氨法脱硫工程应用中的几个问题探讨

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摘要：随着技术的进步和对氨法脱硫观念的转变，氨法脱硫技术的应用呈逐步上升趋势。文章介绍了氨法脱硫的基本原理和特点，并对其应用上的一些问题进行了探讨。

关键词：氨法脱硫;二氧化硫;氮氧化物;硫酸铵;吸收

中图分类号：F470.22 文献标识码：A

煤炭是我国的主要能源，其在能源中所占的比重达75%。随着我国经济的快速发展，与煤炭伴生的二氧化硫(SO2)和酸雨污染问题将更加突出，治理SO2污染，是我国能源和环境保护部门面临的严峻挑战川。为了解决跳污染的问题，科学家们开发了数百种脱硫工艺。在众多的脱硫方法中，氨法的应用呈逐步上升趋势。这是因为中国是个农业大国，化肥需求量大，氨法副产物硫钱既可作为肥料单独使用，也可作为复混肥的配合肥料，适合我国的国情。而氨是合成硫酸铵的主要原料，在我国每年生产合成氨4000多万吨，而且生产厂遍及全国，氨的来源广泛充足。因此，以氨为脱硫剂，副产物为硫酸铵的氨法脱硫工艺越来越受到青睐。

一、氨法脱硫概述

（一）、氨法脱硫的原理

当烟气中氧气时：

（二）、氨法脱硫的特点

氨是一种良好的碱性吸收剂，从吸收化学机理上分析，二氧化硫的吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越利于吸收，NH3的活动性大于CaCO3的溶解率。从吸收物理机理上分析，钙基吸收剂吸收二氧化硫是气-固反应，反应速率慢、反应不完全、吸收剂利用率低，需要大量的设备和能耗进行磨细、雾化、循环等以提高吸收剂利用率，往往设备庞大、系统复杂能耗高;而氨吸收烟气中的二氧化硫是气-液或气-气反应，反应速率快、反应完全、吸收剂利用率高、液气比低，可以做到很高的脱硫效率，同时相对钙基脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、系统阻力低、能耗低。另外，其脱硫副产品硫酸铵是一种农用肥料，副产品的销售收人能部分甚至完全抵消运行费用。最后，通过合理的系统设计，可以做到无污水排放，避免二次污染。

氨法的另一个显著优点是能够附带脱除烟气中部分氮氧化物，因为氨与二氧化硫反应产物中的NH4HS03和（NH4）2S03能够与氮氧化物反应。

二、氨法脱硫工程相关问题的探讨

氨法脱硫在很多方面有明显的优势，但工程应用方面还缺乏足够的经验。下面就其它类似装置氨法脱硫工程调试及运行的相关问题进行探讨。

（一）、氨法脱硫效率的影响因素

(l)喷嘴的影响

氨水的雾化效果对脱硫效率高低具有关键作用。雾化效果越好，氨水与SO2的接触面积越大。当氨水和烟道中的SO2最大限度地接触才有可能提高脱硫效率。对于相同的烟气量，气液接触面的增加不能简单地用增加氨水量来提高脱硫效率，应通过喷雾技术质的提高来获得高的质量，超微液滴和大的覆盖面使氨水在整个吸收器中最大限度地充满整个空间段，使烟气在此段时和千千万万个氨水液滴接触，达到高效率脱硫。超细液滴的喷雾质量可以大大节约用水量和氨。

在洗涤塔横截面上的不同区域，二氧化硫的浓度各不相同，洗涤塔的物质转化区域内烟气流速与喷淋密度之间的不均匀分配会造成洗涤塔的总体去除效率不同，因此必须通过合理布置喷嘴的角度及数量来消除烟气短路现象，保证高的脱硫效率。

(2)温度的影响

在不同温度和湿度SO2-NH3-H2O。的气态反应，产物是反应式(l)和反应式(4)的反应产物(在相对高温下更是如此)，并且报道了SO2脱除率、NH3利用率和产物组分，实验结果与热力学平衡计算结果是吻合的。试验结果还显示，反应温度的增加将导致SO2脱除率的显著下降，当温度约为55℃和水蒸气体积含量为2.1%时，SO2脱除率下降到零。

