氨法脱硫系统工艺优化分析与应用

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　　【摘 要】火电厂SO2的大量排放是造成我国酸雨污染日益严峻的一个主要原因。减少SO2排放，控制酸雨污染，成为社会关注的焦点。在各种脱硫技术中钙法和氨法烟气脱硫技术的应用最为广泛。
　　【关键词】氨法脱硫；技术；应用
　　引言
　　随着经济的发展、社会的进步和人们环保意识的增强，工业烟气脱除SO2日益受到重视。在火力发电厂脱硫技术实际应用中，目前主流的脱硫技术仍为钙法，但钙法脱硫的二次污染、运行不经济等问题日益显现出来，于是，氨法脱硫技术逐渐受到关注，许多的企业和研究单位对氨法脱硫技术的前景做出了乐观的评价。国内已成功地在60MW机组烟气脱硫工程上使用了氨法，其各项经济技术指标居脱硫业的领先水平。
　　由于氨法脱硫工艺自身的一些特点，可充分利用我国广泛的氨源，生产需求大的肥料，并且氨法脱硫工艺在脱硫的同时又可脱氮，是一项较适应中国国情的脱硫技术。为帮助大家全面了解氨法，本文对氨法脱硫技术的发展、机理和不同技术的特点进行简述，并侧重介绍湿式回收法氨法脱硫技术。
　　1、我国二氧化硫的污染现状及发展趋势
　　二氧化硫为一种无色但有很强的刺激性气味的气体，是目前大气中危害最严重的污染物质之一。由于人类自身活动的原因而造成大气中的二氧化硫的含量严重超标，对人类自身的健康、生态环境、工农业生产、建构筑物材料等多方面造成危害与破坏。尤其是当大气中的二氧化硫形成酸性降雨时，对人类和环境的危害更加广泛和严重。研究表明，我国的酸雨属于典型的硫酸型酸雨。所以，控制二氧化硫的排放是抑制我国酸雨污染发展的关键。二氧化硫的排放主要来源于能源消耗，而能源产业的发展直接制约着经济发展。我国处于经济快速发展阶段，但是由于能源结构的不合理，能源短缺目前仍然是制约我国经济发展的重要因素。我国是一个能源生产与消费大国，一次能源的消费总量仅次于美国，但人均消费量还不到全世界人均量的一半。
　　在我国一次能源和发电能源结构中，煤炭占据了绝对主导地位，在已探明的一次能源储备中，煤炭仍是主要能源。尽管由于能源结构的调整，煤炭比例有所下降，但仍然很高。据有关专家预测，到2050年，我国煤炭在一次能源中所占比例仍会在50%以上，这充分表明在以后很长的一段时间内，我国一次能源以煤炭为主的格局不会发生变化。
　　2、主要技术问题
　　现有的氨法脱硫工艺中存在着以下技术问题：
　　2.1氨易挥发。
　　氨法脱硫与钙法（石灰石、石灰）脱硫的本质区别是，前者的脱硫剂在常温常压下是气体，易挥发，而后者是常温下是固体，不易挥发。因此，氨法脱硫的首要问题是解决氨的挥发问题，防止氨随脱硫尾气溢出。
　　2.2亚硫酸铵氧化困难。
　　向亚硫酸铵水溶液中鼓入空气直接氧化，便可得到硫酸铵。亚硫铵氧化反应实际上在吸收过程中也会发生，只不过由于烟气中O2含量低，反应速度慢，氧化率较低，一般不予考虑。亚硫酸铵氧化和其他亚硫酸盐相比明显不同，NH4+对氧化过程有阻尼作用，显著阻碍O2在水溶液中的溶解。当盐浓度小于0.5mo1/l时，亚硫酸铵氧化速率随其浓度增加而增加，而当超过这个极限值时，氧化速率随浓度增加而降低。
　　2.3硫酸铵结晶。
　　硫酸铵在水溶液中的饱和溶解度随温度变化不大，结晶析出硫酸铵的方法一般采用蒸发结晶，消耗额外蒸汽。因此，如何控制过程的工艺条件使硫酸铵饱和结晶从而降低能耗是该方法的第三个技术关键。
　　3、烟气氨回收法脱硫技术优势
　　综合来看，烟气氨回收法脱硫技术具有下列优势：
　　3.1完全资源化——变废为宝、化害为利
　　氨回收法脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫铵、磷铵、硝铵等化肥或硫酸、液化二氧化硫等化学品（一般副产硫铵，也可根据电站当地的条件副产其它产品），不产生二次污染，是一项真正意义上的将污染物全部资源化的技术。
