氨法脱硫计算过程

1、氨法脱硫 计算过程风量（标态）： ，烟气排气温度： 168：工况下烟气量：还有约 5%的水份如果在引风机后脱硫，脱硫塔进口压力约 800Pa，出口压力约 -200Pa，如果精 度高一点，考虑以上两个因素。1、脱硫塔（1）塔径及底面积计算：塔烟气流速：取D=2r=6.332m 即塔径为 6.332 米，取最大值为 6.5 米。底面积 S=r 2=3.14 3.25 2=33.17m2塔径设定时一般为一个整数，如 6.5m，另外，还要考虑设备裕量的问题，为以 后设备能够满足大气量情况下符合的运行要求。（2）脱硫泵流量计算：液气比根据相关资料及规取 L/G= 1.4 （如果烟气中二氧化硫偏高，液气比

2、可适 当放大，如 1.5 。）循环水泵流量：由于烟气中 SO2较高，脱硫塔喷淋层设计时应选取为 4 层设计，每层喷淋设计 安装 1 台脱硫泵， 4764=119m3/h ，泵在设计与选型时， 一定要留出 20%左右的裕 量。裕量为：11920%=23.8 m3/h, 泵总流量为： 23.8+119=142.8m3/h ，参考相关资料取泵流量为 140 m3/h 。配套功率可查相关资料，也可与泵厂家进 行联系确定。（3）吸收区高度计算吸收区高度需按照烟气中二氧化硫含量的多少进行确定，如果含量高，可适当 调高吸收区高度。2.5 米4 层/ 秒=10米，上下两层中间安装一层填料装置，填料层至下一级距

3、 离按 1 米进行设计，由于吸收区底部安装有集液装置，最下层至集液装置距离为 3.7 米-3.8 米进行设计。吸收区总高度为 13.7 米-13.8 米。（4）浓缩段高度计算 浓缩段由于有烟气进口，因此，设计时应注意此段高度，浓缩段一般设计为 2 层，每层间距与吸收区高度一样，每层都是 2.5 米，上层喷淋距离吸收区最下层 喷淋为 3.23 米，下层距离烟气进口为 5 米，烟气进口距离下层底板为 2.48 米。 总高为 10.71 米。（5）除雾段高度计算除雾器设计成两段。 每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。 最下层冲洗喷嘴距最 上层（4.13）m 。冲洗水距离 2.5 米，填料层与冲洗水管距离为

4、 2.5 米，上层除雾 至塔顶距离 1.9 米。除雾区总高度为：如果脱硫塔设计为烟塔一体设备， 在脱硫塔顶部需安装一段锥体段， 此段高度为 1.65 米，也可更高一些。（6）烟囱高度设计 具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量 , 且温度高于 周围气温而产生一定浮力， 所以可以上升至很高的高度。 但是，高度设计必须看 当地气候情况以及设备建在什么位置， 如果远离市区， 且周围没有敏感源， 高度 可与塔体一并进行考虑。一般烟塔总高度可选 60-80 米。（7）氧化段高度设计氧化段主要是对脱硫液中亚硫酸盐进行氧化，此段主要以计算氧化段氧化时间8）氧化风量设计 1、需氧量 A（k

5、g/h ）=氧化倍率 0.25 需脱除 SO2量（kg/h ）氧化倍率一般取 1.5-22、氧化空气量（ m3/h ）=A23.15%（空气中氧含量） （1- 空气中水分 1%100） 空气密度 1.299）需氨量（ T/h ）根据进口烟气状态、要求脱硫效率，初步计算氨水的用量式中：W氨水氨水用量， t/hCSO2进口烟气 SO2浓度， mg/Nm3V0进口烟气量， Nm3/h要求脱硫效率C氨水氨水质量百分比（ 10）硫铵产量（T/h ） W3=W1 2 132/17 。W3:硫胺产量， 132为硫胺分子量， 17 为氨分子量1 氨法脱硫脱氮的技术原理（1）对 SO2 的吸收过程液氨溶于水，反

6、应式如下：NH3H2ONH4OH（ 1）氨水吸收 SO2，反应式如下：2NH4OHSO2（ NH4）2SO3H2O （2）（NH4） 2SO3SO2H2O2NH4HSO3（ 3）NH4HSO3 NH4OH （ NH4）2SO3H2O （4）在吸收液循环使用过程中， 式（3）是吸收 SO2 最有效的反应， 通过补充新鲜水 （4） 或其它置换方法来保持亚硫酸铵 （ NH4）2SO3的一定浓度。（2）对 NOx 的转化（还原为氮气）过程2NO4NH4HSO3N2（ NH4）2SO4 SO2 H2O （5）2NO4NH4HSO3N2 4（NH4）2SO4SO24H2O（ 6）4NH3 4NOO26H2

