氨法脫硫系統工藝優化分析與應用

馮帥帥

【摘 要】火電廠SO2的大量排放是造成我國酸雨污染日益嚴峻的一個主要原因。減少SO2排放，控制酸雨污染，成為社會關注的焦點。在各種脫硫技術中鈣法和氨法煙氣脫硫技術的應用最為廣泛。

【關鍵詞】氨法脫硫；技術；應用

引言

隨著經濟的發展、社會的進步和人們環保意識的增強，工業煙氣脫除SO2日益受到重視。在火力發電廠脫硫技術實際應用中，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出來，于是，氨法脫硫技術逐漸受到關注，許多的企業和研究單位對氨法脫硫技術的前景做出了樂觀的評價。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、我國二氧化硫的污染現狀及發展趨勢

二氧化硫為一種無色但有很強的刺激性氣味的氣體，是目前大氣中危害最嚴重的污染物質之一。由于人類自身活動的原因而造成大氣中的二氧化硫的含量嚴重超標，對人類自身的健康、生態環境、工農業生產、建構筑物材料等多方面造成危害與破壞。尤其是當大氣中的二氧化硫形成酸性降雨時，對人類和環境的危害更加廣泛和嚴重。研究表明，我國的酸雨屬于典型的硫酸型酸雨。所以，控制二氧化硫的排放是抑制我國酸雨污染發展的關鍵。二氧化硫的排放主要來源于能源消耗，而能源產業的發展直接制約著經濟發展。我國處于經濟快速發展階段，但是由于能源結構的不合理，能源短缺目前仍然是制約我國經濟發展的重要因素。我國是一個能源生產與消費大國，一次能源的消費總量僅次于美國，但人均消費量還不到全世界人均量的一半。

在我國一次能源和發電能源結構中，煤炭占據了絕對主導地位，在已探明的一次能源儲備中，煤炭仍是主要能源。盡管由于能源結構的調整，煤炭比例有所下降，但仍然很高。據有關專家預測，到2050年，我國煤炭在一次能源中所占比例仍會在50%以上，這充分表明在以后很長的一段時間內，我國一次能源以煤炭為主的格局不會發生變化。

2、主要技術問題

現有的氨法脫硫工藝中存在著以下技術問題：

2.1氨易揮發。

氨法脫硫與鈣法（石灰石、石灰）脫硫的本質區別是，前者的脫硫劑在常溫常壓下是氣體，易揮發，而后者是常溫下是固體，不易揮發。因此，氨法脫硫的首要問題是解決氨的揮發問題，防止氨隨脫硫尾氣溢出。

2.2亞硫酸銨氧化困難。

向亞硫酸銨水溶液中鼓入空氣直接氧化，便可得到硫酸銨。亞硫銨氧化反應實際上在吸收過程中也會發生，只不過由于煙氣中O2含量低，反應速度慢，氧化率較低，一般不予考慮。亞硫酸銨氧化和其他亞硫酸鹽相比明顯不同，NH4+對氧化過程有阻尼作用，顯著阻礙O2在水溶液中的溶解。當鹽濃度小于0.5mo1/l時，亞硫酸銨氧化速率隨其濃度增加而增加，而當超過這個極限值時，氧化速率隨濃度增加而降低。

2.3硫酸銨結晶。

硫酸銨在水溶液中的飽和溶解度隨溫度變化不大，結晶析出硫酸銨的方法一般采用蒸發結晶，消耗額外蒸汽。因此，如何控制過程的工藝條件使硫酸銨飽和結晶從而降低能耗是該方法的第三個技術關鍵。

3、煙氣氨回收法脫硫技術優勢

綜合來看，煙氣氨回收法脫硫技術具有下列優勢：

3.1完全資源化——變廢為寶、化害為利

氨回收法脫硫技術將回收的二氧化硫、氨全部轉化為硫銨、磷銨、硝銨等化肥或硫酸、液化二氧化硫等化學品（一般副產硫銨，也可根據電站當地的條件副產其它產品），不產生二次污染，是一項真正意義上的將污染物全部資源化的技術。

