫除1 t SO2需消耗0.5 t NH3，可生產(chǎn)2 t硫酸銨產(chǎn)品。不考慮其他成本情況下，液氨價(jià)格以4 500元/t、硫酸銨價(jià)格以1 500元/t計(jì)，則所回收煙氣中的SO2價(jià)值約為750元/t。因此，采用氨法脫硫技術(shù)，不僅充分利用氨資源，使之生成硫酸銨具有一定的市場(chǎng)價(jià)值，而且回收了硫資源，使含有SO2的廢氣增值。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.2.1 脫硫裝置阻力小

在氨法脫硫過(guò)程中，氨的活性高，與煙氣SO2反應(yīng)的速率快，較常規(guī)濕法脫硫技術(shù)的液氣比低，故脫硫塔阻力小，其系統(tǒng)阻力僅為0.8 kPa，一般不超過(guò)1.0 kPa。當(dāng)安裝和配備蒸汽加熱器時(shí)，脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總阻力也不超過(guò)1.2 kPa。

2.2.2 脫硫效率高

氨法脫硫一般采用氨水作為脫硫劑，反應(yīng)活性高。在吸收煙氣中SO2的過(guò)程中，二者為氣液兩相接觸反應(yīng)，具有較高的化學(xué)反應(yīng)速率，可在瞬間完成NH3和SO2的反應(yīng)，既不受限于原煙氣中SO2濃度的高低，對(duì)煙氣流速的影響也不敏感，脫硫效率可達(dá)到98%以上，較其他脫硫技術(shù)高2%～3%。

2.2.3 自動(dòng)化程度高

氨法脫硫控制系統(tǒng)采用了與機(jī)組控制系統(tǒng)相同的分散控制系統(tǒng)（FGD-DCS），主要功能包括數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）和順序控制系統(tǒng)（SCS），自動(dòng)化程度高，完全滿足脫硫裝置的運(yùn)行和控制要求，對(duì)全過(guò)程主要控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)裝置發(fā)生故障時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警，對(duì)整個(gè)脫硫裝置的安全可靠性起到保障作用。因氨法脫硫?qū)贇庖簝上喾磻?yīng)，且原料氨、生成物亞硫酸銨和硫酸銨均溶于水，脫硫裝置一般不結(jié)垢，不堵塞，磨蝕小，更易實(shí)現(xiàn)PLC、DCS等自動(dòng)化控制，工藝操作簡(jiǎn)單方便。

2.2.4 占地面積小

氨法脫硫裝置一般不需要設(shè)置原料預(yù)處理工序，可直接利用氨水或廢氨水，或在液氨儲(chǔ)罐旁安裝1臺(tái)氨水配制槽即可，其占地面積可忽略不計(jì)。煙氣脫硫吸收工序設(shè)備占地與鍋爐規(guī)模有關(guān)，0.1～1.0 kt/h的鍋爐占地面積可達(dá)200～500 m2。硫酸銨加工工序占地與鍋爐用煤含硫量有關(guān)，占地面積約500 m2。整個(gè)氨法脫硫裝置占地總面積為600～1 000 m2，與其他脫硫技術(shù)相比，占地面積可節(jié)省 30%～50%[2]。

2.3 環(huán)保優(yōu)勢(shì)

2.3.1 煙氣SO2實(shí)現(xiàn)超低排放

從南方到北方，從發(fā)達(dá)地區(qū)到偏遠(yuǎn)地區(qū)，我國(guó)環(huán)保部門陸續(xù)提出了鍋爐煙氣處理裝置應(yīng)按期完成提標(biāo)改造的要求，實(shí)現(xiàn)SO2超低排放。2018年12月，陜西省發(fā)布DB61/1226—2018《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求自2020年1月1日起，筆者所在的關(guān)中地區(qū)工業(yè)鍋爐的大氣污染物SO2排放質(zhì)量濃度限值為35 mg/m3，顆粒物排放質(zhì)量濃度限值為10 mg/m3，NOx排放質(zhì)量濃度限值為50 mg/m3。目前，陜西省所有煙氣脫硫企業(yè)包括氨法脫硫企業(yè)均已達(dá)到上述超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 不產(chǎn)生二次污染

