氨法脫硫技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣減排中的高效運(yùn)用

孫 偉

（中海石油天野化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

氨法脫硫技術(shù)主要是通過(guò)濕法回收煙氣中的硫，氨法脫硫技術(shù)的吸收劑主要是利用氨或者氨水，對(duì)于煙氣中的二氧化硫氣體實(shí)施洗滌和吸收。氨法脫硫技術(shù)具有較快的反應(yīng)速率，吸收劑的利用率也非常高，而且可以利用副產(chǎn)物，因此需要在燃煤鍋爐煙氣減排中高效利用氨法脫硫技術(shù)，并且結(jié)合實(shí)際情況不斷完善和優(yōu)化氨法脫硫裝置，優(yōu)化氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 氨法脫硫技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)

1.1 脫硫產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

（1）用作肥料。氨法脫硫裝置在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫酸銨，可以作為優(yōu)質(zhì)的氮肥和硫肥，可以為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供氮元素和硫元素等，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。硫酸銨具有較小的吸濕性，因此不容易結(jié)塊，具有顯著的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，水溶液具有酸性特點(diǎn)，可以應(yīng)用于堿性土壤和碳質(zhì)土壤中。硫酸銨可以作為基肥和追肥以及種肥，因?yàn)榈枯^低，因此單位面積使用量較大。作為硫肥的過(guò)程中，可以改善土壤硫需求，可以為農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程提供養(yǎng)分。利用硫酸銨可以促進(jìn)農(nóng)作物枝葉生長(zhǎng)，同時(shí)可以提高農(nóng)作物的抗病蟲(chóng)害能力，保障農(nóng)作物的產(chǎn)量。

（2）用于工業(yè)生產(chǎn)。硫酸銨是一種粉狀的結(jié)晶體，并沒(méi)有特殊的氣味和色彩，如果溫度超過(guò)280℃，硫酸銨將會(huì)產(chǎn)生氨氣，加熱溫度超過(guò)513℃，可以安全分解為氨氣、氮?dú)庖约岸趸虻?。硫酸銨不僅可以作為肥料，而且可以在放置盒醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中利用。

（3）產(chǎn)品價(jià)值較高。氨法脫硫裝置產(chǎn)生的硫酸銨具有較高的價(jià)值，因此利用氨法脫硫技術(shù)的過(guò)程中，不僅需要充分利用氨資源，而且產(chǎn)生的硫酸銨具有較高的市場(chǎng)價(jià)格，可以高效回收硫資源，可以增加含有二氧化硫的廢氣價(jià)值。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）脫硫裝置阻力較小。在氨法脫硫過(guò)程中，氨具有較高的活性，可以快速和煙氣二氧化硫產(chǎn)生反應(yīng)，對(duì)比常規(guī)濕法脫硫技術(shù)，氨法脫硫的液氣比更低，因此降低了脫硫塔的阻力。在蒸汽加熱設(shè)備安裝過(guò)程中，脫硫系統(tǒng)的總阻力在1.2kPa范圍內(nèi)。

（2）脫硫效率較高。在氨法脫硫過(guò)程中利用的脫硫劑主要是氨水，氨水具有較高的反應(yīng)活性。在煙氣二氧化硫吸收階段，氣液接觸反應(yīng)之后，將會(huì)提高整體化學(xué)反應(yīng)效率，可以推動(dòng)NH3和SO2反應(yīng)，原煙氣中二氧化硫濃度和煙氣流速不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，可以保障脫硫效率超過(guò)98%。

（3）自動(dòng)化程度較高。氨法脫硫控制系統(tǒng)中利用分散控制系統(tǒng)，其中包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模擬量控制系統(tǒng)以及順序控制系統(tǒng)等，具有較高的自動(dòng)化程度，可以滿足氨法脫硫需求，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控全過(guò)程的控制點(diǎn)。如果裝置設(shè)備產(chǎn)生問(wèn)題，控制系統(tǒng)可以立即報(bào)警，保障整個(gè)脫硫裝置的可靠性和安全性。在氨法脫硫過(guò)程中，原料氨和生成物等會(huì)溶入水中，因此不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢和堵塞等問(wèn)題，有利于開(kāi)展自動(dòng)化控制工作，整體工作操作也非常簡(jiǎn)單。

（4）占地面積比較小。氨法脫硫裝置簡(jiǎn)化了原料預(yù)處理工序，可以直接利用氨水，或者一些液氨儲(chǔ)罐安裝了氨水配置槽，并且可以忽視配置槽的占地面積。對(duì)比其他脫硫技術(shù)，利用氨法脫硫技術(shù)可以節(jié)省占地面積30%～50%。

1.3 環(huán)保優(yōu)勢(shì)