图1氨法脱硫的典型过程

图1为在开式系统实验中NH3法脱硫的典型过程，实验在27℃下进行，NH3对SO3的脱除率达到98%。

(3)氨水喷入量的影响

喷人氨水量越大，液气比越大，SO2与氨水接触机会也相应增加，脱硫效率相应提高。但随着氨水量的增加，脱硫设备排出废液的PH值呈上升趋势，当PH>7时，说明氨水利用率下降，过多的氨水，易造成氨气的溢出、气溶胶以及副产物硫酸铵质量问题。但喷人氨水量过低时，脱硫效率降低。因此存在一个最佳的氨水喷入量，这需要根据烟气具体的含硫量和脱硫设备的形式确定。

(4)氨水浓度的影响

在气液比一定的情况下，氨水浓度增加，氨侧的传质速度加快，缩短了氨与SO2反应时间，脱硫效率相应提高，但氨耗也相应增加。选用的氨水浓度低，会有利于氨水的雾化，提高氨水的利用率。因此在实际运行时要兼顾脱硫效率和氨水成本两个方面。

(5)水质的影响

不同地区水中含有的Ca2+、Mg2+等离子浓度不同，因此脱硫反应用水要充分考虑水质情况。当温度连续超过500C时，喷嘴管路容易出现结垢现象，影响了氨水的喷人量，降低了脱硫效率。河南焦作化电集团的氨法脱硫系统中氨水喷嘴管路靠近反应器段温度在120℃左右，结垢现象明显。分析发现，此地水Ca2+,Mg2+含量较高，易结垢，改用电厂软化水后，问题基本解决。

（二）、选择氨法脱硫应注意的问题

选择氨法脱硫工艺时必须因地制宜全面考虑各种因素。

(1)氨水的来源问题

氨法脱硫工艺用低浓度的氨水(5%-10%)或液氨(99.5%)作为吸收剂。氨的价格不菲，并且氨物理化学特性较特殊，对运输、储存、应用都有一定的要求。供氨要考虑交通运输方便和是否符合化工安全规范;卸氨和储氨时要防止氨的泄漏。因此，附近有液氨生产厂家是应用氨法脱硫的一个有利条件，假如能近到用管道输送氨则更为理想。

(2)脱硫设备场地占用问题

氨法脱硫工艺占地面积小，甚至不需要脱硫增压风机，适合预留地较少的老厂改造。但当硫酸铵提取纯度要求较高时，需要高效率蒸发器提取硫酸铵，该设备占地面积较大，需根据实际情况具体确定。

(3)煤中含硫量问题

煤中含硫量高，更适合应用氨法脱硫。虽然氨耗相应增加，但副产品硫酸铵产生也相应增多，一般是1kgNH3产生3kg的硫酸铰。副产品销售利润远可以抵消购买氨水成本。中国南方煤矿含硫量较高(一般在2%以上)，电厂不允许烧高硫煤，只能用北方运去的低硫煤。应用氨法脱硫，电厂可改烧中高硫煤，降低发电成本。

在不允许废水排放、副产物不允许抛弃等环保要求较高的地区，即使煤中含硫量低，也适合应用无二次污染的氨法脱硫工艺。

(4)副产品销售问题

副产品能否售出和以什么样的价格售出，是影响氨法脱硫工艺经济性的关键。如找到合适的销售源，不但会有投人，而且会得到大的产出。如果附近有化肥厂且能够用管道输送硫酸铵溶液，则更为理想。如其副产品不能有效售出，则会增加比钙法高的脱硫成本。随着我国对复合肥料的需求增加，对硫酸铵的需求也会增加，副产品会更容易销售。

(5)工艺的可行性

脱硫工艺的脱硫能力、运行可靠性和稳定性、对复杂工况的适应能力、运行维护量、设备的可靠性等是选择脱硫工艺的重要因素。国内选择工艺一般要考虑是否有相似条件的应用业绩。石灰石/石膏法在世界上应用最广泛，在世界各地有大量的应用和运行业绩。氨法脱硫工艺包括电子束氨法和改进后的氨水洗涤脱硫工艺目前在我国尚没有100MW以上的应用业绩，因此在选择该工艺时应详尽了解其现有装置的实际情况，以求准确判断工艺的可行性。

总之，氨法脱硫在很多方面有自身的优势。随着氨法脱硫技术的逐步完善，工程应用方面经验的不断完善，氨法脱硫有很好的推广应用前景。该烟气脱硫工程投产后不仅减少了大气主要污染物的排放量，还为当地化肥行业提供了大量的硫酸铵化肥。此部分副产品的价值加上减缴的SO2排污费，社会效益、环境效益、经济效益是十分显著的。

参考文献

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