7、O 4N2 （ 7）4NH3 2NO2O26H2O 3N2 （ 8）4NH36NO6H2O 5N2 （ 9）8NH36NO12H2O 7N2 （ 10）江南氨回收法烟气脱硫技术【关键词】氨法 氨- 肥法 氨- 硫酸铵法 江南氨回收法 烟气脱硫 回收法 湿式氨法【摘 要】本文简述了江南氨回收法烟气脱硫的生产原理、工艺流程、发展历史、 技术特点、 前景分析以及各类氨法技术情况， 为烟气脱硫技术的选择特别是选用氨法烟 气脱硫技术提供参考。1 FGD烟气脱硫概况我国清洁资源稀少，能源资源以煤炭为主，占一次能源消费总量的75。燃煤排放的二氧化硫连续多年超过 2000万吨， 居世界首位， 我国已成为世界上

8、第三大酸雨区和世 界上大气环境污染最严重的国家之一，其中火电厂二氧化硫排放量占全国总量的 65% 。 同时近年来电力供应紧， 电力装机容量大量增加， 预计到 2020年我国二氧化硫排放量将 达到每年 3400万吨。根据有关的研究结果，每排放 1吨二氧化硫造成直接和间接经济损 失高达 5000元，推算到 2010年我国经济损失的累计数字将达到 2万多亿元，严重制约我 国经济和社会的发展。 因此削减和控制燃煤二氧化硫污染、实现经济与环境双赢是我国 能源和环境保护部门面临的严峻挑战，任务十分艰巨和紧迫。我国的 FGD烟气脱硫在 20世纪 70年代开始研究，相对发达国家起步较晚、起点很低。 长时间以来

9、脱硫市场未形成规模，同时 FGD变化因素较多、系统要求较高、投资和运行 消耗很大，所以目前我国脱硫装置基本上都是引进国外技术和设备并以钙法（石灰石 - 石膏法）为主。一是因为钙法的脱硫剂石灰石来源丰富且价格便宜，另外钙法技术在 国外相当成熟且公开，获取容易。但是由于钙法技术设备易结垢阻塞、附产物石膏销路 不畅、系统复杂、投资多、占地面积大、产生二次污染、 运行费用高等问题的日益显现， 使得这项技术在中国的推广前景不容乐观。近年来氨法脱硫技术倍受业界关注，许多的企业、研究单位对氨法脱硫技术的前景 作出了乐观评价，诸如：“采用硫酸铵过程，烟气脱硫可以实现自负盈亏 美国 Ellison 咨询公司；“

10、通过大量、高价值的副产品生产，烟气脱硫可以获得卓越的投资 效益 美国 John Brown公司；“氨法烟气脱硫时代已经到来了 美国 GE公司；“经 过二十多年一步一步地漫长的发展，如今，氨法已进入工业化应用阶段。 Krupp公司。由于氨法是回收法，可充分利用我国广泛的氨源生产硫肥，以弥补我国大量进口硫 磺的缺口，这样既治理了大气二氧化硫的污染，又变废为宝、满足我们这一农业大国长 期大量的化肥需求， 并可产生一定的经济效益，同时氨法脱硫工艺在脱硫的同时又可脱 氮，对减少温室气体起到非常重要的作用，是一项较适应中国国情的、完全资源化的、 适应长远发展的、很具推广价值的、更环保的脱硫技术。一些专家曾

11、强调钙法脱硫最终 产物填埋处理方法不科学、造成资源浪费、产生二次污染的问题，并提出氨法更符合循 环经济理念、 会成为将来的一个发展方向；还有一些官员曾表示支持电厂上氨法脱硫示 工程，也曾提出在很多条件下，如煤的含硫量较高时，无论是从经济角度还是脱硫效果 而言，都应当选择氨法技术。本文拟对氨法脱硫技术的发展、原理、前景和各类氨法技 术情况进行浅析，并侧重介绍江南氨回收法脱硫技术。2 氨法脱硫的发展历史70年代初， 日本与意大利等国开始研制氨法脱硫工艺并相继获得成功。氨法脱硫工艺主体部分属化肥工业筹， 对电力企业而言比较陌生，这是氨法脱硫技术未得到广泛应 用的主要因素。 随着合成氨工业的不断发展以

