氨法烟气脱硫工程中注氨的方式与方法.pdf

氨法烟气脱硫工程中注氨的方式与方法 崔建祥 1 赵 焰 2 1.中国自动化控制系统总公司, 北京 100026; 2.北京中自控能源环境工程技术有限公司, 北京 100088 摘要 介绍了氨法脱硫在安徽金源热电厂的应用中, 通过合理的注氨方式来提高脱硫效率, 若注氨位置或注氨控制方 式不当会引起出口烟气逸氨超标。 该项目采用的新型氨法脱硫工艺是将氨分别注入吸收塔及铵盐氧化罐, 并通过控 制溶液的 pH 值来控制脱硫系统注氨量, 并采用变频注氨泵使注氨量能快速、准确地根据入口二氧化硫含量调节注氨 流量, 使氨法脱硫能经济有效地运行。 关键词 氨法脱硫; 注氨 THE WAYS AND S OF AMMONIA INJECTION FOR AMMONIA FLUE GAS DESULFURIZATION SYSTEMS Cui Jianxiang1 Zhao Yan2 1. China Automatic Control System Corporation, Beijing 100026, China; 2. China Automatic Control Energy and Environmental Engineering Co. , Ltd, Beijing 100088, China AbstractIt was introduced the application of ammonia desulfurization inAnhui Jinyuan Thermal Power Plant, ammonia was injected through reasonable means to increase the efficiency of desulfurization.The wrong location or the wrong control way of ammonia injectionwould cause ammonia in outlet flue gas over standard.The new ammonia desulfurization technology is that ammonia is injected separately into the tower and the oxidation tank, and by controlling the pH of ammonium salt solution to control the injection of ammonia flow.Controlling the ammonia injection pump s frequency can regulated quickly and accurately the dose of injecting ammonia in accordance with the inlet flue gas s sulfur dioxide, so the ammonia desulfurization process can be operated economically. Keywordsammonia desulfurization; ammonia injection 0 引言 氨法脱硫的主要反应原理就是将氨水或是气氨 通入吸收塔中, 以 NH42SO3- NH4HSO3混合溶液为基 础,与烟气中的 SO2发生化学反应 [ 1-4] , 从而达到吸收 SO2的目的。反应生成的 NH42SO3通过氧化生成 NH4 2SO4,避免其分解重新生成二氧化硫。 氧化生成的 NH4 2SO4通过结晶干燥, 制成可经 济使用的农用化肥, 使SO2污染物变废为宝。 由氨法脱硫的反应机理可知 , 要使得脱硫效率 高, 就必 须 要保 证 吸收 塔 塔釜 中 的 NH42SO3- NH4HSO3混合溶液里的 NH42SO3含量达到一定的 比例 [ 1-2] ,才能有效去除SO2, 而要保证 NH42SO3量, 就需在脱硫系统运行过程中向塔釜中的 NH42SO3- NH4HSO3混合溶液不断地补充一定新鲜的 NH3来提 高 NH42SO3的量 。由化学反 应机理还可知 , 在 NH42SO3- NH4HSO3混合溶液系统中理论上是不可 能有游离的 SO2和 NH3出现 。但如果混合溶液中 NH42SO3的含量过高 ,混合溶液里NH 4分压大使得 NH 4从溶液中溢出 ,这样就容易造成出口烟气逸氨, 出现二次污染, 且造成氨吸收剂的浪费 , 增加运行成 本。因此, 在氨法脱硫工艺中控制注氨的方式和方法 是既要保证脱硫效率的同时, 还不能产生注氨过量从 而造成氨的逃逸 ,形成新的污染和浪费。 由中国自动化控制系统总公司和北京中自控能 源环境工程技术有限公司根据中国脱硫市场的特点 而独立开发的具有自主知识产权的氨法烟气脱硫工 艺技术不同于目前市场上普通的氨法脱硫工艺,整个 工艺系统包括烟气预处理系统 、烟气吸收系统、氨水 储备及供应系统及副产物收集系统等 。