氨法脱硫技术在大型燃煤电厂应用前景.pdf

斩江波等氨法脱硫技术在大型燃煤电厂应用前景I 氨法脱硫技术在大型燃煤电厂应用前景 靳江波，陆卫军 内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰0 2 5 3 5 0 摘要氨法脱硫技术具有脱硫效率高、无二次污染、可资源化回收S O 、体现循环经济发展思想等明显优势。 作者通过详细介绍典型氨法脱硫技术，剖析相关重要问题，对比钙法脱硫技术，对氨法脱硫技术在大型燃煤电 厂的应用前景进行分析，对氨法脱硫技术的应用有一定借鉴作用。 关键词氨法脱硫烟气脱硫；燃煤电厂应用前景 中图分类号X7 0 1 ．3文献标识码B文章编号1 0 0 2 1 1 4 0 2 0 1 1 0 5 0 0 5 9 0 4 A p p li c a t i o nP r o s p e c to fA m m o n i a C o a l - f i r e d D e s u I f u r i z a t i o nT e c h n o l o g yi nL a r g e P o w e rP l a n t J F NJ i a n g - b o ．L UW e i - j u n I n n e rM o n g o l i aD a t a n gI n t e r n a t i o n a lK e s h i k e t e n gC o a lG a sC o ．，L t d ．，C h i f e n g0 2 5 3 5 0 ，C h i n a A b s t r a c t A m m o n i ad e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g yh a so b v i o u sa d v a n t a g e so fh i g he f f i c i e n c y ，n os e c o n d a r y p o l l u t i o n ，S 0 2r e c y c l i n ga n de m b o d y i n gt h et h o u g h to fc i r c u l a re c o n o m y ．T h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no ft y p i c a l a m m o n i ad e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ea n a l y s i so fr e l e v a n ti m p o r t a n tp r o b l e m s ，c o m p a r e dw i t ht h ec a l c i u m d e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ea p p l i c a t i o np r o s p e c to fa m m o n i ad e s u l f u r i z a t i o ni nl a r g ec o a l - f i r e dp o w e rp l a n tw a s a n a l y z e d 。