12、及厂家对氨法脱硫工艺自身的不断完善和 改进，进入 90年代后，氨法脱硫工艺渐渐得到了应用。国外研究氨法脱硫技术的企业主要有：美国： GE、 Marsulex 、Pircon 、Babcock & Wilcox ；德国： Lentjes Bischoff 、 Krupp Koppers ；日本： NKK、IHI 、千代田、住友、 三菱、荏原；等等。不同工艺的氨法脱硫自 20世纪 80-90 年代开始应用，日本 NKK（日本 钢管公司）在 70 年代中期建成了 200MW和300MW两套机组，目前已累计运行二十多年。美 国GE（通用环境系统公司）于 1990年开始建成了多个大型示装置，规模从 50

13、MW至300MW。 德国 Krupp Koppers （德国克虏伯公司）也于 1989年在德国建成 65MW示装置，目前已累 计运行十多年。据不完全统计，全世界目前使用氨法脱硫的机组大约在10000MW左右。但是，氨法脱硫技术长时间存在着气溶胶、氨损、副产品稳定性的问题，加上氨法 起步晚、业绩少，这些都是制约氨法在烟气脱硫上推广的因素，一直没有被企业和环保 部门完全接受。 1995年国家计委和科技部将氨法脱硫技术作为国家重点科技攻关项目并 列入“十五 863 项目，经过一些科研机构和企业的多年烟法和工业试验，逐渐形成了适 合我国国情的氨回收法脱硫技术并树立了工程业绩。 目前国氨法脱硫最大的业绩

14、是江南 环保工程建设在碱厂建设的 60MW机组氨回收法烟气脱硫装置，该装置的成功应用， 彻底 解决了困扰氨法脱硫技术在锅炉烟气脱硫工程上使用的难题， 为氨法脱硫技术在我国的 全面应用拉开了序幕。3 氨法分类及各类氨法简介氨法脱硫工艺皆是根据氨与 SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的，主要有 湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。3.1 电子束氨法（ EBA法）与脉冲电晕氨法（ PPCP法）电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的、 已降温 至70左右的烟气，在强电场作用下，部分烟气分子电离，成为高能电子，高能电子激 活、裂解、电离其他烟气分子， 产生 O

15、H、O、HO2等多种活性粒子和自由基。 在反应器里， 烟气中的 SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物 SO3、 NO2，与烟气中的 H2O相遇 后形成 H2SO4和HNO3，在有 NH3或其它中和物注入情况下生成（ NH4）2SO4/NH4NO的3气溶 胶，再由收尘器收集。 脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。 这两种氨法大的能耗和低的效率尚要改进，同时设备容易阻塞， 主要设备如大功率的电 子束加速器和脉冲电晕发生装置还在研制阶段。3.2 简易氨法简易氨法已商业化的有 TS、PS氨法脱硫工艺等，主要利用气相条件下的 H2O、NH3与 SO2间的快速反应设计的简易

16、反应装置，严格地讲简易氨法是一种不回收的氨法，其脱 硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定的亚铵盐， 回收十分困难， 氨法的经济性不能体现； 且脱硫产物随烟气排空后又会有部分分解出 SO2，形成二次污染。所以，该工艺只能用 在环保要求低、有废氨水来源、不要求长期运行的装置上。3.3 湿式氨法湿式氨法是目前较成熟的、 已工业化的氨法脱硫工艺， 并且湿式氨法既脱硫又脱氮。 湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤：脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造。根据过 程和副产物的不同，湿式氨法又可分为氨 -肥法、氨 -酸法、氨 -亚硫酸铵法等。其中氨 - 肥法又可根据附产物不同分为氨 - 硫酸铵肥法和氨 - 磷酸铵肥法，

17、本文详述的氨 - 肥法特 指附产物为硫酸铵肥。湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯( krupp kroppers )公司开发于七八十年代的氨 法Walther 工艺。传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶胶问 题没得到解决。能捷斯 - 比晓夫公司对传统氨法进行了改造和完善为氨法AMASO工X艺。90年代，美国的 GE公司也开发了氨法 GE工艺，并在威斯康辛州的 kenosha电厂建一个 500MW的工业性示装置。之后日本钢管公司又开发了氨法NKK工艺。3.4 江南氨回收法脱硫工艺“九五 期间，在国家发展计划委员会、国家科技部、国家教育部的共同支持下， 华东理工大学成功地完成了国家

