氨回收法烟气脱硫技术总结

氨回收法烟气脱硫技术【关键词】氨法氨-肥法氨-硫酸镂法氨回收法烟气脱硫回收法湿式氨法【摘要】本文简述了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。1FGD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%o同时近年来电力供应紧张，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。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一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。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范筹，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。3氨法分类及各类氨法简介氨法脱硫工艺皆是根据氨与S02、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。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70C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0H、0、H02等多种活性粒子和自由基。在反应器里，烟气中的S02、N0被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物S03、N02,与烟气中的H20相遇后形成H2s04和HN03,在有NH3或其它中和物注入情况下生成（NH4）2s04/NH4N03的气溶胶，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。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H20、NH3与S02间的快速反应设计的简易反应装置，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镂盐，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S02,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-亚硫酸镂法等。其中氨-肥法又可根据附产物不同分为氨-硫酸镀肥法和氨-磷酸镂肥法，本文详述的氨-肥法特指附产物为硫酸镂肥。湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯（kruppkroppers）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。4氨法烟气脱硫的原理和工艺流程1工艺原理以水溶液中的S02和NH3的反应为基础：S02+H20+xNH3=(NH4)xH2-XS03(1)得到亚硫酸钱中间产品，亚硫酸镂再进行氧化：(NH4)XH2-XS03+1/202+(2-x)NH3=(NH4)2S04(2)4.2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镂；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70C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。吸收形成的亚硫酸镂在吸收塔底部氧化成硫酸镂溶液，再将硫酸镂溶液泵入过滤器，除去溶液中的烟尘送入蒸发结晶器。硫酸镀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铉(含水量2〜3%),再进入干燥器，干燥后的成品入料仓进行包装，即可得到商品硫酸钱化肥。5氨回收法烟气脱硫技术解决的技术难点1反应条件氨回收法脱硫反应是典型的气-液两相过程，S02吸收是受气膜传质控制的,所以该反应须保证S02在脱硫溶液中有较高的溶解度和相对高的气速。S02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。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1Omg/Nm3以下，折氨损小于0.19%。3亚钱氧化脱硫的中间产品亚核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。氨回收法脱硫技术利用多功能塔，巧妙地作了工艺调整，在塔内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虬6氨回收法脱硫技术应用氨回收法工程应用镇江环保工程建设有限公司在天津碱厂的260t/h的锅炉上成功地应用了氨回收法脱硫技术，这是国内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，也是国内处理烟气量最大的一套氨法脱硫装置。该锅炉设计能力为260t/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临耗煤量为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全达到设计要求，脱硫率稳定在95%以上（天津环保验收监测脱硫效率为99.3%）,副产硫酸锈达超过电力行业标准DL808-2002副产硫酸镂标准、达国标GB535-95农用硫酸镂一级品标准。2装置运行技术指标分析碱厂的260t/h锅炉氨回收法脱硫工程，经一年多的运行考核，其主要经济技术指标，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天津地区现在和将来对二氧化硫排放的要求。3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，云南解化集团每年产生大量废弃氨水，该集团3X75t/h+lX130t/h燃煤锅炉还需二氧化硫治理，烟气量为190000X3NM3/h+322533NM3/h,该集团经过多方考证选定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钱系统。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，每年附产物硫酸钱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镂3.8万吨，以每吨硫酸镂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。目前公司的在建工程还有：三门峡亚能天元2X220吨锅炉工程，烟气量280000X2NM3/h,采用两套脱硫系统和一套后续硫镂系统，相当于100MW机组；洛阳龙羽宜电4X260吨锅炉工程，烟气量312000X4NM3/h,四炉五机两个脱硫塔，一套后续硫镂系统，相当于2X200MW机组。7副产品硫酸镂的质量副产品为农用硫酸专安，产品品质达GB535T995一1级品标准。各项指标见下表：副产硫酸镂质量指标项目指标一级品指标国标GB535T995天津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）三21.021.16水分（H20）W0.30.07游离酸（H2s04）含量，W0.050.03注：产品检测结果为天津碱厂氨回收法脱硫装置的检测结果。8氨回收法脱硫技术特点8.1完全资源化一变废为宝、化害为利氨回收法脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫酸铉化肥（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内化肥品种的结构。依托我国庞大的化肥工业、化害为利，同时促进了我国煤炭、电力和化肥工业的长期发展。氨回收法脱硫装置的运行过程即是硫酸镂的生产过程，每吸收1吨二氧化硫需消耗0.5吨氨并可生产2吨硫酸镂，按照常规价格液氨2000元/吨、硫酸镂700元/吨，则烟气中的二氧化硫体现了约400元/吨的价值。8.3装置阻力小一方便锅炉系统配置，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lOOOPa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脱硫装置可靠一运行方便、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，氨法采用了先进的重防腐技术，并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，且节约维修费用。8.5装置设备占地小一便于老锅炉改造氨法脱硫装置无需原料预处理工序，脱硫副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吨二氧化硫产生2吨的硫酸镂），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/hT000t/h的锅炉占地在150nl2-500m2左右；脱硫液处理即硫镂工序占地与锅炉的含硫量有关，但相关系数不大，整个硫镂工序正常占地在500m2内。与钙法脱硫技术比较，占地节省50%以上。8.6既脱硫又脱硝一适应环保更高要求氨法脱硫的吸收剂为氨，氨对NOX同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的亚硫镂对NOX还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现脱硝的目的，减轻温室效应。钙法每处理1吨二氧化硫要排放0.7吨二氧化碳，天津碱厂环保实测数据氮氧化物去除率为22.3%o8.7自主知识产权技术一符合国情、适合全面推广氨回收法烟气脱硫技术是拥有我国自主知识产权的脱硫技术，因此投资更少、从长远角度更有利于在我国长期和全面推广。目前在我国脱硫领域普遍使用的钙法基本上都是从国外引进，不但要支付较高的先期技术转让费和项目实施时的技术使用费，而且目前常常是多家国内脱硫公司引进同一种技术，这种状态严重影响我国可持续发展战略的顺利实施。在2004年