氨法脫硫技術(shù)基本上不產(chǎn)生廢氣、廢水和廢渣，不會(huì)造成二次污染，主要體現(xiàn)在：①氨法脫硫的尾氣排放量少，SO2濃度低，不產(chǎn)生CO2廢氣，對(duì)大氣的污染小，當(dāng)SO2質(zhì)量濃度達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)10～20 mg/m3時(shí)，不屬于二次污染的范疇；②無(wú)廢水排放，以燃煤鍋爐3×260 t/h（2開1備）為例，氨法脫硫的工藝水用量為32 t/h，污水產(chǎn)生量?jī)H5 t/h，且可作為工藝水返回脫硫塔循環(huán)利用，無(wú)需排出脫硫裝置區(qū)進(jìn)行專門處理；③硫酸銨溶液脫泥工序會(huì)產(chǎn)生少量的灰泥，其主要成分為SiO2，僅占鍋爐粉煤灰總量的0.1%～0.5%，可與爐渣一起作為一般固體廢物進(jìn)行處置，不構(gòu)成二次污染。

2.4 資源利用優(yōu)勢(shì)

2.4.1 回收利用硫資源

氨法脫硫技術(shù)是將SO2廢氣轉(zhuǎn)化成硫酸銨產(chǎn)品，回收利用硫資源。以燃煤鍋爐3×260 t/h（2開1備）為例，每年可生產(chǎn)硫酸銨肥料約29 000 t，回收利用硫資源（折S）為7 250 t；而鈣法脫硫技術(shù)則是將SO2廢氣轉(zhuǎn)化成工業(yè)廢渣硫石膏，浪費(fèi)了大量的硫資源。自2018年起，我國(guó)才徹底扭轉(zhuǎn)了硫資源緊缺的被動(dòng)局面，不再?gòu)膰?guó)外大量進(jìn)口硫黃、硫酸等硫資源，反而開始大量出口創(chuàng)匯，以滿足國(guó)際市場(chǎng)硫資源的消費(fèi)需求。這主要得益于國(guó)家環(huán)保政策的日趨收緊，將煤、石油、天然氣中的雜質(zhì)硫處理后制得硫黃、硫酸和硫酸銨等產(chǎn)品，其中氨法脫硫是回收利用硫資源的成熟技術(shù)之一。

2.4.2 充分利用氨資源

氨作為氨法脫硫裝置的脫硫劑，經(jīng)脫除煙氣SO2后變成硫酸銨，回歸為化肥產(chǎn)品，提高了氨的利用率。當(dāng)脫硝裝置的脫硝效果不佳時(shí)，脫硫塔還具有二次脫硝的功能，可進(jìn)一步降低煙氣NOx排放濃度。當(dāng)脫硝裝置有氨逃逸時(shí)，脫硫裝置也可再次吸收煙氣中的NH3，最終整體提高了脫硫脫硝裝置氨的利用率。

3 存在問(wèn)題及解決辦法

3.1 氨的安全風(fēng)險(xiǎn)和管控措施

氨法脫硫通常使用氨水作脫硫劑，一般由液氨汽化后用水稀釋而成。液氨和氣氨均屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，具有易燃易爆、強(qiáng)腐蝕性和刺激性等特點(diǎn)，人員接觸后易發(fā)生中毒窒息或灼燙事故，吸入高濃度的氨后可致人死亡。氨在空氣中易形成爆炸氣體，遇到點(diǎn)火源會(huì)發(fā)生火災(zāi)或爆炸，故必須采用密閉容器和管道進(jìn)行裝卸、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、輸送和使用。若出現(xiàn)氨泄漏，則存在火災(zāi)、爆炸、中毒和凍傷等事故風(fēng)險(xiǎn)，致使部分企業(yè)不愿意采取氨法脫硫而選擇鈣法脫硫技術(shù)。