18、“九五 重点科技攻关项目“二氧化硫废气回收净化新 技术的工程化 ，开发了一种新的火电厂烟气 SO2回收净化技术。该技术于 1999年9月17 日通过了由国家科技部、 国家教育部、 国家环保局和电力公司共同主持的专家鉴定和验 收，具有多项适合我国国情的关键技术创新， 被专家一致评价为“国际领先水平 。2001 年，江南公司与华东理工大学国家 863高新计划课题组合作，由江南公司总承包建设了 碱厂 260t/h 锅炉氨回收法脱硫示工程， 于2004年4月份投产运行、 2004年9月份通过环保 局的验收，并且取得了这项 863技术的独家使用权。目前江南公司已经拥有各项专利 14项，几乎覆盖了氨法脱硫

19、技术的所有容，形成了 一套完全自主知识产权的江南氨回收法烟气脱硫技术。 江南氨回收法脱硫技术吸纳了化 学工程、 化工设备和化工材料等多方面的先进成果，继承了传统氨法脱硫技术反应速度 快、工艺流程短、装置占地少等优点，彻底解决了氨法脱硫中的气溶胶、氨损失、设备 腐蚀、亚氨氧化、操作可靠性等方面的重大问题。4 江南氨法烟气脱硫的原理和工艺流程4.1 工艺原理 以水溶液中的 SO2和 NH3的反应为基础：SO2H2OxNH3 = （NH4） xH2 XSO3 （1） 得到亚硫酸铵中间产品，亚硫酸铵再进行氧化： （NH4）XH2-XSO3+1/2O2 +（2-x）NH3=（NH4）2SO4 （ 2）4

20、.2 工艺流程锅炉引风机（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 23

21、%），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 江南氨回收法烟气脱硫技术解决的技术难点5.1 反应条件江南氨回收法脱硫反应是典型的气 - 液两相过程， SO2吸收是受气膜传质控制的，所 以该反应须保证 SO2在脱硫溶液中有较高的溶解度和相对高的气速。 SO2溶解度随 PH值降 低、温度的升高而下降， 故正常要求吸收液 PH值控制在 4.0-8.0 、反应温度控制在 60-70 左右。而反应段的气速一般控制在 4m/s以上。这样的控制条件才能保证脱硫效率高于 90%。5.2 降低氨损江南氨回收法脱硫技术因脱硫剂为价格较高的氨， 其装置的经济性必须建立在氨回 收的基础

22、上，氨损问题曾经是困扰氨法脱硫技术发展的重要因素。为降低氨损，人们发 明了多级洗涤、湿式电除尘器收集等方法，但基本皆从氨雾形成后的补救上做文章，从 而使运行的成本和投资大幅度上升。 江南氨回收法脱硫技术从降低氨损的根源上进行了 改进，严格控制反应温度在 60-70 左右和吸收液的成份，消除了氨雾形成的条件，经 济地解决了氨损难题。运行中净化后的烟气中氨含量在10mg/Nm3以下，折氨损小于0.19%。5.3 亚铵氧化脱硫的中间产品亚铵盐的氧化也是关系氨法脱硫装置运行经济性的关键， 以往有加 压氧化、催化氧化等方法，皆需另建一套氧化装置，使整个系统的运行费用难以下降。江南氨回收法脱硫技术利用多功

23、能塔， 巧妙地作了工艺调整，在塔布置了充分利用烟气 进行氧化的自然氧化部分和辅助以空气进行强制氧化部分，使出塔的氧化率达99%。6 江南氨回收法脱硫技术应用6.1 江南氨回收法工程应用江南环保工程建设在碱厂的 260t/h 的锅炉上成功地应用了江南氨回收法脱硫技术， 这是国湿式氨回收法整套技术在电站锅炉烟气脱硫工程是的首次应用， 也是国处理烟气 量最大的一套氨法脱硫装置。该锅炉设计能力为 260 t/h ，烟气量为 520000m3/h，烟气 入脱硫岛的温度 133，原料煤的全硫分 1.8%，耗煤量为 37.5t/h 。该工程于 2004年 3月 建成， 经6个来月的运行检测各项经济技术指标完

24、全达到设计要求，脱硫率稳定在95%以上（环保验收监测脱硫效率为 99.3%），副产硫酸铵达超过电力行业标准 DL808-2002副 产硫酸铵标准、达国标 GB535-95农用硫酸铵一级品标准。6.2 装置运行技术指标分析碱厂的 260t/h 锅炉江南氨回收法脱硫工程，经一年多的运行考核，其主要经济技术 指标如下表：碱厂江南氨回收法脱硫装置运行经济技术指标NO 项目名称 消耗量 单价 每小时 每天 300 天/ 年 +/-数量 单位 数量 单位1。锅炉蒸发量 260 t/hr2。发电能力 6 MW3。烟气量 335000 Nm3/hr4。烟气二氧化硫 1043 ppm5。脱硫率 95.70%6。