I tp r o v i d e sr e f e r e n c et ot h ea p p l i c a t i o no fa m m o n i ad e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y ． K e yw o r d s a m m o n i ad e s u l f u r i z a t i o n ；f l u eg a sd e s u i f u r i z a t i o n ；c o a l f i r e dp o w e rp l a n t ；a p p l i c a t i o np r o s p e c t 0引言 主要污染物排放总量减少l O ％是“十一五”规 划期间的8 大约束性指标之一。作为具有法律效力 的刚性指标，这是科学发展观的要求，可持续发展 的要求，基于目前的经济结构、产业结构状况和严 峻的环境形势做出的战略性决策。切实强化工业污 染防治，严格控制机动车污染，深入开展城市大气环 境综合防治，强化大气污染防治的法律、检测等保障 措施是我国在“十一五”期间保护环境的4 项主要工 作1 1 1 。我国工业行业中，仅电力、钢铁、建材和化工4 个行业就占全国煤炭消费量的9 0 ％左右，电力行业的 S O 排放量更是占有相当的比例，因此，采取必要的 措施，控制燃煤电厂的S O 排放，对于改善我国的大 气环境质量有着十分重要的意义。 目前燃煤电厂主流的脱硫技术为石灰石一石膏 法，但石灰石一石膏法脱硫的二次污染、运行不经 济等问题日益显现出来口dJ 。所以氨法脱硫技术逐 渐受到关注。根据氨法脱硫工艺自身的一些特点， 充分利用我国广泛的氨资源生产需求量大的肥料， 是一项适应中国国情的脱硫技术，符合国家脱硫多 样性、节能减排的整体思路。本文针对湿式氨法脱 硫技术的发展历程、反应机理、不同技术和应用等 特点进行简述、比较、分析了此技术在大型燃煤电 厂上的应用前景。 湿式氨法脱硫技术简介 2 0 世纪7 0 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，对电力行业较陌生，随着合 成氨和煤化工工业的不断发展以及氨法脱硫工艺自 身的不断完善和改进，进入9 0 年代后，氨法脱硫工 艺逐渐得到了应用。 1 ．1W a l t h e r 氨法工艺 湿法氨水脱硫工艺最早是开发于2 0 世纪七八十 技术版I5 9 万方数据 I - 撬缇貔 年代的氨法W a l t h e r 工艺。除尘后的烟气先经过热 交换器，从上方进入洗涤塔，与氨气并流而下，氨 水落入池中，用泵抽入吸收塔内循环喷淋烟气。烟 气则经除雾器后进入一座高效洗涤塔，将残存的盐 溶液洗涤出来，最后经热交换器加热后的清洁烟气 排入烟囱。 1 ．2A M A S O X 氨法工艺 传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净烟气 气溶胶问题没得到解决。A M A S O X 法对传统氨法 进行了改造和完善，主要改进是将传统的多塔改为 结构紧凑的单塔、并在塔内安置湿式电除雾器解决 气溶胶问题。 T ．3G E 氨法工艺 2 0 世纪9 0 年代，美国的G E 公司也开发了氨法 工艺，并在威斯康辛州修建了一个5 0 0 M W T 业性 示范装置。该工艺流程为除尘后的烟气从电厂锅 炉后引出，经换热器后，进入冷却装置高压喷淋水 雾降温、除尘 去除残存的烟尘 ，冷却到接近饱 和和露点温度的洁净烟气再进入到吸收洗涤塔内。 吸收塔内布置有两段吸收洗涤层，使洗涤液和烟气 得以充分的混和接触，脱硫后的烟气经塔内的湿式 电除尘器除雾后，再进入换热器升温，达到排放标 准后经烟囱排入大气。脱硫后含有硫酸铵的洗涤液 经结晶系统形成副产品硫酸铵。 1 ．4N K K 氨法 N K K 氦法是日本开发的。该吸收塔分三段，下 段是预洗涤除尘和冷激降温，中段是第一吸收段， 上段作为第二吸收段。吸收处理后的烟气经加热器 升温后排向烟囱。