氨回收法煙氣脫硫技術(shù)總結(jié)

氨回收法煙氣脫硫技術(shù)【關(guān)鍵詞】氨法氨-肥法氨-硫酸鏤法氨回收法煙氣脫硫回收法濕式氨法【摘要】本文簡(jiǎn)述了氨回收法煙氣脫硫的生產(chǎn)原理、工藝流程、發(fā)展歷史、技術(shù)特點(diǎn)、前景分析以及各類(lèi)氨法技術(shù)情況，為煙氣脫硫技術(shù)的選擇特別是選用氨法煙氣脫硫技術(shù)提供參考。1FGD煙氣脫硫概況我國(guó)清潔資源稀少，能源資源以煤炭為主，占一次能源消費(fèi)總量的75%。燃煤排放的二氧化硫連續(xù)多年超過(guò)2000萬(wàn)噸，居世界首位，我國(guó)已成為世界上第三大酸雨區(qū)和世界上大氣環(huán)境污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一，其中火電廠(chǎng)二氧化硫排放量占全國(guó)總量的65%o同時(shí)近年來(lái)電力供應(yīng)緊張，電力裝機(jī)容量大量增加，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)二氧化硫排放量將達(dá)到每年3400萬(wàn)噸。根據(jù)有關(guān)的研究結(jié)果，每排放1噸二氧化硫造成直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5000元。因此削減和控制燃煤二氧化硫污染、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏是我國(guó)能源和環(huán)境保護(hù)部門(mén)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，任務(wù)十分艱巨和緊迫。我國(guó)的FGD煙氣脫硫在20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究，相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚、起點(diǎn)很低。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)脫硫市場(chǎng)未形成規(guī)模，同時(shí)FGD變化因素較多、系統(tǒng)要求較高、投資和運(yùn)行消耗很大，所以目前我國(guó)脫硫裝置基本上都是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備并以鈣法（石灰石-石膏法）為主。一是因?yàn)殁}法的脫硫劑一石灰石來(lái)源豐富且價(jià)格便宜，另外鈣法技術(shù)在國(guó)外相當(dāng)成熟且公開(kāi)，獲取容易。但是由于鈣法技術(shù)設(shè)備易結(jié)垢阻塞、附產(chǎn)物石膏銷(xiāo)路不暢、系統(tǒng)復(fù)雜、投資多、占地面積大、產(chǎn)生二次污染、運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題的日益顯現(xiàn)，使得這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的推廣前景不容樂(lè)觀。2氨法脫硫的發(fā)展歷史70年代初，日本與意大利等國(guó)開(kāi)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(duì)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(chǎng)家對(duì)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。3氨法分類(lèi)及各類(lèi)氨法簡(jiǎn)介氨法脫硫工藝皆是根據(jù)氨與S02、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(jiǎn)易氨法等。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70C左右的煙氣，在強(qiáng)電場(chǎng)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0H、0、H02等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里，煙氣中的S02、N0被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物S03、N02,與煙氣中的H20相遇后形成H2s04和HN03,在有NH3或其它中和物注入情況下生成（NH4）2s04/NH4N03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(chǎng)本身同時(shí)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(shí)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簡(jiǎn)易氨法簡(jiǎn)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H20、NH3與S02間的快速反應(yīng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易反應(yīng)裝置，嚴(yán)格地講簡(jiǎn)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)定的亞鏤鹽，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(huì)有部分分解出S02,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(lái)源、不要求長(zhǎng)期運(yùn)行的裝置上。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(guò)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(guò)程和副產(chǎn)物的不同，濕式氨法又可分為氨-肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸鏤法等。其中氨-肥法又可根據(jù)附產(chǎn)物不同分為氨-硫酸鍍肥法和氨-磷酸鏤肥法，本文詳述的氨-肥法特指附產(chǎn)物為硫酸鏤肥。