（1）可以超低排放煙氣二氧化硫。我國(guó)近些年要求改造鍋爐煙氣處理裝置，可以超低排放二氧化硫。利用氨法脫硫技術(shù)可以滿足二氧化硫超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）不會(huì)產(chǎn)生二次污染。利用氨法脫硫技術(shù)的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢氣和廢水，因此減少了二次污染問(wèn)題。氨法脫硫技術(shù)的不會(huì)排放較多的尾氣，而且二氧化硫濃度較低，并且不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，不會(huì)污染大氣環(huán)境。利用氨法脫硫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)廢水排放的目標(biāo)，而且可以向脫硫塔中返回工藝水實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，無(wú)需利用專(zhuān)門(mén)處理措施。硫酸銨溶液脫泥工序中會(huì)產(chǎn)生一些灰泥，可以和爐渣共同處理，避免造成二次污染。

1.4 資源利用優(yōu)勢(shì)

（1）回收利用硫資源。利用氨法脫硫技術(shù)可以轉(zhuǎn)換二氧化硫廢氣為硫酸銨，有利于實(shí)現(xiàn)硫資源回收目標(biāo)。我國(guó)急需擺脫資源緊缺現(xiàn)狀，避免過(guò)于依賴進(jìn)口獲取硫資源。通過(guò)推出環(huán)保政策，處理煤和石油等中的雜質(zhì)硫，可以獲得硫磺和硫酸等產(chǎn)品，其中硫資源回收利用中，氨法脫硫技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

（2）充分利用氨資源。在氨法脫硫裝置運(yùn)行過(guò)程中，氨屬于重要的脫硫劑，將煙氣中的二氧化硫脫除后將會(huì)產(chǎn)生硫酸銨，可以作為化肥產(chǎn)品，有利于高效利用氨。如果脫硝裝置脫硝水平較低，還可以發(fā)揮出脫硫塔的二次脫硝作用，可以降低煙氣NOx排放濃度。如果脫硝裝置逃逸氨，可以利用脫硫裝置繼續(xù)吸收NH3，高效利用氨法脫硫裝置的氨。

2 氨法脫硫技術(shù)流程概述

2.1 氨法脫硫技術(shù)的化學(xué)原理

氨法脫硫裝置利用氨水作為脫硫劑，在脫硫塔循環(huán)液中補(bǔ)充，控制循環(huán)液的pH在5～6。在脫硫塔中進(jìn)行反應(yīng)會(huì)形成不同類(lèi)型的溶液。融入壓縮空氣之后，在脫硫塔將漿液段壓縮空氣和亞硫酸銨之間進(jìn)行反應(yīng)，最終形成硫酸銨溶液。濃縮塔中輸入產(chǎn)生的硫酸銨溶液，需要通過(guò)高溫壓縮溶液，再利用旋流濃縮、分離以及干燥等措施，最終獲得硫酸銨產(chǎn)品[1]。

2.2 氨法脫硫工藝流程

2.2.1 雙塔脫硫工藝

（1）濃縮流程。將鍋爐煙氣引入到濃縮塔中，煙氣和濃縮循環(huán)液接觸后，可以利用煙氣的熱量壓縮液體，進(jìn)一步提高融合的飽和度，漿液濃縮之后送入到硫酸鹽處理環(huán)節(jié)中，可以因此產(chǎn)生硫酸銨化肥。經(jīng)過(guò)脫離塔氧化處理之后將會(huì)產(chǎn)生硫酸銨漿液，可以用于補(bǔ)充濃縮循環(huán)液。

（2）脫硫塔。脫硫塔內(nèi)部存在隔斷板，上段是洗滌段，中段為脫硫段，下段為脫硫漿液段，頂部還設(shè)置了煙囪[2]。

（3）洗滌流程。煙氣經(jīng)過(guò)脫硫處理之后，可以向洗滌段引入煙氣，利用循環(huán)洗滌水可以有效處理煙氣中的粉塵，利用高效屋脊除霧器處理洗滌的煙氣，將霧滴去除后，在塔頂煙囪中直接排放。在隔斷板處向塔外的循環(huán)洗滌槽中排入洗滌循環(huán)水，優(yōu)化整體洗滌效果[3]。

（4）晶體分離。在硫酸銨稠厚器和離心機(jī)有序引入硫酸銨溶液，可以將硫酸銨晶體脫離，等到符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之后可以將濾液返回到濃縮塔中[4]。

2.2.2 雙塔工藝煙氣脫硫處理過(guò)程

在雙塔流程中，煙氣有序進(jìn)入到濃縮塔、脫硫塔中，整體系統(tǒng)的工作阻力較小，并且可以發(fā)揮出顯著的脫硫效果和除塵效果，在這一過(guò)程中不會(huì)耗費(fèi)較多的電能[5]。