亚硫酸铵氧化在单独的氧化反应 器中进行，需要的氧由压缩空气补充，氧化剩余气 体排向吸收塔。 1 ．5N A D S 氨法工艺 我国“九五”期间，在相关部门的共同支持 下，华东理工大学成功地完成了国家“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S O 回收净化 技术，简称N A D S 。 2 典型工艺介绍 2 ．1 主要参数 单套脱硫装置入口烟气量为1 1 6 8 7 7 4N m 3 ／h ， 入口S 0 2 的浓度为5 7 0 0m g ／N m 3 ，脱硫效率不小于 9 6 ．5 ％，出口净烟气S O2 含量小于2 0 0m g ／N m 3 ， 脱硫装置可利用率不低于9 8 ％，除尘效率不低于 5 0 ％，氧化率不低于9 8 ％，氨回收率不低于9 7 ％， 氨逃逸不大于6m g ／m 3 。烟气系统不设增压风机， 不设烟气加热器 G G H 。脱硫剂采用酚氨回收 6 0I 技术版 来的氨水，氨水浓度2 0 ％- 2 5 ％。 2 ．2 工艺流程 烟气进入吸收塔与硫酸铵浆液逆流 或顺流 接触降温后与吸收液接触，二氧化硫被充分吸收 后，经水洗除雾器脱除夹带的液滴，净烟气经脱硫 出口到湿烟囱排放。产出有固含量的硫酸铵浆液送 至硫酸铵经旋流器，经过脱水、离心机固液分离， 形成湿硫酸铵，母液回收脱硫吸收系统。湿硫酸铵 经干燥设备干燥得到合格的硫酸铵，包装后即可得 到商品硫酸铵，产品符合G B 5 3 5 1 9 9 5 标准。 2 ．3 吸收机理 氨 或氨水 在吸收塔的吸收段与S O 反应，将 饱和的硫酸铵／亚硫酸铵溶液的p H 值控制在5 ．0 N 5 ．9 范围，发生下列反应生成硫酸氢铵和亚硫酸氢铵 S 0 2 H 2 0 H 2 S 0 3 】 H 2 S 0 3 2 N H 3 N H 4 2 S 0 3 2 在反应式 1 中，烟气中的二氧化硫 s o 溶 于水并生成亚硫酸。在反应式 2 中，亚硫酸同 溶于水中的硫酸铵和氨起反应。 氧化空气注入吸收塔底部使亚硫酸铵被氧化成 硫酸铵 N H 4 2 S 0 3 1 ／2 0 2 N H 4 2 S 0 4 3 随着化学反应的进行和在烟气里水的蒸发，使 硫酸铵溶液得到饱和并进而析出结晶。其蒸发热由 烟气残余热供给 N H 。 2 S 0 4 液 蒸发热 N H 。 S 0 4 固 4 对于氨法脱硫工艺，二氧化硫与硫酸铵的产出 比约为1 2 ，即每脱除1 吨二氧化硫，产生2 吨硫酸 铵。在吸收塔里的硫酸铵可以是以离子形式存在于 溶液里，也可以固体结晶的形式存在于浆液里。 2 ．4 脱硫工艺系统 氨法脱硫工艺系统包括烟气系统、S O 吸收 系统、吸收剂配制及供应系统、硫酸铵脱水干燥 系统、硫酸铵包装物流系统、工艺水系统、工业 冷却水系统、脱硫范围内的压缩空气系统等。如 图I 所示。 。n t ’{ ‘￡ 1 i ；； j 量辜， l lI t IlI II { “ b ” 一I ．1 ．1 l I ． 沁⋯ | III 4 ’- IIl 一 ”o 蟛} _ l ，tl I 。“ ， 一J I _ 一，。，{1． 图1 典型氨法脱硫工艺简图 万方数据 靳江波等氨法脱硫技术在大型燃煤电厂应用前景_ 2 ．5 硫酸铵的作用 氨法脱硫的最大特点是s 0 的可资源化，可 将污染物S O 回收成为高附加值的商品化产品。 硫酸铵俗称“肥田粉”，硫酸铵既是氮肥又是硫 肥，不仅含氮 2l ％ ，还含硫 2 4 ％ 。硫酸 铵是一种酸性肥料，更适用于碱性土壤和很多经 济作物。硫酸铵作为农用化肥与其他氮肥比较具有 独特的优越性，吸湿性小，不易结块，是一种速效 氮肥，生理酸性肥料，适合碱性、中性土壤。