濕法氨水脫硫工藝最早是由克盧伯（kruppkroppers）公司開(kāi)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(wèn)題之一是凈化后的煙氣中存在氣溶膠問(wèn)題沒(méi)得到解決。4氨法煙氣脫硫的原理和工藝流程1工藝原理以水溶液中的S02和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：S02+H20+xNH3=(NH4)xH2-XS03(1)得到亞硫酸錢(qián)中間產(chǎn)品，亞硫酸鏤再進(jìn)行氧化：(NH4)XH2-XS03+1/202+(2-x)NH3=(NH4)2S04(2)4.2工藝流程鍋爐引風(fēng)機(jī)(或脫硫增壓風(fēng)機(jī))來(lái)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)亞硫酸鏤；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70C左右后進(jìn)入煙囪排放。脫硫塔為噴淋吸收塔是專(zhuān)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(shí)間。吸收劑氨水(或液氨)與吸收液混合進(jìn)入吸收塔。吸收形成的亞硫酸鏤在吸收塔底部氧化成硫酸鏤溶液，再將硫酸鏤溶液泵入過(guò)濾器，除去溶液中的煙塵送入蒸發(fā)結(jié)晶器。硫酸鍍?nèi)芤涸谡舭l(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)結(jié)晶，生成的結(jié)晶漿液流入過(guò)濾離心機(jī)分離得到固體硫酸鉉(含水量2?3%),再進(jìn)入干燥器，干燥后的成品入料倉(cāng)進(jìn)行包裝，即可得到商品硫酸錢(qián)化肥。5氨回收法煙氣脫硫技術(shù)解決的技術(shù)難點(diǎn)1反應(yīng)條件氨回收法脫硫反應(yīng)是典型的氣-液兩相過(guò)程，S02吸收是受氣膜傳質(zhì)控制的,所以該反應(yīng)須保證S02在脫硫溶液中有較高的溶解度和相對(duì)高的氣速。S02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%。5.2降低氨損氨回收法脫硫技術(shù)因脫硫劑為價(jià)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(wèn)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(jí)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。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1Omg/Nm3以下，折氨損小于0.19%。3亞錢(qián)氧化脫硫的中間產(chǎn)品亞核鹽的氧化也是關(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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用難以下降。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虬6氨回收法脫硫技術(shù)應(yīng)用氨回收法工程應(yīng)用鎮(zhèn)江環(huán)保工程建設(shè)有限公司在天津堿廠(chǎng)的260t/h的鍋爐上成功地應(yīng)用了氨回收法脫硫技術(shù)，這是國(guó)內(nèi)濕式氨回收法整套技術(shù)在電站鍋爐煙氣脫硫工程是的首次應(yīng)用，也是國(guó)內(nèi)處理煙氣量最大的一套氨法脫硫裝置。該鍋爐設(shè)計(jì)能力為260t/h,煙氣量為520000m3/h,煙氣入脫硫島的溫度133℃,原料煤的全硫分1.8臨耗煤量為37.5t/h。該工程于2004年3月建成，經(jīng)6個(gè)來(lái)月的運(yùn)行檢測(cè)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，脫硫率穩(wěn)定在95%以上（天津環(huán)保驗(yàn)收監(jiān)測(cè)脫硫效率為99.3%）,副產(chǎn)硫酸銹達(dá)超過(guò)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL808-2002副產(chǎn)硫酸鏤標(biāo)準(zhǔn)、達(dá)國(guó)標(biāo)GB535-95農(nóng)用硫酸鏤一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。2裝置運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)分析堿廠(chǎng)的260t/h鍋爐氨回收法脫硫工程，經(jīng)一年多的運(yùn)行考核，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，裝置直接運(yùn)行成本出現(xiàn)了收益，這是其它脫硫技術(shù)不能達(dá)到的，且高的脫硫效率能適應(yīng)天津地區(qū)現(xiàn)在和將來(lái)對(duì)二氧化硫排放的要求。3氨回收法其他應(yīng)用實(shí)例這種新型的氨法技術(shù)應(yīng)用在化工領(lǐng)域則具有“以廢治廢〃的特別優(yōu)勢(shì)，云南解化集團(tuán)每年產(chǎn)生大量廢棄氨水，該集團(tuán)3X75t/h+lX130t/h燃煤鍋爐還需二氧化硫治理，煙氣量為190000X3NM3/h+322533NM3/h,該集團(tuán)經(jīng)過(guò)多方考證選定氨回收法進(jìn)行煙氣脫硫治理，采用兩套脫硫系統(tǒng)和一套后續(xù)硫錢(qián)系統(tǒng)。該裝置不僅解決了解化集團(tuán)二氧化硫的污染問(wèn)題，又將其排放的廢棄氨水在脫硫過(guò)程中“吃?xún)粲霉狻?，同時(shí)消滅了兩大污染源。在經(jīng)濟(jì)上使得解化集團(tuán)不但省去了廢液和廢氣兩大排污費(fèi)用，每年附產(chǎn)物硫酸錢(qián)化肥的銷(xiāo)售又為其帶來(lái)了一塊可觀的收入。該脫硫裝置可年產(chǎn)硫酸鏤3.8萬(wàn)噸，以每噸硫酸鏤800元計(jì)算（目前市場(chǎng)上800-900元/噸），每年可產(chǎn)生銷(xiāo)售收入3000多萬(wàn)元。目前公司的在建工程還有：三門(mén)峽亞能天元2X220噸鍋爐工程，煙氣量280000X2NM3/h,采用兩套脫硫系統(tǒng)和一套后續(xù)硫鏤系統(tǒng)，相當(dāng)于100MW機(jī)組；洛陽(yáng)龍羽宜電4X260噸鍋爐工程，煙氣量312000X4NM3/h,四爐五機(jī)兩個(gè)脫硫塔，一套后續(xù)硫鏤系統(tǒng)，相當(dāng)于2X200MW機(jī)組。