2.2.3 可控制氧化率技術(shù)

該技術(shù)可以徹底分開(kāi)吸收液液和氧化液，氧化液可以保障氧化率在99.5%以上，而且可以合理控制吸收液的氧化率，以脫硫效率為前提，有利于降低吸收液pH，避免發(fā)生氨逃逸問(wèn)題，而且吸收液的氧化率比較低，可以突然向上波動(dòng)原煙氣參數(shù)，如果沒(méi)有及時(shí)跟上加氨調(diào)節(jié)工作，也不會(huì)影響到污染物的濃度，保障二氧化硫排放符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.4 液力噴射攪拌技術(shù)

通過(guò)利用液力噴射攪拌技術(shù)，在常規(guī)氣流攪拌階段，會(huì)引發(fā)泵氣蝕和管道振動(dòng)等問(wèn)題，在塔界面覆蓋噴射液力攪拌，避免產(chǎn)生沉積問(wèn)題，集料不會(huì)沉積在塔底，否則將會(huì)堵塞循環(huán)泵，不利于發(fā)揮出過(guò)濾器的作用[6]。

3 燃煤鍋爐煙氣減排中常用的氨法脫硫技術(shù)

3.1 電子束氨法脫硫

利用電子束氨法脫硫，煙氣有序經(jīng)過(guò)除塵器后被引入到冷卻塔中，利用冷卻塔的冷卻水，可以實(shí)現(xiàn)降低燃煤鍋爐煙氣的溫度，同時(shí)可以提高煙氣的濕度，隨后利用反應(yīng)器的輻照處理，噴入氨之后利用電子束，推動(dòng)煙氣和氨之間充分反應(yīng)，最終生產(chǎn)硫酸銨和硝酸銨。完成所有的處理措施之后，在副產(chǎn)品收集裝置中輸送煙氣，復(fù)查收集裝置，可以收集其余的硫酸銨和硝酸銨，最后利用煙囪排除處理之后的煙氣。

3.2 NKK氨法脫硫技術(shù)

NKK氨法脫硫技術(shù)最早是利用NH3作為吸收劑，可以脫硫處理尾氣。利用NKK氨法脫硫技術(shù)的過(guò)程中，首先引出燃煤鍋爐的煙氣，利用脫硫風(fēng)機(jī)增壓之后，可以在吸收塔中引入煙氣，在吸收塔中可以利用除塵降溫工作，隨后加入吸收劑，可以第二次吸收燃煤鍋爐的煙氣，只是加入工藝水，經(jīng)過(guò)吸收處理之后，利用加熱器升溫?zé)煔?，最后通過(guò)煙囪排除[8]。

3.3 NADS氨法工藝

NADS氨法工藝主要是利用氨吸收煙氣中的二氧化硫，從而形成亞硫酸氫銨和亞硫酸銨，并且根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求等合理回收氨法脫硫裝置的產(chǎn)物，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

4 氨法脫硫技術(shù)暴露的問(wèn)題和原因

4.1 脫硫塔濃縮段

（1）噴淋層嚴(yán)重沖刷塔壁。塔壁出現(xiàn)了穿孔問(wèn)題，出現(xiàn)這一問(wèn)題是因?yàn)槊摿蛩饪s段噴淋層的最外側(cè)噴嘴和塔壁相距較近；設(shè)計(jì)人員在選擇噴嘴類(lèi)型的過(guò)程中，沒(méi)有分配選擇外側(cè)噴嘴和內(nèi)圈噴嘴的型號(hào)，普遍利用120°空心錐切線型噴嘴；沒(méi)有防沖刷處理脫硫塔濃縮段噴淋層下方塔壁內(nèi)，主要是利用3mm厚的玻璃鱗片開(kāi)展防腐處理。

（2）濃縮循環(huán)泵葉輪嚴(yán)重磨損。嚴(yán)重腐蝕濃縮循環(huán)泵葉輪之后，將會(huì)顯著降低流量和揚(yáng)程。這是因?yàn)闆](méi)有在濃縮循環(huán)泵葉輪表面設(shè)置耐磨涂層?；蛘咴趯?shí)際操作過(guò)程中，濃縮循環(huán)液固含量超過(guò)35%之后，才向處理系統(tǒng)中輸送漿液，提高了漿液中的固含量，嚴(yán)重磨蝕葉輪。

（3）硫酸銨母液氧化率較低。去除硫酸銨之后，處理系統(tǒng)硫酸銨母液氧化率較低，這是因?yàn)樵谘b置運(yùn)行過(guò)程中，濃縮段漿液pH在5～6，整體pH偏高，濃縮段漿液吸收煙氣中的二氧化硫，從而形成亞硫酸根，但是因?yàn)槿狈ρ趸諝饬?，一些亞硫酸根沒(méi)有被氧化，導(dǎo)致硫酸銨母液氧化率低于工作標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 脫硫塔氧化和吸收段