由上述可知，氨的使用風(fēng)險(xiǎn)高，發(fā)生事故的概率大，應(yīng)依據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品、重大危險(xiǎn)源的管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)、完善各類氣防和消防設(shè)施，配置、補(bǔ)充必要的勞動(dòng)防護(hù)用品，制定符合企業(yè)實(shí)際的安全管理制度和操作規(guī)程，并嚴(yán)格落實(shí)到位。堅(jiān)持手指口述和崗位練兵，定期組織專項(xiàng)應(yīng)急演練和綜合救援演練，持續(xù)強(qiáng)化安全管理，突出事先預(yù)防，不斷提升安全操作技能和事故應(yīng)急處置能力，可有效防范火災(zāi)、爆炸、中毒等事故發(fā)生。

筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在氨法脫硫技術(shù)使用較多的石化、焦化、煤化工行業(yè)，其脫硫裝置和配套的氨站基本上不會(huì)發(fā)生一般及以上火災(zāi)、爆炸、中毒等事故，只是火電、鋼鐵、冶煉等行業(yè)的從業(yè)人員對(duì)氨有畏懼心理，可通過(guò)專業(yè)團(tuán)隊(duì)的嚴(yán)格管理，有效保證脫硫裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 氨逃逸及其管控措施

在氨法脫硫裝置運(yùn)行過(guò)程中，普遍存在氨逃逸現(xiàn)象，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。氨極易溶于水，又極易揮發(fā)成氣氨，氨逃逸即是指氣態(tài)氨隨煙氣從脫硫裝置和煙囪排出而進(jìn)入大氣。盡管在氨法脫硫中所使用的脫硫劑為氨水，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，隨著脫硫塔內(nèi)溫度、液氣比、壓力、氨水用量及亞硫酸銨氧化效果的變化，尤其是當(dāng)塔內(nèi)溫度越高、液氣比越小、負(fù)壓越高、氨水用量越大、氧化風(fēng)量越小時(shí)，氨水和亞硫酸銨中的氨越容易揮發(fā)出來(lái)，和煙氣一道從脫硫裝置和煙囪排出，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的藍(lán)色煙羽和拖尾，久久難以消散。

氨逃逸的管控措施如下：

1）加強(qiáng)氨法脫硫裝置的運(yùn)行管理，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，確保指標(biāo)合格率達(dá)到99%以上。

2）嚴(yán)格控制液氣比在工藝指標(biāo)控制范圍內(nèi)，一般為 5～7。

3）脫硫塔溫度的高低主要取決于脫硫塔入口的煙氣溫度，為減少氨的揮發(fā)，應(yīng)嚴(yán)格控制入口煙氣溫度在130～140 ℃，禁止超過(guò)150 ℃；同時(shí)，嚴(yán)格控制其出口煙氣溫度在50 ℃以下。

4） 控 制 排 放 尾 氣 的ρ（SO2）在 20～35 mg/m3。SO2排放濃度控制越低，氨水用量越大，則氨的揮發(fā)性越強(qiáng)，尤其是當(dāng)排放尾氣的ρ（SO2）降為0時(shí)，氨水達(dá)到過(guò)飽和，其揮發(fā)量很大。陜西省發(fā)布的DB61/1226—2018規(guī)定SO2質(zhì)量濃度排放限值為35 mg/m3，將排放尾氣的ρ（SO2）控制在 20～35 mg/m3有利于控制氨逃逸和消耗成本。

5）保持氧化風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，保證風(fēng)管、過(guò)濾器和噴槍暢通，以提供穩(wěn)定的風(fēng)壓和充足的風(fēng)量。當(dāng)3×260 t/h鍋爐2開1備運(yùn)行時(shí)，其風(fēng)量應(yīng)保持在6 800 m3/h以上。

6）采取雙塔流程、選擇合適的加氨位置、在脫硫塔頂部設(shè)置水噴淋設(shè)施等措施，均可有效防止氨逃逸。企業(yè)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行技術(shù)改造，最終使氨逃逸處于可控狀態(tài)。

7）DB61/1226—2018中未對(duì)氨的排放濃度進(jìn)行規(guī)定，而GB 31573—2015《無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定氨的排放濃度限值為20 mg/m3，企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行GB 31573—2015的規(guī)定。

3.3 氣溶膠現(xiàn)象及其管控措施

通常，氨逃逸和氣溶膠是同時(shí)存在的。氣溶膠是在氨法脫硫過(guò)程中，受限于一定的氣相條件，SO2和氨反應(yīng)生成的極其細(xì)小的亞硫酸銨和硫酸銨等固體的微粒，不能被除霧器除去而懸浮在煙氣中，最終排放至大氣。氣溶膠現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，同樣會(huì)形成白色煙羽和拖尾，甚至在煙囪周邊下“硫銨雨”。

