天虹環保氨法脫硫工藝
來源： 閱讀：3745 更新時間：2011-08-26 11:09目前國家在大力的倡導支持發展循環經濟，我公司在燒結機脫硫領域開始推廣氨法脫硫工藝。現對氨法脫硫工藝進行簡單的闡述：
1、 氨法脫硫的發展歷史
70年代初，日本與意大利等國開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范籌，對電力企業而言比較陌生，這是氨法脫硫技術未得到廣泛應用的主要因素。隨著合成氨工業的不斷發展以及廠家對氨法脫硫工藝自身的不斷完善和改進，進入90年代后，氨法脫硫工藝漸漸得到了應用。
國外研究氨法脫硫技術的企業主要有：美國：GE、Marsulex、Pircon、Babcock & Wilcox；德國：Lentjes Bischoff、Krupp Koppers；日本：NKK、IHI、千代田、住友、三菱、荏原；等等。不同工藝的氨法脫硫自20世紀80-90年代開始應用，日本NKK（日本鋼管公司）在70年代中期建成了200MW和300MW兩套機組，目前已累計運行二十多年。美國GE（通用環境系統公司）于1990年開始建成了多個大型示范裝置，規模從50MW至300MW。德國Krupp Koppers（德國克虜伯公司）也于1989年在德國建成65MW示范裝置，目前已累計運行十多年。據不完全統計，全世界目前使用氨法脫硫的機組大約在10000MW左右。
但是，氨法脫硫技術長時間存在著氣溶膠、氨損、副產品穩定性的問題，加上氨法起步晚、業績少，這些都是制約氨法在煙氣脫硫上推廣的因素，一直沒有被企業和環保部門完全接受。1995年國家計委和科技部將氨法脫硫技術作為國家重點科技攻關項目并列入"十五"863項目，經過一些科研機構和企業的多年煙法和工業試驗，逐漸形成了適合我國國情的氨回收法脫硫技術并樹立了工程業績。
2、 氨法分類及各類氨法簡介
氨法脫硫工藝皆是根據氨與SO2、水反應成脫硫產物的基本機理而進行的，主要有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡易氨法等。
2.1 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70℃左右的煙氣，在強電場作用下，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，產生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應器里，煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情況下生成（NH4）2SO4/NH4NO3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器的電場本身同時具有除塵功能。這兩種氨法大的能耗和低的效率尚要改進，同時設備容易阻塞，主要設備如大功率的電子束加速器和脈沖電暈發生裝置還在研制階段。
2.2 簡易氨法
簡易氨法已商業化的有TS、PS氨法脫硫工藝等，主要利用氣相條件下的H2O、NH3與SO2間的快速反應設計的簡易反應裝置，嚴格地講簡易氨法是一種不回收的氨法，其脫硫產物大部分是氣溶膠狀態的不穩定的亞銨鹽，回收十分困難，氨法的經濟性不能體現；且脫硫產物隨煙氣排空后又會有部分分解出SO2，形成二次污染。所以，該工藝只能用在環保要求低、有廢氨水來源、不要求長期運行的裝置上。
2.3 濕式氨法
濕式氨法是目前較成熟的、已工業化的氨法脫硫工藝，并且濕式氨法既脫硫又脫氮。濕式氨法工藝過程一般分成三大步驟：脫硫吸收、中間產品處理、副產品制造。根據過程和副產物的不同，濕式氨法又可分為氨-肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等。其中氨-肥法又可根據附產物不同分為氨-硫酸銨肥法和氨-磷酸銨肥法，本文詳述的氨-肥法特指附產物為硫酸銨肥。
濕法氨水脫硫工藝最早是由克盧伯（krupp kroppers）公司開發于七八十年代的氨法Walther工藝。傳統的氨法工藝遇到的主要問題之一是凈化后的煙氣中存在氣溶膠問題沒得到解決。能捷斯-比曉夫公司對傳統氨法進行了改造和完善為氨法AMASOX工藝。90年代，美國的GE公司也開發了氨法GE工藝，并在威斯康辛州的kenosha電廠建一個500MW的工業性示范裝置。之后日本鋼管公司又開發了氨法NKK工藝。
3、 我公司氨法煙氣脫硫的原理和工藝流程
3.1 工藝原理
以水溶液中的SO2和NH3的反應為基礎：
SO2＋H2O＋XNH3 = (NH4) XH2－XSO3 （1）
得到亞硫酸銨中間產品，亞硫酸銨再進行氧化：
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-X)NH3=(NH4)2 SO4 （2）
3.2 工藝流程
系統主機來的煙氣，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。
3.3系統設備主要包括：
吸收塔、增壓風機、煙氣再熱器、循環泵、循環槽、氧化風機、吸收劑儲槽、結晶
設備、過濾設備、分離設備、干燥設備、包裝設備等
4、我公司氨回收法煙氣脫硫技術解決的技術難點
4.1 反應條件