（1）吸收液氧化率較低。通常情況下吸收液的氧化率在96%左右，但是鍋爐燃燒的煤質(zhì)硫含量超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后，將會(huì)降低裝置吸收液的氧化率在90%范圍內(nèi)。這是當(dāng)前主要是利用孔管形式的氧化空氣分布管，為了避免堵塞分布孔，將會(huì)擴(kuò)大氧化空氣分布管的孔徑，并且在塔底設(shè)置氧化槽無(wú)氧化空氣再分布設(shè)施，導(dǎo)致氧化空氣氣泡在分布孔逸出之后，迅速抬升，降低了氣液接觸面積，同時(shí)會(huì)降低氧化空氣利用率。

（2）二氧化硫吸收率不穩(wěn)定。吸收段二氧化硫吸收率不穩(wěn)定，而且還存在超標(biāo)問(wèn)題、這是因?yàn)樵斩蔚膰娏軐影▋蓪?，煙氣?jīng)過(guò)吸收噴淋層之后，因?yàn)楫愇锒氯糠謬婎^，導(dǎo)致煙氣只能經(jīng)過(guò)一層噴淋液，煙氣中二氧化硫濃度非常高。

4.3 脫硫塔水洗和除霧段

（1）水洗噴淋液濃度較高。水洗噴淋液濃度較高，這是因?yàn)槊摿蛩到y(tǒng)沖洗水利用工藝水，整體補(bǔ)水液比較少，吸收段吸收的二氧化硫需要在水洗段進(jìn)一步吸收富集。

（2）電除霧器運(yùn)行效果不理想。電除霧器的除霧效率為60%，不利于保障煙氣均布效果。

5 氨法脫硫技術(shù)改進(jìn)措施

5.1 改造濃縮段

重新選擇濃縮段噴淋層的噴嘴，并且在濃縮段噴淋層下方塔壁內(nèi)襯設(shè)置護(hù)板，避免噴淋液沖刷塔壁。及時(shí)更新濃縮循環(huán)泵，并且選用閉式葉輪，葉輪上要設(shè)置耐磨涂層，選用六級(jí)的電動(dòng)機(jī)，降低葉輪轉(zhuǎn)速，同時(shí)增設(shè)塔壁沖洗水環(huán)管，并且要定期沖洗塔壁。

5.2 改造氧化和吸收段

為了提高氧化效率，減少氧化空氣使用量，可以分層控制氧化段的pH，在氧化段需要設(shè)置兩層的分布篩板。因?yàn)槊摿蛩斩蔚膰娏芤簹獗容^小，吸收能力有待提高，需要增設(shè)循環(huán)泵和噴淋層，增加總循環(huán)噴淋量，利用三用一備的吸收段循環(huán)泵運(yùn)行模式。

5.3 改造水系和除霧段

通過(guò)更新水系循環(huán)泵，可以增大噴淋量，在脫硫系統(tǒng)沖洗中利用水循環(huán)液。合理減小水洗層填料厚度，同時(shí)整下下移水洗噴淋層和支撐梁，將原水洗噴淋層更換，合理增加噴嘴的數(shù)量，因此提高噴淋的覆蓋率。將原有的電除霧底部填料取消，并且在電除霧器的入口設(shè)置氣流均布導(dǎo)流板。

6 氨法脫硫技術(shù)應(yīng)用前景

當(dāng)前我國(guó)利用的鈣法脫硫主要是在國(guó)外引進(jìn)，需要支付高昂的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)和技術(shù)使用費(fèi)，而且通常是在多家企業(yè)引進(jìn)同一技術(shù)。因?yàn)闅馊苣z和氨損以及氯離子富集等問(wèn)題，影響到氨法脫硫技術(shù)的發(fā)展。不斷發(fā)展氨法脫硫技術(shù)，可以推進(jìn)氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用，改變鈣法壟斷的局面，可以保障我國(guó)氨法脫硫技術(shù)的多元化發(fā)展。我國(guó)擁有氨法脫硫技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可以節(jié)省整體投資，而且占地面積比較小，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程非常簡(jiǎn)單，不僅可以脫硫還可以脫硝，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染，整體運(yùn)行費(fèi)用比較低，副產(chǎn)物還具有較高的應(yīng)用價(jià)值，有利于改造老舊鍋爐，因此在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中我國(guó)需要全面推廣氨法脫硫技術(shù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

分析了氨法脫硫技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣減排中的應(yīng)用，提出針對(duì)性的應(yīng)用流程和應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于實(shí)際工作起到參考作用，實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐煙氣減排的目標(biāo)，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)健康發(fā)展。