硫酸 铵是最早的氮肥品种，可直接施用或作为复混肥的 原料，广泛用来作为追肥、基肥和种肥。 氨法脱硫技术需注意的问题 3 ．1 氨源的稳定性及硫酸铵市场 对于一个工程而言，是否采用湿式氨法脱硫 技术，其氨 液氨或氨水 的可靠来源以及硫酸 铵肥料市场是最关键的决定因素。氨 或氨水 是合成氨和煤化工的产物，液氨或高浓度的氨水 属危险化学品，液氨的运输属于危险品运输的范 畴，不适宜长距离的运输，在吸收剂的选择及运 输、管理上应当结合安全性、经济性进行论证， 严格按照国家要求的安全管理办法进行管理。因 此，氨法脱硫技术适合氨资源可靠的燃煤电厂或 自产氨化工企业自备电厂的燃煤锅炉。 3 ．2 烟气含尘量 进入脱硫塔的锅炉烟气含灰量大小会对硫酸 铵的品质造成较大的影响，特别是对脱硫的外观颜 色，较大时颜色发黄，特别大时会造成脱硫系统阻 塞、硫酸铵无法结晶。根据硫酸铵G B 5 3 5 1 9 9 5 标准 的规定，如表1 所示。优等品硫铵含N2 l ％，含水 0 ．2 ％，含游离酸0 ．0 3 ％，则优等品每吨产品中最大 可能的含灰量5 ．7 3 2 4 k g ，一等品硫铵含N2 1 ％，含 水0 ．3 ％，含游离酸0 ．0 5 ％，则一等品每吨产品中最 大可能的含灰量4 ．5 3 2 4 k g ，合格品硫铵含N2 0 ．5 ％， 含水1 ％，含游离酸0 ．2 ％，则合格品每吨产品中最大 可能的含灰量1 9 ．6 1 0 1 k g ，脱硫塔对烟气中灰尘脱除 率按5 0 ％计算，优等品、一等品允许烟气的灰尘浓 度小于5 8m g ／N m ’，合格品允许烟气的灰尘浓度小 于2 5 0m g ／N m 3 。因此为达到高品质的硫酸铵通常有 以下两种除灰方式第一，减少烟气含尘量，如采 用高效电除尘、电袋除尘和袋式除尘等高效除尘方 式；第二，对部分硫酸铵溶液进行滤灰。 4 ．3 氯离子富集问题 一般通过C l 一的物料平衡计算，控制塔内C l - 浓 度在4 0 0 0 0 p p m 以下。如果超标将对设备构成腐严 重蚀，常规做法是定量抽出部分浆液直接喷洒到 干燥系统硫来调节系统C l - 平衡。 4 ．4 氨逃逸．气溶胶问题 氨逃逸和铵盐类气溶胶 烟雾 是氨法脱硫 技术需要高度关注的问题，是困扰氨法脱硫技术 的技术难题。目前主要采取充分优化吸收塔内部 结构、选择合理的液气比、精细调整p H 值及采 取高效氧化方式等减少氨逃逸和铵盐类气溶胶产 生。据氨法脱硫规范征求意见稿内对氨逃逸要求 控制在小于8m g ／N m 3 以内。 对于在脱硫塔出口安装湿式电除尘器的方式 去除气溶胶，目前存在争论还待进一步的研究。 5 应用前景分析 5 。1 工程实践应用 湿法氨法脱硫技术采用液氨或氨水作为吸收 剂，脱除烟气中的S O ，副产品为硫酸铵化肥，工 艺过程中不产生废水。此技术已实践证明是成熟 的、可靠的。据不完全统计，全世界目前使用氨 法脱硫的机组大约有l0 0 0 0 M W 。 5 ．2 脱硫效率高．能耗低、适合高硫煤 从吸收化学机理上分析，S O 的吸收是酸碱 中和反应，吸收剂碱性越强，越有利于吸收。氨 的碱性强于钙基 石灰石，石灰 。从吸收物理 机理上分析，钙基脱硫以“气一固反应”为主，反 应速度较慢，而且反应不完全，为此需要将其磨 细、雾化、循环等过程以提高吸收剂的利用率， 表1 硫酸铵规定标准 注硫酸铵作农业用时可不检验铁、砷、重金属和水不溶物含量等指标。 技术版I6 1 万方数据 表2 氨法脱硫和钙法脱硫技术特点比较表 序号比较项目氨法 石灰石一石膏法 。 吸收剂来源来源较广来源广泛 吸收剂 嬲薹翼液蓑霎拳慧薷之 。。⋯．。。。．⋯。。⋯。 吸收剂制备。．、。、．、系统简单，能耗低。 一。。系统复杂，能耗高 ．