25、脱硫量 0.955 t/hr0.955 22.9 6878.77。工程能耗 235 kw 0.27 元/kw 63.5 1522.8 456840 -8。氨水（ 15%）耗量 3.384 t/hr 265元/t 896.7 21520 6455934 -9。工艺水耗量 12 t/hr 2.6 元/t 31.2 748.8 224640 -10。烟气再热蒸汽耗量 2.3 t/hr 35元/t 80.5 1932.0 579600 -11产品干燥蒸汽耗量 2.4 t/hr 35元/t 83.6 2006.7 602009.2 -12。 副产品 1.991 t/hr 660 元/t 1313.9 3

26、1533.8 9460143.8 +13 。 -1155.4 27730.1 8319022.9 -总计 + 1313.9 31533.8 9460143.8 +净值 + 158.5 3803.7 1141121.0 +可见，该装置直接运行成本出现了收益，这是其它脱硫技术不能达到的，且高的脱硫效 率能适应地区现在和将来对二氧化硫排放的要求。6.3 江南氨回收法其他应用实例这种新型的氨法技术应用在化工领域则具有“以废治废 的特别优势，解化集团每 年产生大量废弃氨水， 该集团 3X75t/h+1X130t/h 燃煤锅炉还需二氧化硫治理，烟气量为 190000X3 NM3/h+322533 NM3/

27、h，该集团经过多方考证选定江南氨回收法进行烟气脱硫 治理，采用两套脱硫系统和一套后续硫铵系统。该装置不仅解决了解化集团二氧化硫的 污染问题， 又将其排放的废弃氨水在脱硫过程中“吃净用光 ，同时消灭了两大污染源。在经济上使得解化集团不但省去了废液和废气两大排污费用， 每年附产物硫酸铵化肥的 销售又为其带来了一块可观的收入。该脱硫装置可年产硫酸铵3.8 万吨，以每吨硫酸铵800元计算（目前市场上 800-900元/ 吨），每年可产生销售收入 3000多万元。目前江南公司的在建工程还有： 亚能天元 2X220吨锅炉工程，烟气量 280000X2 NM3/h， 采用两套脱硫系统和一套后续硫铵系统， 相

28、当于 100MW机组；龙羽宜电 4X260吨锅炉工程， 烟气量 312000X4 NM3/h，四炉五机两个脱硫塔，一套后续硫铵系统，相当于2X200MW机组。7 副产品硫酸铵的质量副产品为农用硫酸铵，产品品质达 GB535-1995一级品标准。各项指标见下表： 副产硫酸铵质量指标项目 指标 一级品指标国标 GB535-1995 碱厂实际检测结果外观 无可见机械杂质 浅黄色晶体，无可见机械杂质氮（ N）含量（以干基计） 21.0 21.16水分（ H2O） 0.3 0.07游离酸（ H2SO4）含量， 0.05 0.03注：产品检测结果为碱厂江南氨回收法脱硫装置的检测结果。8 江南氨回收法脱硫技

29、术特点8.1 完全资源化 - 变废为宝、化害为利江南氨回收法脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫酸铵化肥 （也可根据电 站当地的条件副产其它产品），不产生任何废水、废液和废渣二次污染，是一项真正意 义上的将污染物全部资源化并且符合循环经济要求的技术。8.2 脱硫副产物价值高因为江南氨法脱硫是回收法，副产高附加值的产品，可使氨增值，所以氨法脱硫的 运行费用小，煤中含硫量愈高，运行费用愈低。故电厂可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。原料来自于化肥产品又回到化肥， 既不影响化肥的总量供应又改善了国化肥品种的结构。依托我国庞大的化肥工业、 化害 为利，同时促

30、进了我国煤炭、电力和化肥工业的长期发展。江南氨回收法脱硫装置的运 行过程即是硫酸铵的生产过程， 每吸收 1吨二氧化硫需消耗 0.5 吨氨并可生产 2吨硫酸铵， 按照常规价格液氨 2000元/吨、硫酸铵 700元/ 吨，则烟气中的二氧化硫体现了约 400元/ 吨的价值。8.3 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的高活性， 液气比较常规湿法脱硫技术降低， 脱硫塔的阻力仅为 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在 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，循环泵的功耗降低了近 70%。8.4 脱硫装置可靠 - 运行方便、高效、脱硫效率高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PLC、DCS等自动控制，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，