此项工艺技 术对以往氨法脱硫中的很多地方提出了新的思路 ,使 87 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 得氨法脱硫更加适合中国脱硫市场的需求,从而达到 高效可靠稳定地运行 ,这其中很重要的一点就是注氨 的方式方法。该独特的注氨方式方法使得氨法脱硫 能在保持很高的脱硫率的同时 ,有效地控制出口烟气 中的逸氨 。该项氨法烟气脱硫工艺技术在安徽金源 热电厂的脱硫建设和运行过程中经过实际检验,获得 了很好的效果。 1 注氨方式 由于目前市场上大部分氨法脱硫工艺都是一些 简单的氨法脱硫工艺 ,没有对氨法脱硫的吸收反应机 理做深入的研究 ,所以注氨的方式多种多样 ,有的是 用气氨或氨水直接喷入到烟气中进行脱硫,这势必造 成大量的逸氨, 还有的将氨全部注入在吸收塔内, 还 原脱硫生成的亚硫酸氢铵, 但由于注氨量不好控制, 也容易造成吸收塔出口烟气逸氨。 实际上对于应用氨法脱硫工艺 ,在吸收塔内塔釜 溶液中主要是亚硫酸铵-亚硫酸氢铵的混合溶液 ,而 能吸收二氧化硫的主要是亚硫酸铵 ,溶液中还会有少 量的硫酸铵和硫代硫酸铵 1塔内溶液的成分 [ 2] NH4HSO3 2S -CC 2a - 1 NH4 2SO4 0. 5 C′ -C 式中 S 塔内溶液中每 100 mol H2O SO2的含量, mol ; C 塔内溶液中每 100 mol H2O 亚盐形式 NH3的含量,mol ; C′ 塔内溶液中每 100 mol H2O NH3的含 量,mol 。 吸收 塔 溶 液 酸 度 S C a , 则 溶 液 中 每 100 mol H2O 对 SO2- NH3- H2O 系统而言 中含有 NH42SO3C-S C 1-a , mol 。 2 不同的亚盐总浓度、不同酸度 S C 值的溶液 对二氧化硫吸收率的影响 在相同的气流速度 、 喷淋 密度下 ,吸收率随溶液 S C 值下降而迅速上升 ,相同 S C 值的溶液其吸收率随亚盐总浓度的增大而略有 下降 。 通过实验发现 S C 值在 0. 79～ 0. 82 区间时, 吸 收率 可以 保 持 在 90以 上 , 即控 制 NH42SO3 NH4HSO3 1 3 时比较好 , 吸收率可达 92～ 94, 而出口逸氨基本控制在 0. 1～ 0. 2 g m 3范围内, 吸收 塔顶部的除雾器可以进一步降低出口烟气中逸氨的 含量 ,主要是除雾器能有效去除烟气中的雾沫夹带, 能将出口逸氨控制在30 mg m 3以下 。 综合考虑溶液的吸收率, 出口烟气逸氨等因素, 吸收液的 S C 值应控制在 0. 8 左右, 总亚盐浓度在 450 g L 但在氨法脱硫的实际操作中, 由于考虑到亚 盐的氧化, 需要将溶液的浓度控制在较低水平运行 。 由于 S C 与 pH 值是线性函数关系 [ 1] , 通过计算 可以得出, 当 S C0. 8 时, pH 5. 7。 为了保证较高的吸收率及控制出口烟气中的逸 氨,基本将吸收塔内溶液 pH 值控制在 5. 5～ 5. 8范围 内,根据溶液浓度不同,溶液的 pH 值也会略有变化。 由于在实际运行过程中锅炉燃烧的煤质的变化 会造成吸收塔入口的烟气流量以及烟气中二氧化硫 含量的变化比较大且频繁 ,相对应的需要注入吸收塔 的注氨量也要及时做出调整, 由于氨的分子量很小, 对应需要注入吸收塔的氨量也非常小,比如在金源热 电厂脱硫工程项目的三个吸收塔中 ,每个吸收塔的入 口烟气流量是180 000 m 3 h ,烟气中二氧化硫的含量 是 1 200 mg m 3 , 理 论 计 算 对 应 的 注 氨 量 应 为 114. 75 kg h,即使是转换成 20浓度的氨水, 也只有 574 kg h ,要脱硫系统能实时对入口二氧化硫量的变 化进行跟踪注氨, 采用传统的调节阀是很难实现准 确、 连续地控制注氨量。经过反复试验 , 在安徽金源 热电厂的氨法脱硫项目中 ,对吸收塔注氨采用变频控 制器 ,通过控制注氨泵的频率来实现对注氨量控制的 目的 ,调节比通常采用调节阀门控制注氨量的方法有 显著的节氨 、 节电及响应快的效果, 脱硫效率在达到 排放标准时且稳定运行 。合肥金源热电厂氨法脱硫 技术参数见表 1。注氨控制流程见图 1。 影响注氨量的参数是烟气量 Q 、 烟气中二氧化硫 的含量 、 吸收塔溶液的pH、塔釜溶液的高度 H 及密 度 ρ 等 [ 3] 。 脱硫效率 w 入口- 出口 入口 式中 入口 吸收塔入口烟气中二氧化硫的含量, mg m 3 ; 出口 吸收塔出口烟气中二氧化硫的含量, mg m 3 。 注氨量 L Q w 34 64ξ 式中 ξ 为吸收塔里的注氨系数。 为了更好地控制吸收塔的注氨量,还要用吸收塔 内溶液的 pH 值对注氨量进行修正。 