　　3.2脱硫成本随煤炭的含硫量增加而下降—可使用高硫煤发电，脱硫费用低
　　因为氨回收法脱硫是回收法，副产品的附加值高，可使氨增值，所以氨回收法脱硫的运行费用小且随硫的脱除量增加而降低。故电厂利用价格低廉的高硫煤，既大幅度降低发电成本，又降低了脱硫费用，一举两得。
　　3.3装置阻力小—方便锅炉系统配置，节省运行电耗
　　利用氨法脱硫剂的高活性，液气比只有1～1.5l/m3（常规湿法脱硫技术的液气比需8-15l/m3），脱硫塔的阻力为850Pa左右，无加热装置时包括烟道等阻力脱硫岛总阻力在1000Pa左右；配蒸汽加热器时脱硫岛的总设计阻力也仅是1250Pa左右。因此，氨法脱硫装置可以利用原锅炉引风机的潜力，大多无需新配增压风机；即便原风机无潜力，也可适当进行风机改造或增加小压头的风机即可。系统阻力较常规脱硫技术节电50%以上。另外，液气比的大幅度下降，使循环泵的功耗降低了近70%。
　　3.4工艺节能优化—能效高，设备费用低。
　　一般湿法脱硫皆需将烟气降温到50～60℃，脱硫后再热升温到70℃以上。再热的方式多为GGH换热器，因温差小传热速度低，GGH的体积都较大，既占地又需高额投资。而氨回收法利用工艺特点，把进脱硫岛的温度高的烟气热量用于副产品的浓缩，而烟气的再热用蒸汽作热源，这样传热的温差高传热面积可大大减少，再热器的占地缩小了60%以上，设备费节省了75%以上，阻力下降了60%以上，节约了脱硫增压风机或原锅炉引风机的电耗，脱硫岛的总电耗占发电容量的1%以下。
　　3.5脱硫装置可靠—运行方便、高效。
　　氨法为气液两相反应，反应物活性强，具有较大的化学反应速率，脱硫剂及脱硫产物皆为易溶性的物质，装置内脱硫液皆为澄清的溶液无积垢无磨损。所以，氨法更容易实现自动控制，操作控制简单易行；脱硫效率可稳定在90%以上（有特别要求时可稳定在95%以上）。其次，氨法采用了先进的防腐技术选用可靠的材料和设备，使装置可靠性高达98.5%，日常维护量少，装置的年维护检修费仅需总投资的2-3%。
　　3.6装置配备设备少—占地小，利于总图布置。
　　氨回收法脱硫装置无需原料预处理工序，脱硫副产产物的生产过程相对也较简单，装置总配置的设备在30台套左右；且处理量较少（每吸收1吨二氧化硫只产生2.1吨的硫酸铵），设备选型无需太大。脱硫部分的设备占地与锅炉的规模相关，75t/h—1000t/h的锅炉占地在150m2～500m2左右；脱硫液处理即硫铵工序占地与锅炉的含硫量有关，但相关系数不大，整个硫铵工序正常占地在500m2内。与常规的脱硫技术比较，占地节省50%以上。
　　4、工藝流程
　　锅炉引风机（或脱硫增压风机）来的烟气，经换热降温至100℃左右进入脱硫塔用氨化液循环吸收生产亚硫酸铵；脱硫后的烟气经除雾净化入再热器（可用蒸汽加热器或气气换热器）加热至70℃左右后进入烟囱排放。脱硫塔为喷淋吸收塔是专利设备，主要引用在湿式石灰石/石膏脱硫中常用的结构，在反应段、除雾段增加了相应的构件增大反应接触时间。吸收剂氨水（或液氨）与吸收液混合进入吸收塔。吸收形成的亚硫酸铵在吸收塔底部氧化成硫酸铵溶液，再将硫酸铵溶液泵入过滤器，除去溶液中的烟尘送入蒸发结晶器。硫酸铵溶液在蒸发结晶器中蒸发结晶，生成的结晶浆液流入过滤离心机分离得到固体硫酸铵（含水量2～3%），再进入干燥器，干燥后的成品入料仓进行包装，即可得到商品硫酸铵化肥。
　　5、结束语
　　随国内氨法脱硫技术的发展，氨法脱硫装置的投资已能低于钙法，阻碍氨法脱硫技术的难点已被研究人员用不同的方法所突破，氨法脱硫技术正不断完善。随着氨法脱硫技术业绩的增加，其应用前景将显现出来，在技术日益进步的今天，氨法烟气脱硫技术具有很大的应用潜力。
　　参考文献：
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　　（作者单位：神华国华孟津发电有限责任公司）
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