3.2脫硫成本隨煤炭的含硫量增加而下降—可使用高硫煤發電，脫硫費用低

因為氨回收法脫硫是回收法，副產品的附加值高，可使氨增值，所以氨回收法脫硫的運行費用小且隨硫的脫除量增加而降低。故電廠利用價格低廉的高硫煤，既大幅度降低發電成本，又降低了脫硫費用，一舉兩得。

3.3裝置阻力小—方便鍋爐系統配置，節省運行電耗

利用氨法脫硫劑的高活性，液氣比只有1～1.5l/m3（常規濕法脫硫技術的液氣比需8-15l/m3），脫硫塔的阻力為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計阻力也僅是1250Pa左右。因此，氨法脫硫裝置可以利用原鍋爐引風機的潛力，大多無需新配增壓風機；即便原風機無潛力，也可適當進行風機改造或增加小壓頭的風機即可。系統阻力較常規脫硫技術節電50%以上。另外，液氣比的大幅度下降，使循環泵的功耗降低了近70%。

3.4工藝節能優化—能效高，設備費用低。

一般濕法脫硫皆需將煙氣降溫到50～60℃，脫硫后再熱升溫到70℃以上。再熱的方式多為GGH換熱器，因溫差小傳熱速度低，GGH的體積都較大，既占地又需高額投資。而氨回收法利用工藝特點，把進脫硫島的溫度高的煙氣熱量用于副產品的濃縮，而煙氣的再熱用蒸汽作熱源，這樣傳熱的溫差高傳熱面積可大大減少，再熱器的占地縮小了60%以上，設備費節省了75%以上，阻力下降了60%以上，節約了脫硫增壓風機或原鍋爐引風機的電耗，脫硫島的總電耗占發電容量的1%以下。

3.5脫硫裝置可靠—運行方便、高效。

氨法為氣液兩相反應，反應物活性強，具有較大的化學反應速率，脫硫劑及脫硫產物皆為易溶性的物質，裝置內脫硫液皆為澄清的溶液無積垢無磨損。所以，氨法更容易實現自動控制，操作控制簡單易行；脫硫效率可穩定在90%以上（有特別要求時可穩定在95%以上）。其次，氨法采用了先進的防腐技術選用可靠的材料和設備，使裝置可靠性高達98.5%，日常維護量少，裝置的年維護檢修費僅需總投資的2-3%。

3.6裝置配備設備少—占地小，利于總圖布置。

氨回收法脫硫裝置無需原料預處理工序，脫硫副產產物的生產過程相對也較簡單，裝置總配置的設備在30臺套左右；且處理量較少（每吸收1噸二氧化硫只產生2.1噸的硫酸銨），設備選型無需太大。脫硫部分的設備占地與鍋爐的規模相關，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鍋爐的含硫量有關，但相關系數不大，整個硫銨工序正常占地在500m2內。與常規的脫硫技術比較，占地節省50%以上。

4、工藝流程

鍋爐引風機（或脫硫增壓風機）來的煙氣，經換熱降溫至100℃左右進入脫硫塔用氨化液循環吸收生產亞硫酸銨；脫硫后的煙氣經除霧凈化入再熱器（可用蒸汽加熱器或氣氣換熱器）加熱至70℃左右后進入煙囪排放。脫硫塔為噴淋吸收塔是專利設備，主要引用在濕式石灰石/石膏脫硫中常用的結構，在反應段、除霧段增加了相應的構件增大反應接觸時間。吸收劑氨水（或液氨）與吸收液混合進入吸收塔。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結晶器。硫酸銨溶液在蒸發結晶器中蒸發結晶，生成的結晶漿液流入過濾離心機分離得到固體硫酸銨（含水量2～3%），再進入干燥器，干燥后的成品入料倉進行包裝，即可得到商品硫酸銨化肥。

5、結束語

隨國內氨法脫硫技術的發展，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研究人員用不同的方法所突破，氨法脫硫技術正不斷完善。隨著氨法脫硫技術業績的增加，其應用前景將顯現出來，在技術日益進步的今天，氨法煙氣脫硫技術具有很大的應用潛力。

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（作者單位：神華國華孟津發電有限責任公司）