氨法脫硫工藝介紹
隨著經濟的發(fā)展、社會的進步和人們環(huán)保意識的增強，工業(yè)煙氣脫除SO2日益受到重視。由于歷史的原因，目前主流的脫硫技術仍為鈣法，但鈣法脫硫的二次污染、運行不經濟等問題日益顯現(xiàn)出來，于是，氨法脫硫技術逐漸受到關注，許多的企業(yè)、研究單位對氨法脫硫技術的前景作出了樂觀的評價。
國內已成功地在60MW機組煙氣脫硫工程上使用了氨法，其各項經濟技術指標居脫硫業(yè)的領先水平。
由于氨法脫硫工藝自身的一些特點，可充分利用我國廣泛的氨源生產需求大的肥料，并且氨法脫硫工藝在脫硫的同時又可脫氮，是一項較適應中國國情的脫硫技術。為幫助大家全面了解氨法，本文對氨法脫硫技術的發(fā)展、機理和不同技術的特點進行簡述，并側重介紹濕式回收法氨法脫硫技術。
1、氨法脫硫技術概況
1.1 氨法脫硫工藝特點
氨法脫硫工藝是采用氨作為吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝。氨法脫硫工藝具有很多特點。氨是一種良好的堿性吸收劑，氨的堿性強于鈣基吸收劑；而且氨吸收煙氣中SO2是氣-液或氣-氣反應，反應速度快、反應完全、吸收劑利用率高，可以做到很高的脫硫效率，相對于鈣基脫硫工藝來說系統(tǒng)簡單、設備體積小、能耗低。另外，其脫硫副產品硫酸銨是一種常用的化肥，副產品的銷售收入能大幅度降低運行成本。
1.2 氨法脫硫的發(fā)展
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，這對電力企業(yè)而言較陌生，是氨法脫硫技術未得到廣泛應用的最大因素，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，進入90年代后，氨法脫硫工藝漸漸得到了應用。
國外研究氨法脫硫技術的企業(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。
國內目前成功的濕式氨法脫硫裝置大多從硫酸尾氣治理技術中發(fā)展而來，主要的技術商有江南環(huán)保工程建設有限公司、華東理工大學等，現(xiàn)國內濕式氨法脫硫最大的業(yè)績是天津永利電力公司的60MW機組的煙氣脫硫裝置。
近來出現(xiàn)的磷銨法、電子束法、脈沖電暈放電等離子體法等煙氣脫硫脫硝技術皆是氨法的演變與發(fā)展，改進之處在于降低水耗、改進氧化及后處理、降低裝置壓降、提高脫硝能力等方面，以求使氨法煙氣脫硫技術更加經濟更加適應鍋爐的運行。
2、氨法脫硫的技術原理
氨法脫硫工藝皆是根據(jù)氨與SO2、水反應成脫硫產物的基本機理而進行的，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，產生·OH、·O、·HO2等多種活性粒子和自由基。在反應器里，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器的電場本身同時具有除塵功能。
這兩種氨法能耗和效率尚要改進，主要設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間的快速反應設計的簡易反應裝置，嚴格地講簡易氨法是一種不回收的氨法，其脫硫產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，氨法的經濟性不能體現(xiàn)；且脫硫產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、中間產品處理、副產品制造。根據(jù)過程和副產物的不同，濕式氨法又可分為氨-硫銨肥法、氨-磷銨肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等。
2.3.1 吸收過程：
脫硫吸收過程是氨法煙氣脫硫技術的核心，它以水溶液中的SO2和NH3的反應為基礎：
SO2＋H2O＋XNH3 = (NH4) XH2－XSO3 （1）
得到亞硫酸銨中間產品。其中，x=1.2－1.4。直接將亞銨制成產品即為亞硫酸銨法。
2.3.2 中間產品處理
中間產品的處理主要分為兩大類：直接氧化和酸解。
1）直接氧化——氨-硫銨肥法
在多功能脫硫塔中，鼓入空氣將亞硫銨氧化成硫銨，其反應為：
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2)
2）酸解——氨酸法
用硫酸、磷酸、硝酸等酸將脫硫產物亞硫銨酸解，生成相應的銨鹽和氣體二氧化硫。反應如下：
(NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O (3)
(NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O (4)
(NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4) 2HPO4+SO2+H2O (5)
