氨法烟气脱硫技术综述Review on ammonia flue gas desulfurization徐长香,傅国光(镇江江南环保工程建设有限公司,江苏镇江212009)摘要:简述了多种氨法烟气脱硫的原理和技术特点。
主要介绍了湿式氨法烟气脱硫技术,为烟气脱硫技术的选择提供参考。
关键词:氨法;烟气脱硫;回收法;湿式氨法Abstract:Am monia s crubbing technology has been developed over the last few years.Wet amm onia flue gas desulfu-rization(FGD)process offers an unique advantage of an attractive amm onium sulfate by-product that can be used as fertilizer.Key words:flue gas desulfurization;recoverable process,wet am monia FGD process.中图分类号:X701.3 文献标识码:B 文章编号:1009-4032(2005)03-0017-041 氨法脱硫的发展20世纪70年代,日本、意大利等国开始研究氨法脱硫工艺并相继获得成功。
由于氨法脱硫工艺主体部分属化肥工业范筹,当时该技术未能在电力行业得到广泛应用。
随着合成氨工业的不断发展以及对氨法脱硫工艺的不断完善和改进,进入90年代后,氨法脱硫工艺逐步得到推广。
国外研究氨法脱硫技术的企业主要有:美国的GE、Marsulex、Pircon、Babcock&Wilcox;德国的Lentjes Bischoff、Kr upp Koppers;日本的NKK、IHI、千代田、住友、三菱、荏原等。
目前在国内成功应用的湿式氨法脱硫装置大多从硫酸尾气治理中发展而来,主要的技术供应商有江南环保工程建设有限公司、华东理工大学等。
现国内湿式氨法脱硫最大的应用项目是天津永利电力公司的60MW机组烟气脱硫装置。
近年来出现的磷铵法、电子束法、脉冲电晕放电等离子体法等烟气脱硫脱硝技术皆是氨法的演变与发展,改进之处在于降低水耗、改进氧化及后处理、降低装置压降、提高脱硝能力等,以求氨法烟气脱硫技术更加经济、更加适应锅炉的运行。
2 氨法脱硫的技术原理2.1 氨法脱硫工艺特点氨法脱硫工艺是以氨作为吸收剂脱除烟气中的SO2。
其特点是:①氨的碱性强于钙基吸收剂;②氨吸收烟气中SO2是气—液或气—气反应,反应速度快,完全,吸收剂利用率高,可以达到很高的脱硫效率。
相对于其他钙基脱硫工艺来说,系统简单、设备体积小、能耗低。
另外,其脱硫副产品硫酸铵是一种常用的化肥,副产品的销售收入能大幅度降低运行成本。
根据氨与SO2、H2O反应的机理,氨法脱硫工艺主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。
2.2 电子束氨法(EBA法)与脉冲电晕氨法(PPC P 法)EB A与PPCP法分别是用电子束和脉冲电晕照射70℃左右、已喷入水和氨的烟气。
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OH、O、H O2等多种活性粒子和自由基。
在反应器中,SO2、NO被活性粒子和自由基氧化成SO3、NO2,它们与烟气中的H2O相遇形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其他中和物存在的情况下生成(NH4)2SO4/NH4NO3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还具有除尘功能。
这两种氨法能耗和效率尚需改善,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。
EB A法脱硫工艺流程见图1。
17图1 电子束氨法脱硫工艺流程2.3 简易氨法已商业化的简易氨法有TS 、PS 等脱硫工艺,它们主要基于气相条件下的H 2O 、NH 3与SO 3间的快速反应。
因其脱硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定亚铵盐,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放后又会分解成SO 2,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。
工艺流程见图2。
图2 简易氨法(TS /P S 法)脱硫工艺流程2.4 湿式氨法2.4.1 湿式氨法脱硫工艺系统氨水洗涤脱硫工艺主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵生产系统(若非氨-硫铵法则是与其工艺相对应的副产物制造系统)等组成。
核心设备是脱硫洗涤塔。
2.4.2 湿式氨法的工艺流程湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺,该工艺既脱硫又脱氮。
湿式氨法脱硫工艺过程一般分成脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造3个步骤。
