天虹環(huán)保氨法脫硫工藝
來源： 閱讀：3759 更新時間：2011-08-26 11:09目前國家在大力的倡導(dǎo)支持發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，我公司在燒結(jié)機(jī)脫硫領(lǐng)域開始推廣氨法脫硫工藝，F(xiàn)對氨法脫硫工藝進(jìn)行簡單的闡述：
1、 氨法脫硫的發(fā)展歷史
70年代初，日本與意大利等國開始研制氨法脫硫工藝并相繼獲得成功。氨法脫硫工藝主體部分屬化肥工業(yè)范籌，對電力企業(yè)而言比較陌生，這是氨法脫硫技術(shù)未得到廣泛應(yīng)用的主要因素。隨著合成氨工業(yè)的不斷發(fā)展以及廠家對氨法脫硫工藝自身的不斷完善和改進(jìn)，進(jìn)入90年代后，氨法脫硫工藝漸漸得到了應(yīng)用。
國外研究氨法脫硫技術(shù)的企業(yè)主要有：美國：GE、Marsulex、Pircon、Babcock & Wilcox；德國：Lentjes Bischoff、Krupp Koppers；日本：NKK、IHI、千代田、住友、三菱、荏原；等等。不同工藝的氨法脫硫自20世紀(jì)80-90年代開始應(yīng)用，日本NKK（日本鋼管公司）在70年代中期建成了200MW和300MW兩套機(jī)組，目前已累計(jì)運(yùn)行二十多年。美國GE（通用環(huán)境系統(tǒng)公司）于1990年開始建成了多個大型示范裝置，規(guī)模從50MW至300MW。德國Krupp Koppers（德國克虜伯公司）也于1989年在德國建成65MW示范裝置，目前已累計(jì)運(yùn)行十多年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界目前使用氨法脫硫的機(jī)組大約在10000MW左右。
但是，氨法脫硫技術(shù)長時間存在著氣溶膠、氨損、副產(chǎn)品穩(wěn)定性的問題，加上氨法起步晚、業(yè)績少，這些都是制約氨法在煙氣脫硫上推廣的因素，一直沒有被企業(yè)和環(huán)保部門完全接受。1995年國家計(jì)委和科技部將氨法脫硫技術(shù)作為國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目并列入"十五"863項(xiàng)目，經(jīng)過一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的多年煙法和工業(yè)試驗(yàn)，逐漸形成了適合我國國情的氨回收法脫硫技術(shù)并樹立了工程業(yè)績。
2、 氨法分類及各類氨法簡介
氨法脫硫工藝皆是根據(jù)氨與SO2、水反應(yīng)成脫硫產(chǎn)物的基本機(jī)理而進(jìn)行的，主要有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡易氨法等。
2.1 電子束氨法（EBA法）與脈沖電暈氨法（PPCP法）
電子束氨法與脈沖電暈氨法分別是用電子束和脈沖電暈照射噴入水和氨的、已降溫至70℃左右的煙氣，在強(qiáng)電場作用下，部分煙氣分子電離，成為高能電子，高能電子激活、裂解、電離其他煙氣分子，產(chǎn)生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里，煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情況下生成（NH4）2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器的電場本身同時具有除塵功能。這兩種氨法大的能耗和低的效率尚要改進(jìn)，同時設(shè)備容易阻塞，主要設(shè)備如大功率的電子束加速器和脈沖電暈發(fā)生裝置還在研制階段。
2.2 簡易氨法
簡易氨法已商業(yè)化的有TS、PS氨法脫硫工藝等，主要利用氣相條件下的H2O、NH3與SO2間的快速反應(yīng)設(shè)計(jì)的簡易反應(yīng)裝置，嚴(yán)格地講簡易氨法是一種不回收的氨法，其脫硫產(chǎn)物大部分是氣溶膠狀態(tài)的不穩(wěn)定的亞銨鹽，回收十分困難，氨法的經(jīng)濟(jì)性不能體現(xiàn)；且脫硫產(chǎn)物隨煙氣排空后又會有部分分解出SO2，形成二次污染。所以，該工藝只能用在環(huán)保要求低、有廢氨水來源、不要求長期運(yùn)行的裝置上。
2.3 濕式氨法
濕式氨法是目前較成熟的、已工業(yè)化的氨法脫硫工藝，并且濕式氨法既脫硫又脫氮。濕式氨法工藝過程一般分成三大步驟：脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。根據(jù)過程和副產(chǎn)物的不同，濕式氨法又可分為氨-肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等。其中氨-肥法又可根據(jù)附產(chǎn)物不同分為氨-硫酸銨肥法和氨-磷酸銨肥法，本文詳述的氨-肥法特指附產(chǎn)物為硫酸銨肥。
