氨法脫硫工藝物料平衡模型的研究

陳茂兵，繆明烽，盧作基，代旭東，于愛華

(中環(中國)工程有限公司，江蘇南京 210008)

氨法脫硫工藝物料平衡模型的研究

陳茂兵，繆明烽，盧作基，代旭東，于愛華

(中環(中國)工程有限公司，江蘇南京 210008)

0 引言

氨法煙氣脫硫技術具有反應速度快、脫硫效率高、副產物價值高、無二次污染等優點，越來越受到業界的青睞［1－2］。與石灰石濕法脫硫工藝相比，氨法脫硫工藝有很多不同特點:石灰石濕法脫硫工藝在吸收塔內吸收區的反應為氣、液、固三相反應，氨法脫硫為氣、液兩相反應;石灰石濕法脫硫的吸收劑為石灰石固體，其溶解度很低，屬于難溶物質，氨法脫硫的吸收劑為氨水，揮發性很高［3－6］;此外，石灰石濕法脫硫工藝的副產品處理一般采用二級脫水，濾液水泵入吸收塔或者去制石灰石漿液［7－10］，而氨法脫硫的副產品是硫酸銨，一般采用蒸汽加熱結晶或電加熱結晶，其回收的蒸發水分可直接進入工藝水箱重復使用，而濾液水(離心機溢流)直接泵入母液箱(根據工藝不同，可排放適量廢水以提高硫酸銨質量)，重復利用生產硫酸銨。

這些都表明氨法脫硫工藝的物料衡算過程與石灰石濕法脫硫工藝大不相同，因此，建立氨法脫硫工藝的物料衡算模型，實現各物料的程序化計算，對氨法脫硫工程設計和設備的選型意義重大。

1 氨法脫硫系統物料平衡

1.1 吸收塔區的物料平衡

氨法脫硫是將氨水或氨氣通入吸收塔中，使其與含有SO2的煙氣接觸，發生反應，從而達到去除SO2的目的。吸收過程中，吸收劑以(NH4)2SO3和NH4HSO3混合溶液為基礎，其中起吸收作用的是(NH4)2SO3，NH4HSO3與補充的新鮮氨水反應重新生成(NH4)2SO3。

吸收塔系統的進料有氨水溶液、煙氣、工藝水和氧化空氣。出料有兩股，分別是凈煙氣和硫酸銨濃溶液。

圖1 吸收塔區的物料平衡

以上為吸收塔區主要的物料衡算公式，其他如N2、Ca2+等的計算，在此不逐一列出。

實際過程中，副反應還有很多，這些副反應對衡算結果影響較小，因此計算時忽略這些反應。此外，飛灰和惰性物不參加反應，在計算時可以不予考慮。

1.2 硫銨結晶系統的物料平衡

母液箱內的母液經取出泵打入結晶器，經低壓蒸汽加熱濃縮(或電加熱)，得硫酸銨濃縮液，蒸發水回收流入工藝水箱，濃縮液進入離心機脫水干燥，出料有兩股，一股為硫酸銨產品，另一股為離心機溢流，除去部分廢水排放，其余返回母液箱與吸收塔排出液混合，具體物料平衡詳見圖2。

由上述物料平衡圖，可計算出結晶器單元的物料衡算公式:

圖2 硫銨結晶系統物料平衡示意

通過蒸發水的參數可以計算出低壓蒸汽的耗量，如為電加熱，亦可計算出電耗。離心機單元的物料衡算公式同上，在此不逐一列舉。

1.3 計算框圖

根據前述物料平衡圖，利用EXCEL VBA編制程序計算整個氨法脫硫系統的物料平衡，詳細計算框架如圖3所示。

圖3 氨法脫硫系統物料平衡計算

圖3的計算式中:T1為假定煙氣出口溫度;P1為T1對應飽和水蒸汽分壓;V1為P1對應的出口煙氣水蒸氣百分含量;V2為T1條件下計算所得的出口煙氣理論水蒸氣百分含量;Q為假定最終出口產品質量流量;X1為最終產品中固體含量理論值;X2為最終產品中固體含量計算值。

2 實際應用

2.1 脫硫裝置概述

某發電有限公司1號1000MW機組脫硫工藝采用氨水法，一爐一塔，設計脫硫效率不小于95%。在鍋爐BMCR工況條件下，引風機出口干煙氣量為3322656mg/m3，濕煙氣量為3523140mg/m3。引風機出口處煙氣溫度為135℃，燃煤硫分為1.8%。采用氨法脫硫物料平衡計算軟件對該脫硫系統物料平衡進行計算。鍋爐BMCR工況煙氣成分(標準狀態，實際O2)見表1，煙氣中污染物濃度(標準狀態，干基，6%O2)見表2。

表1 鍋爐BMCR工況煙氣成分 %

表2 鍋爐BMCR工況煙氣中污染物濃度 mg/m3

輸入上述條件，經軟件計算輸出物料平衡結果，脫硫系統水平衡計算結果見圖4。

圖4 脫硫系統水平衡結果

由圖4可以看出，脫硫系統輸入水包括除霧器沖洗水、氧化空氣增濕水、工藝水補水、吸收劑用水、反應消耗水等，總量為247338kg/h。其中，工藝補水為204688kg/h，占總量82.7%。脫硫系統輸出水主要包括煙氣蒸發水、結晶器蒸發水、硫氨帶水及廢水等，總量為247338kg/h，其中煙氣蒸發水量210977kg/h，結晶器蒸發水為33765kg/h。

2.2 SO2濃度變化對物料的影響

當保持其他參數不變，僅改變原煙氣中SO2濃度時，離心機產出的硫酸銨產品的質量流量與原煙氣中SO2的濃度成線性增長的關系，這與工程實際情況相符合，表明該物料計算軟件的計算是正確的。

當保持其他參數不變，僅改變原煙氣中SO2濃度時，脫硫系統工藝水耗量隨原煙氣中SO2的濃度的變化不大，幾乎保持不變。這是因為系統工藝水耗量主要跟原煙氣的流量和溫度有關，原煙氣中SO2的濃度對其影響甚小，這與實際工程情況相一致，也表明該物料計算軟件的計算結果是可靠的。

3 結語

由氨法脫硫物料衡算模型計算可知，當保持其他參數不變，僅改變原煙氣SO2濃度時，副產品硫酸氨的質量流量與原煙氣中SO2濃度成線性增長關系，而工藝水耗量隨原煙氣SO2濃度變化不大。上述計算結果與工程實際情況相符。研究表明，氨法脫硫物料計算模型適用于氨法脫硫工程計算，可用于指導設備選型，還可供工程實際中研究工藝參數對物料衡算以及工程設計的影響，以優化參數的選擇和工藝設計。

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Research on material balance model of desulfurization process by ammonia method

建立了氨法脫硫工藝的物料衡算模型，描述了物料計算軟件的計算框圖和開發過程，介紹了計算模型在實際脫硫工程中的應用，表明該模型對工程設計和設備選型具有一定的指導意義。

氨法;脫硫;物料平衡

The material balance model of desulfurization process by ammonia method was built.the calculation diagram and development process of the material calculation soft were described，and the application of the calculation model in the actual project was introduced.It indicated that the model has much guiding significance to project design and equipment selection.

ammonia method;desulfurization;material balance

X701.3

B

1674－8069(2011)02－046－03

2010-09-04;

2011-02-11

陳茂兵(1981-)，男，江蘇南京人，工程師，碩士，主要從事大氣污染及防治研究、環境保護設備開發等工作。E－mail:chenmaobing1981@gcl－ eng.com