7副產(chǎn)品硫酸鏤的質(zhì)量副產(chǎn)品為農(nóng)用硫酸專(zhuān)安，產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)GB535T995一1級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)下表：副產(chǎn)硫酸鏤質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)一級(jí)品指標(biāo)國(guó)標(biāo)GB535T995天津堿廠(chǎng)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果外觀無(wú)可見(jiàn)機(jī)械雜質(zhì)淺黃色晶體，無(wú)可見(jiàn)機(jī)械雜質(zhì)氮（N）含量（以干基計(jì)）三21.021.16水分（H20）W0.30.07游離酸（H2s04）含量，W0.050.03注：產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果為天津堿廠(chǎng)氨回收法脫硫裝置的檢測(cè)結(jié)果。8氨回收法脫硫技術(shù)特點(diǎn)8.1完全資源化一變廢為寶、化害為利氨回收法脫硫技術(shù)將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為硫酸鉉化肥（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)。8.2脫硫副產(chǎn)物價(jià)值高因?yàn)榘狈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(chǎng)可利用價(jià)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(lái)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(guó)內(nèi)化肥品種的結(jié)構(gòu)。依托我國(guó)龐大的化肥工業(yè)、化害為利，同時(shí)促進(jìn)了我國(guó)煤炭、電力和化肥工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展。氨回收法脫硫裝置的運(yùn)行過(guò)程即是硫酸鏤的生產(chǎn)過(guò)程，每吸收1噸二氧化硫需消耗0.5噸氨并可生產(chǎn)2噸硫酸鏤，按照常規(guī)價(jià)格液氨2000元/噸、硫酸鏤700元/噸，則煙氣中的二氧化硫體現(xiàn)了約400元/噸的價(jià)值。8.3裝置阻力小一方便鍋爐系統(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(wú)加熱裝置時(shí)包括煙道等阻力脫硫島總阻力在lOOOPa左右；配蒸汽加熱器時(shí)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鍋爐引風(fēng)機(jī)的潛力，大多無(wú)需新配增壓風(fēng)機(jī)；即便原風(fēng)機(jī)無(wú)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%。8.4脫硫裝置可靠一運(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(wú)積垢無(wú)磨損。所以，氨法更容易實(shí)現(xiàn)PLC、DCS等自動(dòng)控制，操作控制簡(jiǎn)單易行；脫硫效率可穩(wěn)定在90%以上（有特別要求時(shí)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。8.5裝置設(shè)備占地小一便于老鍋爐改造氨法脫硫裝置無(wú)需原料預(yù)處理工序，脫硫副產(chǎn)物的生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)也較簡(jiǎn)單，裝置總配置的設(shè)備在30臺(tái)套左右；且處理量較少（每吸收1噸二氧化硫產(chǎn)生2噸的硫酸鏤），設(shè)備選型無(wú)需太大。脫硫部分的設(shè)備占地與鍋爐的規(guī)模相關(guān)，75t/hT000t/h的鍋爐占地在150nl2-500m2左右；脫硫液處理即硫鏤工序占地與鍋爐的含硫量有關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不大，整個(gè)硫鏤工序正常占地在500m2內(nèi)。與鈣法脫硫技術(shù)比較，占地節(jié)省50%以上。8.6既脫硫又脫硝一適應(yīng)環(huán)保更高要求氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對(duì)NOX同樣有吸收作用。另外脫硫過(guò)程中形成的亞硫鏤對(duì)NOX還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時(shí)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(chǎng)環(huán)保實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)氮氧化物去除率為22.3%o8.7自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)一符合國(guó)情、適合全面推廣氨回收法煙氣脫硫技術(shù)是擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的脫硫技術(shù)，因此投資更少、從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度更有利于在我國(guó)長(zhǎng)期和全面推廣。目前在我國(guó)脫硫領(lǐng)域普遍使用的鈣法基本上都是從國(guó)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(shí)的技術(shù)使用費(fèi)，而且目前常常是多家國(guó)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(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施。在2004年