2.3.3 副產品制造
中間產品經處理后形成了銨鹽及氣體二氧化硫。銨鹽送制肥裝置制成成品氮肥或復合肥；氣體二氧化硫既可制造液體二氧化硫又可送硫酸制酸裝置生產硫酸。而生產所得的硫酸又可用于生產磷酸、磷肥等。
2.4 濕式氨法的脫氮作用
濕式氨法在脫硫的同時又可起一定的脫氮作用。
反應式為：
2NO十02＝2N02
2N02十H20＝HN03 ＋ HN02
NH3＋ HN03 = HN4NO3+H2O
NH3＋ HN02 = HN4NO2+H2O
4（HN4）2SO3＋ 2N02 = N2 ＋4（HN4）2SO4
3、濕式氨法脫硫工藝系統(tǒng)一般組成
氨水洗滌脫硫工藝設備主要由脫硫洗滌系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、氨貯存系統(tǒng)、硫酸銨生產系統(tǒng)（若非氨-硫銨法則是于其工藝相對應的副產物制造系統(tǒng)）等組成。核心設備是脫硫洗滌塔。
4、幾種濕式氨法脫硫工藝
4.1 Walther氨法工藝
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。除塵后的煙氣先經過熱交換器，從上方進入洗滌塔，與氨氣（25%）并流而下，氨水落入池中，用泵抽入吸收塔內循環(huán)噴淋煙氣。煙氣則經除霧器后進入一座高效洗滌塔，將殘存的鹽溶液洗滌出來，最后經熱交換器加熱后的清潔煙氣排入煙囪。
4.2 AMASOX氨法工藝
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)氨法進行了改造和完善為AMASOX法。主要改進是將傳統(tǒng)的多塔改為結構緊湊的單塔、并在塔內安置濕式電除霧器解決氣溶膠問題。
4.3 GE氨法工藝
90年代，美國的GE公司也開發(fā)了氨法工藝，并在威斯康辛州的kenosha電廠建一個500MW的工業(yè)性示范裝置。該工藝流程為：除塵后的煙氣從電廠鍋爐后引出，經換熱器后，進入冷卻裝置高壓噴淋水霧降溫、除塵（去除殘存的煙塵），冷卻到接近飽和和露點溫度的潔凈煙氣再進入到吸收洗滌塔內。吸收塔內布置有兩段吸收洗滌層，使洗滌液和煙氣得以充分的混和接觸，脫硫后的煙氣經塔內的濕式電除塵器除霧后，再進入換熱器升溫，達到排放標準后經煙囪排入大氣。脫硫后含有硫酸銨的洗滌液經結晶系統(tǒng)形成副產品硫酸銨。
4.4 NKK氨法
NKK氨法是日本鋼管公司開發(fā)的工藝。該吸收塔具有一定的特點，分三段。從下往上，下段是預洗滌除塵和冷激降溫，在這一段，沒有吸收劑的加入。中段是第一吸收段，吸收劑從此段加入。上段作為第二吸收段，但是不加吸收劑，只加工藝水。吸收處理后的煙氣經加熱器升溫后排向煙囪。亞硫銨氧化在單獨的氧化反應器中進行。需要的氧由壓縮空氣補充，氧化剩余氣體排向吸收塔。
4.5 NADS氨法工藝
“九五”期間，在國家發(fā)展計劃委員會、國家科技部、國家教育部的共同支持下，華東理工大學成功地完成了國家“九五”重點科技攻關項目“二氧化硫廢氣回收凈化新技術的工程化”，開發(fā)了一種新的火電廠煙氣SO2回收凈化技術，簡稱NADS。
5 國內濕式氨法的應用業(yè)績
目前，國內規(guī)模最大的濕式氨法煙氣脫硫裝置是由鎮(zhèn)江江南環(huán)保工程建設有限公司在天津永利電力公司60MW機組的電站鍋爐上建設的。現(xiàn)已通過竣工驗收。
該裝置不設增壓風機，設蒸汽煙氣加熱器，設計裝置總壓降為1200Pa。脫硫劑為15%的氨水，副產農用硫酸銨。
該裝置全負荷運行時的壓降小于1050Pa。凈化后煙氣中含水量9.5%,氨6mg/Nm3，夏季排煙為淡白色，無須加熱從煙囪直排。副產硫銨為白色晶體，含氮21.16%,含水0.07%，含游離酸0.03%,符合GB535-1995一級品標準。
6、氨法脫硫技術應用前景
氨法脫硫工藝有自己的鮮明特點，如沒有廢水、廢渣，副產品可作為農用肥料等等。從實際運行效果看，其脫硫率可滿足各地環(huán)保的要求，運行費用低，氨法脫硫是較適宜中國國情的一項煙氣脫硫技術。
在中國發(fā)展回收法脫硫技術，特別是氨法，既有相當堅實的基礎，又有極為光明的前景。到2005年，我國合成氨將突破3300萬噸/年，供應煙氣脫硫的資源非常豐富。另，脫硫劑氨來自于化肥又回到化肥，不論對環(huán)境和國民經濟都不會造成負面影響。相反，因其回收了硫元素，符合了農業(yè)部門對硫肥的日益增漲的需要，能產生積極的促進作用。
隨國內氨法脫硫技術的發(fā)展，氨法脫硫裝置的投資已能低于鈣法，阻礙氨法脫硫技術的難點已被各技術供應商采用各自不同的方法取得了突破，氨法脫硫技術正不斷完善，隨著氨法脫硫技術業(yè)績的增加，其難以估量的應用前景將顯現(xiàn)出來，在技術日益進步的現(xiàn)今時代氨法煙氣脫硫技術應具有很大的應用潛力。
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