88 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 图 1 金源热电厂注氨控制流程 表1 合肥金源热电厂氨法脱硫 24 h运行技术参数 时间 入口 SO2 含量 mgm- 3 出口 SO2 含量 mgm- 3 脱硫 率 入口烟气 瞬时流量 m3h- 1 2008-06-03 17 501 1787893176 998 2008-06-03 18 501 0396194184 429 2008-06-03 19 501 1577394165 639 2008-06-03 20 501 2029292167 024 2008-06-03 21 501 17211490165 900 2008-06-03 22 501 10010791192 877 2008-06-03 23 501 12415386191 601 2008- 06-04 0 501 3035197184 113 2008- 06-04 3 501 2244597188 542 2008- 06-04 4 301 09910789198 704 2008- 06-04 5 301 1943098192 694 2008- 06-04 6 401 1863096186 591 2008- 06-04 7 401 2587893200 767 2008- 06-04 8 401 2671899194 883 2008- 06-04 9 501 2993897164 481 2008-06-04 10 501 3373298152 449 2008-06-04 11 501 2104995173 978 2008-06-04 12 501 2709193116 469 2008-06-04 13 501 3911399180 207 2008-06-04 14 501 1447093162 584 2008-06-04 15 501 0336893193 858 2008-06-04 16 501 2103897175 576 2008-06-04 17 501 050999191 325 2008-06-04 18 501 0068793184 679 经过实际运行, 证明这种注氨控制方法即能有效 节能 ,又能准确快速地跟上入口烟气流量及二氧化硫 含量的变化 ,避免了注氨响应不及时造成注氨过量或 欠量的现象 。 2 注氨方法 一般氨法脱硫工艺基本都是将还原剂氨全部注 入吸收塔内 ,从前面的理论计算可以看出 ,将氨全部 注入吸收塔内, 这样吸收塔内的吸收液就基本全部还 原成亚硫酸铵溶液 , 吸收塔的溶液保持在较高的 pH 值运行 ,很容易引起出口烟气逸氨 , 造成二次污染。 而保持亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的比例在 1∶ 3, 能既高 效脱硫又有效控制出口逸氨。同时由于吸收二氧化 硫的主要成分是亚硫酸铵 ,所以一般氨法脱硫工艺的 塔内氧化是不可取的, 将主要吸收成分氧化了, 要提 高二氧化硫吸收率就只能靠多注氨 ,这又是造成出口 逸氨的主要原因。而我们所研发的这种新型氨法脱 硫工艺,是将循环到一定浓度需要结晶干燥的溶液排 出到吸收塔外的氧化罐内进行氧化 ,这样就能把二个 矛盾点分开 ,既保持了吸收塔内溶液里吸收二氧化硫 的主要成分亚硫酸铵达到脱硫效率的量 ,而又不造成 大量的逸氨 。但从吸收塔内排出到吸收塔外的氧化 罐内的混合溶液中还含有大量的亚硫酸氢铵 ,而亚硫 酸氢铵很不稳定 ,在氧化干燥过程中, 亚硫酸氢铵受 89 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 热又会分解出二氧化硫, 再次污染环境 。因此还需向 氧化罐内注入氨将亚硫酸氢铵还原成亚硫酸铵。 由于高浓度的亚硫酸铵是较难氧化的,但当溶液 中含有一定比例的亚硫酸氢铵时, 亚硫酸铵的氧化速 度就能加快很多,所以在往氧化罐内注氨,也不是一次 就加注完成 ,而是控制溶液的pH 值,逐步注入 ,即注入 一部分,氧化一段时间 ,再注入一部分 ,再氧化一段时 间,循环往复,直至氧化完成 。氧化完后的溶液即可进 入副产物蒸发系统结晶出硫酸铵晶体, 再干燥, 最终得 到符合国家标准的脱硫副产物硫酸铵化肥。 3 结束语 该项新型氨法脱硫技术在安徽金源热电厂已经 经过连续运行, 并成功结晶干燥出了副产物硫酸铵化 肥,该化肥经过北京农科院的化肥中心的检验 ,各项 指标完全达到国家硫酸铵化肥一等品的标准 。 这种新型氨法脱硫工艺的独到注氨方式方法能 有效节约吸收剂氨的使用 ,避免了氨法脱硫过程中的 二次污染问题, 使氨法脱硫工艺能经济 、 有效地运行, 有助于氨法脱硫进一步在脱硫市场上的推广使用 。 参考文献 [ 1] 罗津克诺普эп . 从工业气体中回收二氧化硫[ M] . 南京化工研 究院, 译. 北京 化学工业出版社,1966 65-75. 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