⋯，“ 副产品用途用途广泛用途广泛 副产品副产品实际市场市场容量大，前景好市场容量小，易积压造成二次污染 副产品的经济效益能产生较好的经济效益 无经济效益 ”⋯* - ⋯4 。‘√。 ⋯n 。- 一‘⋯ 一⋯⋯’一 工艺技术成熟性成熟成熟 废水处理 工艺系统 系器度 装置能耗 结垢 无，水耗低有，水耗高 系统简单系统复杂 吸收速度快，设备体积小，无二次污染吸收速度慢，设备体积大，有二次污染 低高 无结垢堵塞现象经常有结垢堵塞发生 造成能耗增加；而氨脱硫是以气一液反应为主，反 应速率快，反应完全，吸收剂利用率高，脱硫效 率高，能耗较低。仅就吸收过程而言，与钙基吸 收设备相比，氨吸收设备体积较小，能耗也低。 氨较石灰石或石灰活性大，对煤质变化、锅炉 负荷变化的适应性强。在我国能源供应紧张、煤源 不稳定的情况下，更显现出它的优势。如表2 所示。 总之，氨法脱硫具有脱硫效率高、能耗低、 运行成本低等优点，同时更能适应高硫份煤。通 过上表2 中氨法脱硫和钙法脱硫两种方式的比较， 不难看出前者具有较明显的优势。 5 ．3 有利于解决石膏二次污染问题肛。1 我国目前主流的脱硫技术为石灰石一石膏法脱 硫技术，过于单一，石膏综合利用的压力不断增 大，或因市场饱和，或因无法使用，抛弃后还占用 土地资源，形成“石头搬家”现象。脱硫废水难以 有效处理，因此以钙法为主的脱硫技术造成二次污 染、运行不经济等问题日益突现。 硫酸铵是氨法脱硫技术的副产品，可以单独 使用，也可以做复合肥原料，有着广阔的市场需 求。采用湿式氨法烟气脱硫可以有效的解决石膏 二次污染、运行不经济的问题。 5 ．4 积极响应国家节能减排 氨法脱硫技术充分利用氨的化学活性，可有 效减小吸收反应的液气比，即减少了吸收液的循 环量，从而有效降低了系统的电耗。同时氨法脱 硫技术利用原烟气热量塔内浓缩结晶，有效减少 了蒸汽消耗，从而进一步降低了系统的能耗。 中国有3 0 ％耕地因缺少硫元素而影响着粮食 的增产，因此可充分利用我国广泛的氨资源将污 染物s O 吸收资源化，转换为高附加值商品，变废 为宝实现国家减排目标。随着硫肥政策和方针实 施，预计在未来几年间，中国的硫肥使用将有较 大增长，包括硫在内的平衡施肥将对中国农业生 6 2l 技术版 产做出较大的贡献。 氨法脱硫技术避免了钙基脱硫为获取吸收剂 而开山凿石对环境的破坏，且避免将石灰石中二 氧化碳 C O 再次释放造成温室气体排放的二 次污染，属于真正环境友好型脱硫技术。 6结论 氨回收法技术可利用液氨、氨水、碳铵甚至化 工自产的废氨水等对锅炉烟气脱硫，生成的硫酸铵 作为化肥直接出售或作为复合肥的原材料，可实现 废物综合利用，以废治废、变废为宝，体现了循环 经济的发展思想。随着氨法脱硫技术在大型燃煤锅 炉中越来越多的应用，其技术越来越成熟，具备了 在大型燃煤火电厂推广应用的条件，是值得关注的 有广阔前景的脱硫技术。 参考文献 [ 1 ] 赵鹏高，严晨敏，潘超．二氧化硫排放总量控制若干问题 思考[ C ] ．2 0 0 6 年火电厂环境保护综合智力技术研讨会论文 集，2 0 0 6 2 7 3 0 ． [ 2 】王娟，张慧明．中国电力工业烟气脱硫的现状及发展趋势 [ J ] ．环境污染治理技术与设备，2 0 0 4 ，5 6 1 2 1 6 ． [ 3 ] 高云峰．我国火电厂烟气脱硫存在的问题及对策[ J ] ．电力环 境保护，2 0 0 4 ，2 0 2 3 - 4 ． 收稿日期2 0 1 1 - 0 3 3 1 作者简介 靳江波 1 9 8 0 一 ，男，河南新乡人，大学学士，从事锅 炉、脱硫、除尘、除灰等技术管理工作； 陆卫军 1 9 8 0 ～ ，男。河南歼封，大学学士，从事脱硫设备 管理工作。 万方数据