預(yù)防和減輕氣溶膠現(xiàn)象的有效措施如下：

1）降低脫硫塔內(nèi)氣相中氨濃度，是減少氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象的有效手段，故應(yīng)嚴(yán)格控制液氣比，使液氣比保持在指標(biāo)上限。

2）脫硫系統(tǒng)負(fù)壓越高，氨水及其夾帶的亞硫酸銨和硫酸銨的蒸發(fā)量就越大，故應(yīng)將負(fù)壓控制在100 Pa以內(nèi)。

3）在確保煙氣SO2濃度達(dá)標(biāo)排放的前提下，嚴(yán)格控制脫硫塔內(nèi)硫酸銨溶液的pH值不高于5.2，并盡可能控制得低一些。硫酸銨溶液的pH值為3.8～4.2時(shí)，可基本消除氣溶膠現(xiàn)象。

4）當(dāng)煙氣中粉塵濃度較高時(shí)，脫硫后的煙氣中未除去的粉塵為亞硫酸銨和硫酸銨提供了懸浮載體，易于形成和加劇氣溶膠現(xiàn)象，故應(yīng)嚴(yán)格控制脫硫塔入口的粉塵（ρ）不高于10 mg/m3。

5）脫硫塔頂部設(shè)置除霧器可有效降低煙氣中亞硫酸銨和硫酸銨的濃度，減少氣溶膠的排放量，故應(yīng)保持除霧器良好運(yùn)行，防止煙氣短路[2]。

6）在脫硫塔后增加冷卻器和靜電除塵器，可除去煙氣中殘留的硫酸銨氣溶膠顆粒，改善排煙質(zhì)量，杜絕出現(xiàn)氣溶膠現(xiàn)象，是目前國(guó)內(nèi)普遍采取的消除有色煙羽技術(shù)，應(yīng)大力推廣和應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

氨法脫硫技術(shù)既具有附加值高、市場(chǎng)需求大的硫酸銨產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，又具有脫硫效率高、系統(tǒng)阻力小、自動(dòng)化和國(guó)產(chǎn)化程度高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；既具有不排放CO2、不產(chǎn)生二次污染的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，又具有變廢為寶、可再生利用硫和氨的資源優(yōu)勢(shì)。氨法脫硫技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在化害為利，低碳環(huán)保，可再生利用硫、氨資源，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)、永續(xù)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略，有利于2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的國(guó)家目標(biāo)。同時(shí)，氨法脫硫技術(shù)也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，還存在氨逃逸和氣溶膠現(xiàn)象，但通過(guò)強(qiáng)化過(guò)程管理、嚴(yán)控工藝指標(biāo)、實(shí)施技術(shù)改造等措施，均可使其處于可控狀態(tài)，從而達(dá)到生態(tài)環(huán)保和安全生產(chǎn)的目的。為了更好地發(fā)揮煙氣氨法脫硫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，筆者提出以下建議：

1）合成氨、尿素、氮肥和煤化工等企業(yè)，應(yīng)充分發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢(shì)，充分利用廉價(jià)的廢氨水、尿素廢液等作為脫硫劑，洗滌和吸收燃煤鍋爐煙氣的有害成分SO2，變雙廢為雙寶，以再生利用氮、硫資源，實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化[3]。

2）在制定、修訂標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時(shí)，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，設(shè)定更嚴(yán)格的碳排放和氨排放指標(biāo)，重點(diǎn)控制和杜絕脫硫裝置CO2亂排亂放現(xiàn)象，限制、淘汰非生態(tài)環(huán)保型和非資源利用型的脫硫技術(shù)，以確保早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)。

3）加大政策扶持力度，推動(dòng)氨法脫硫技術(shù)持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)技術(shù)升級(jí)和提標(biāo)改造；在鞏固好超低排放的基礎(chǔ)上，最終實(shí)現(xiàn)煙氣超凈排放，以適應(yīng)國(guó)家日趨嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)提升和生態(tài)環(huán)保要求。