我公司氨回收法脫硫反應是典型的氣-液兩相過程，SO2吸收是受氣膜傳質控制的，所以該反應須保證SO2在脫硫溶液中有較高的溶解度和相對高的氣速。SO2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、反應溫度控制在60-70℃左右。而反應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%。
4.2 降低氨損
我公司氨回收法脫硫技術因脫硫劑為價格較高的氨，其裝置的經濟性必須建立在氨回收的基礎上，氨損問題曾經是困擾氨法脫硫技術發展的重要因素。為降低氨損，人們發明了多級洗滌、濕式電除塵器收集等方法，但基本皆從氨霧形成后的補救上做文章，從而使運行的成本和投資大幅度上升。我公司氨回收法脫硫技術從降低氨損的根源上進行了改進，嚴格控制反應溫度在60-70℃左右和吸收液的成份，消除了氨霧形成的條件，經濟地解決了氨損難題。運行中凈化后的煙氣中氨含量在10mg/Nm3以下，折氨損小于0.19%。
4.3 亞銨氧化
脫硫的中間產品亞銨鹽的氧化也是關系氨法脫硫裝置運行經濟性的關鍵，以往有加壓氧化、催化氧化等方法，皆需另建一套氧化裝置，使整個系統的運行費用難以下降。我公司氨回收法脫硫技術利用多功能塔，巧妙地作了工藝調整，在塔內布置了充分利用煙氣進行氧化的自然氧化部分和輔助以空氣進行強制氧化部分，使出塔的氧化率達99%。
5、 副產品硫酸銨的質量
副產品為農用硫酸銨，產品品質達GB535-1995一級品標準。各項指標見下表：
副產硫酸銨質量指標
外觀 無可見機械雜質 淺黃色晶體，無可見機械雜質
氮（N）含量（以干基計）≥ 21.0 21.16
水分（H2O）≤ 0.3 0.07
游離酸（H2SO4）含量，≤ 0.05 0.03
6、 我公司氨回收法脫硫技術特點
6.1 完全資源化--變廢為寶、化害為利
我公司氨回收法脫硫技術將回收的二氧化硫、氨全部轉化為硫酸銨化肥（也可根據電站當地的條件副產其它產品），不產生任何廢水、廢液和廢渣二次污染，是一項真正意義上的將污染物全部資源化并且符合循環經濟要求的技術。
6.2 脫硫副產物價值高
因為我公司氨法脫硫是回收法，副產高附加值的產品，可使氨增值，所以氨法脫硫的運行費用小，煤中含硫量愈高，運行費用愈低。故電廠可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。原料來自于化肥產品又回到化肥，既不影響化肥的總量供應又改善了國內化肥品種的結構。依托我國龐大的化肥工業、化害為利，同時促進了我國煤炭、電力和化肥工業的長期發展。我公司氨回收法脫硫裝置的運行過程即是硫酸銨的生產過程，每吸收1噸二氧化硫需消耗0.5噸氨并可生產2噸硫酸銨，按照常規價格液氨2000元/噸、硫酸銨700元/噸，則煙氣中的二氧化硫體現了約400元/噸的價值。
6.3 裝置阻力小--方便系統配置，節省運行電耗
利用氨法脫硫的高活性，液氣比較常規濕法脫硫技術降低，脫硫塔的阻力僅為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在1250Pa左右。因此，氨法脫硫裝置可以利用原系統引風機的潛力，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，循環泵的功耗降低了近70%。
6.4 脫硫裝置可靠--運行方便、高效、脫硫效率高
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PLC、DCS等自動控制，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，氨法采用了先進的重防腐技術，并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，且節約維修費用。
6.5 裝置設備占地小
氨法脫硫裝置無需原料預處理工序，脫硫副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噸二氧化硫產生2噸的硫酸銨），設備選型無需太大。脫硫部分的設備占地與主系統的規模相關，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煙氣的含硫量有關，但相關系數不大，整個硫銨工序正常占地在500m2內。與鈣法脫硫技術比較，占地節省50%以上。
6.6 既脫硫又脫硝--適應環保更高要求
氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對NOX同樣有吸收作用。另外脫硫過程中形成的亞硫銨對NOX還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時也可實現脫硝的目的，減輕溫室效應。鈣法每處理1噸二氧化硫要排放0．7噸二氧化碳，天津堿廠環保實測數據氮氧化物去除率為22.3% 。
6.7 自主知識產權技術—符合國情、適合全面推廣
我公司氨回收法煙氣脫硫技術是擁有我國自主知識產權的脫硫技術，因此投資更少、從長遠角度更有利于在我國長期和全面推廣。目前在我國脫硫領域普遍使用的鈣法基本上都是從國外引進，不但要支付較高的先期技術轉讓費和項目實施時的技術使用費，而且目前常常是多家國內脫硫公司引進同一種技術，這種狀態嚴重影響我國可持續發展戰略的順利實施。在2004年底國家環保局、國家發改委和中國環保產業協會共同主辦的第三屆全國脫硫工程技術研討會上把"缺乏擁有自主知識產權的煙氣脫硫工藝技術和設備制造技術"列為脫硫行業發展中存在的首要問題