濕法氨水脫硫工藝最早是由克盧伯（krupp kroppers）公司開發(fā)于七八十年代的氨法Walther工藝。傳統(tǒng)的氨法工藝遇到的主要問題之一是凈化后的煙氣中存在氣溶膠問題沒得到解決。能捷斯-比曉夫公司對傳統(tǒng)氨法進(jìn)行了改造和完善為氨法AMASOX工藝。90年代，美國的GE公司也開發(fā)了氨法GE工藝，并在威斯康辛州的kenosha電廠建一個500MW的工業(yè)性示范裝置。之后日本鋼管公司又開發(fā)了氨法NKK工藝。
3、 我公司氨法煙氣脫硫的原理和工藝流程
3.1 工藝原理
以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：
SO2＋H2O＋XNH3 = (NH4) XH2－XSO3 （1）
得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品，亞硫酸銨再進(jìn)行氧化：
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-X)NH3=(NH4)2 SO4 （2）
3.2 工藝流程
系統(tǒng)主機(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。
3.3系統(tǒng)設(shè)備主要包括：
吸收塔、增壓風(fēng)機(jī)、煙氣再熱器、循環(huán)泵、循環(huán)槽、氧化風(fēng)機(jī)、吸收劑儲槽、結(jié)晶
設(shè)備、過濾設(shè)備、分離設(shè)備、干燥設(shè)備、包裝設(shè)備等
4、我公司氨回收法煙氣脫硫技術(shù)解決的技術(shù)難點(diǎn)
4.1 反應(yīng)條件
我公司氨回收法脫硫反應(yīng)是典型的氣-液兩相過程，SO2吸收是受氣膜傳質(zhì)控制的，所以該反應(yīng)須保證SO2在脫硫溶液中有較高的溶解度和相對高的氣速。SO2溶解度隨PH值降低、溫度的升高而下降，故正常要求吸收液PH值控制在4.0-8.0、反應(yīng)溫度控制在60-70℃左右。而反應(yīng)段的氣速一般控制在4m/s以上。這樣的控制條件才能保證脫硫效率高于90%。
4.2 降低氨損
我公司氨回收法脫硫技術(shù)因脫硫劑為價格較高的氨，其裝置的經(jīng)濟(jì)性必須建立在氨回收的基礎(chǔ)上，氨損問題曾經(jīng)是困擾氨法脫硫技術(shù)發(fā)展的重要因素。為降低氨損，人們發(fā)明了多級洗滌、濕式電除塵器收集等方法，但基本皆從氨霧形成后的補(bǔ)救上做文章，從而使運(yùn)行的成本和投資大幅度上升。我公司氨回收法脫硫技術(shù)從降低氨損的根源上進(jìn)行了改進(jìn)，嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度在60-70℃左右和吸收液的成份，消除了氨霧形成的條件，經(jīng)濟(jì)地解決了氨損難題。運(yùn)行中凈化后的煙氣中氨含量在10mg/Nm3以下，折氨損小于0.19%。
4.3 亞銨氧化
脫硫的中間產(chǎn)品亞銨鹽的氧化也是關(guān)系氨法脫硫裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵，以往有加壓氧化、催化氧化等方法，皆需另建一套氧化裝置，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用難以下降。我公司氨回收法脫硫技術(shù)利用多功能塔，巧妙地作了工藝調(diào)整，在塔內(nèi)布置了充分利用煙氣進(jìn)行氧化的自然氧化部分和輔助以空氣進(jìn)行強(qiáng)制氧化部分，使出塔的氧化率達(dá)99%。
5、 副產(chǎn)品硫酸銨的質(zhì)量
副產(chǎn)品為農(nóng)用硫酸銨，產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)GB535-1995一級品標(biāo)準(zhǔn)。各項(xiàng)指標(biāo)見下表：
副產(chǎn)硫酸銨質(zhì)量指標(biāo)
外觀 無可見機(jī)械雜質(zhì) 淺黃色晶體，無可見機(jī)械雜質(zhì)
氮（N）含量（以干基計(jì)）≥ 21.0 21.16
水分（H2O）≤ 0.3 0.07
游離酸（H2SO4）含量，≤ 0.05 0.03
6、 我公司氨回收法脫硫技術(shù)特點(diǎn)
6.1 完全資源化--變廢為寶、化害為利
我公司氨回收法脫硫技術(shù)將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨化肥（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)生任何廢水、廢液和廢渣二次污染，是一項(xiàng)真正意義上的將污染物全部資源化并且符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求的技術(shù)。