根据过程和副产物的不同,湿式氨法又可分为氨-硫铵肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等。
2.4.3 几种湿式氨法脱硫工艺(1)AMASOX 氨法工艺能捷斯-比晓夫公司将传统氨法改造为AMA -SOX 法。
主要改进之处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,解决净化后烟气中存在的气溶胶问题。
AMASOX 氨法工艺流程见图3。
图3 A MASOX 氨法脱硫工艺流程(2)Walther 氨法工艺最早由卢伯(krupp kroppers )公司开发的Walther 工艺,其工艺流程为除尘后的烟气经过热交换器,从洗涤塔上方进入,与氨气(25%)并流而下,氨水落入池中,再用泵抽入吸收塔内,循环喷淋烟气。
烟气则经除雾器后进入高效洗涤塔,将残存的盐溶液洗涤出来,清洁烟气经热交换器加热后从烟囱排放。
Walther 氨法工艺流程见图4。
(3)GE 氨法工艺20世纪90年代,美国GE 公司开发了GE 氨法工艺,并在威斯康辛州kenosha 电厂建成一座500MW 的工业性示范装置。
其工艺流程为:除尘后的烟气经换热器后进入冷却装置,用高压喷淋水雾降温、除尘,冷却到接近饱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18层,使洗涤液和烟气得以充分混合接触,脱硫后的烟气经塔内的湿式电除雾器除雾后,再进入换热器升温,然后经烟囱排放。
脱硫后的洗涤液进入结晶系统形成副产品硫酸铵。
图4 Walther 氨法脱硫工艺流程 (4)NKK 氨法NKK 氨法是日本钢管公司开发的工艺。
其流程见图5。
该吸收塔从下往上分三段,下段是预洗涤除尘和冷凝降温,此段未加入吸收剂。
中段是加入吸收剂的第一吸收段,上段为第二吸收段,但不加吸收剂,只加工艺水。
吸收处理后的烟气经加热器升温后由烟囱排放。
亚硫酸铵的氧化在单独的氧化反应器中进行。
氧化用的氧由压缩空气补充,氧化剩余气体排向吸收塔。
图5 NKK 氨法脱硫工艺 (5)NADS 氨法工艺“九五”期间,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SO 2回收净化技术,简称NANS 。
其流程见图6。
图6 NAD S 氨法工艺流程3 湿式氨法工艺的应用业绩 目前国内规模最大的湿式氨法烟气脱硫装置是由镇江江南环保工程建设有限公司在天津永利电厂60MW 机组上建设的,现已通过竣工验收。
该装置不设增压风机,设蒸汽烟气加热器,设计装置总压降为1200Pa 。
脱硫剂为15%的氨水,副产农用硫酸铵。
该装置全负荷运行时的压降小于1050Pa 。
净192005年 徐长香等:氨法烟气脱硫技术综述 第2期化后烟气水分9.5%,氨6mg/m3,夏季排烟为淡白色;烟气无须加热直接从烟囱排放;副产硫铵为白色晶体,其中氮分21.16%,水分0.07%,游离酸0.03%,符合GB535—1995一级品标准。
该装置运行的相关经济技术指标见表1。
表1 天津永利电力公司60MW电站锅炉烟气氨法脱硫装置运行参数项 目消耗量项 目消耗量锅炉蒸发量/t·h-1260工程能耗/kW235发电能力/MW60氨水(15%)耗量/t·h-13.345烟气量/m3·h-1335000工艺水耗量/t·h-112烟气SO2/%0.1043烟气再热蒸汽耗量/t·h-12.3脱硫率/%94.60产品干燥蒸汽耗量/t·h-12.4脱硫量/t·h-10.944副产品/t·h-11.9684 氨法脱硫技术应用前景 氨法脱硫工艺具有无废水、废渣,副产品可作为农用肥料等特点。
从实际运行效果看,是一种适合中国国情的烟气脱硫技术。
截至2005年,我国合成氨将突破3300万t/a,供应烟气脱硫的资源非常丰富。
另外,脱硫剂氨来自于化肥又回到化肥,不论对环境和国民经济都不会造成负面影响。
相反,因其回收了硫元素,符合农业部门对硫肥日益增长的需求。
随着氨法脱硫技术的发展,氨法脱硫装置的投资已低于钙法,技术难点也已有了突破,其应用前景将越来越广阔。
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(上接第14页)据库,该库主要是喷淋管厂家提供的标准管径以及喷嘴与喷淋管之间纵向、横向最小连接距离等参数。
另一类是计算结果数据库,该数据库包括主喷管、支喷管直径、喷嘴位置、各节点流速、管径等参数。
3.5 喷嘴覆盖率可视化 为了解喷嘴布置设计效果,需要给出喷淋层覆盖率、覆盖均匀率以及脱硫塔内喷嘴覆盖情况。
本系统所建立的喷淋层覆盖率、覆盖均匀率计算模块,根据喷嘴实际布置情况,可以计算出喷淋层覆盖率和覆盖均匀率,并给出计算结果的界面显示。
此外,通过绘图,用不同颜色给出脱硫塔内喷淋层覆盖情况,让设计者直观、定量地了解脱硫塔内各点覆盖情况。
3.6 喷嘴布置设计CA D图形绘制 在完成喷嘴布置设计后,需要将设计方案用AutoCAD出图。
本系统利用Visual C++语言,完成AutoCAD所需绘图参数文件,自动启动AutoCAD系统,实现喷嘴布置设计图输出。
因此,该系统的研发实现了湿法烟气脱硫喷嘴布置设计输入、计算、设计方案修改及结果输出的界面化、自动化和程序化。
4 结语 湿法烟气脱硫喷嘴布置计算机辅助设计系统是在总结设计经验的基础上,以Visual C++为主要开发工具,对湿法烟气脱硫塔内喷嘴布置进行可视化设计。