6.2 脫硫副產(chǎn)物價值高
因?yàn)槲夜景狈摿蚴腔厥辗，副產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，可使氨增值，所以氨法脫硫的運(yùn)行費(fèi)用小，煤中含硫量愈高，運(yùn)行費(fèi)用愈低。故電廠可利用價格低廉的高硫煤，既大幅度降低發(fā)電成本，又降低了脫硫費(fèi)用，一舉兩得。原料來自于化肥產(chǎn)品又回到化肥，既不影響化肥的總量供應(yīng)又改善了國內(nèi)化肥品種的結(jié)構(gòu)。依托我國龐大的化肥工業(yè)、化害為利，同時促進(jìn)了我國煤炭、電力和化肥工業(yè)的長期發(fā)展。我公司氨回收法脫硫裝置的運(yùn)行過程即是硫酸銨的生產(chǎn)過程，每吸收1噸二氧化硫需消耗0.5噸氨并可生產(chǎn)2噸硫酸銨，按照常規(guī)價格液氨2000元/噸、硫酸銨700元/噸，則煙氣中的二氧化硫體現(xiàn)了約400元/噸的價值。
6.3 裝置阻力小--方便系統(tǒng)配置，節(jié)省運(yùn)行電耗
利用氨法脫硫的高活性，液氣比較常規(guī)濕法脫硫技術(shù)降低，脫硫塔的阻力僅為850Pa左右，無加熱裝置時包括煙道等阻力脫硫島總阻力在1000Pa左右；配蒸汽加熱器時脫硫島的總設(shè)計(jì)阻力也僅在1250Pa左右。因此，氨法脫硫裝置可以利用原系統(tǒng)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，循環(huán)泵的功耗降低了近70%。
6.4 脫硫裝置可靠--運(yùn)行方便、高效、脫硫效率高
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)PLC、DCS等自動控制，操作控制簡單易行；脫硫效率可穩(wěn)定在90%以上（有特別要求時可穩(wěn)定在95%以上）。其次，氨法采用了先進(jìn)的重防腐技術(shù)，并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，且節(jié)約維修費(fèi)用。
6.5 裝置設(shè)備占地小
氨法脫硫裝置無需原料預(yù)處理工序，脫硫副產(chǎn)物的生產(chǎn)過程相對也較簡單，裝置總配置的設(shè)備在30臺套左右；且處理量較少（每吸收1噸二氧化硫產(chǎn)生2噸的硫酸銨），設(shè)備選型無需太大。脫硫部分的設(shè)備占地與主系統(tǒng)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煙氣的含硫量有關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不大，整個硫銨工序正常占地在500m2內(nèi)。與鈣法脫硫技術(shù)比較，占地節(jié)省50%以上。
6.6 既脫硫又脫硝--適應(yīng)環(huán)保更高要求
氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對NOX同樣有吸收作用。另外脫硫過程中形成的亞硫銨對NOX還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時也可實(shí)現(xiàn)脫硝的目的，減輕溫室效應(yīng)。鈣法每處理1噸二氧化硫要排放0．7噸二氧化碳，天津堿廠環(huán)保實(shí)測數(shù)據(jù)氮氧化物去除率為22.3% 。
6.7 自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)—符合國情、適合全面推廣
我公司氨回收法煙氣脫硫技術(shù)是擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硫技術(shù)，因此投資更少、從長遠(yuǎn)角度更有利于在我國長期和全面推廣。目前在我國脫硫領(lǐng)域普遍使用的鈣法基本上都是從國外引進(jìn)，不但要支付較高的先期技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)和項(xiàng)目實(shí)施時的技術(shù)使用費(fèi)，而且目前常常是多家國內(nèi)脫硫公司引進(jìn)同一種技術(shù)，這種狀態(tài)嚴(yán)重影響我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施。在2004年底國家環(huán)保局、國家發(fā)改委和中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會共同主辦的第三屆全國脫硫工程技術(shù)研討會上把"缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫工藝技術(shù)和設(shè)備制造技術(shù)"列為脫硫行業(yè)發(fā)展中存在的首要問題
