氨法脱硫技术

论文题目：提升燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺氨的综合利用效率

主要内容：燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺氨的综合利用效率，关系到氨法脱硫的运行成本，同时最为关键的氨的综合利用效率低会造成氨的逃逸量大，形成气溶胶，在烟囱排放时形成较长的烟羽不能有效扩散。通过改造塔内喷淋结构，增加吸收浆液循环量，提高浆液的覆盖率；通过气体再分布装置，增强气体分部效果；改变吸收剂氨的加入方式，实现吸收段浆液PH至分级阶梯控制；利用水洗段洗涤烟气，吸收烟气中逃逸的游离氨，水回收利用；合理控制一级浆液的氧化率，一级浆液的比重，提高吸收浆液的吸收速率。通过以上改进和工艺优化，提升氨的综合利用效率，可以较为有效的控制烟羽的长度。

一、氨法脱硫技术：

燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺利用气氨或氨水做为吸收剂，气液在脱硫塔内逆流接触，脱除烟气中的SO2。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，越有利于吸收，氨的碱性强于钙基吸收剂；而且从吸收物理机理分析，钙基吸收剂吸收二氧化硫是一种气固反应，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，设备庞大、系统复杂、能耗高；氨吸收烟气中的二氧化硫是气液反应，反应速率快，反应完全、吸收剂利用效率高，可以做到很高的脱硫效率。同时相对于钙基脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、能耗低。脱硫副产品硫酸铵是一种农用废料，销售收入能降低一部分成本。就吸收SO2

而言，氨是一种比任何钙基吸收剂都理想的脱硫吸收剂，就技术流程可知，整个脱硫系统的脱硫原料是氨和水，脱硫产品是固体硫铵，过程不产生新的废气、废水和废渣。既回收了硫资源，又不产生二次污染。

氨法脱硫吸收反应原理：

NH3+H2O+SO2=NH4HSO3 （1）

2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3 （2）

(NH4)2SO3+H2O+SO2=2NH4HSO3 （3）

NH3+NH4HSO3 = (NH4)2SO3（4）

在通入氨量较少时发生①反应，在通入氨量较多时发生②反应，而式③表示的才是氨法中真正的吸收反应。在吸收过程中所生成的酸式盐

NH4HSO3对SO2不具有吸收能力，随吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3含量增加，吸收液吸收能力下降，此时需向吸收液中补氨，发生④反应使部分NH4HSO3转变为(NH4)2SO3，以保持吸收液的吸收能力。因此氨法吸收是利用(NH4)2SO3-NH4HSO3的不断循环的过程来吸收烟气中的SO2，补充的NH3并不是直接用来吸收SO2，只是保持吸收液中(NH4)2SO3的组分量比。

吸收后的浆液利用空气进行强制氧化，

NH4HSO3+1/2O2= NH4HSO4

(NH4)2SO3+1/2O2=( NH4)2SO4

氨化反应：

NH3+NH4HSO3 = (NH4)2SO3（1）

NH3+NH4HSO4 = (NH4)2SO4（2）

氧化后的硫酸铵采用塔内结晶技术，利用热烟气将浆液的水分蒸发，硫酸铵浆液在塔内浓缩结晶后，固含量约5％～15%的硫酸铵浆液由结晶泵送入旋流器进行初步固液分离，清液进入料液槽，底流（固含量20％～

40％）进入缓冲槽继续沉降分离。缓冲槽溢流清液进入料液槽，底流（固含量40％～60％）进入离心机分离。离心机分离的清液进入料液槽，离心分离出硫酸铵进入干燥系统经热风干燥至含水量小于1％，即可包装得到成品。料液槽内的清液经料液泵送回吸收塔循环系统二级循环槽进行循环使用。

就技术流程可知，整个脱硫系统的脱硫原料是氨和水，脱硫产品是固体硫铵，过程不产生新的废气、废水和废渣。既回收了硫资源，又不产生二次污染。其主要技术特点如下：

1）单塔设计，有效降低成本，节约空间；

2）空塔喷淋，降低系统压降，节约电能；

3）大循环量，增大液气比来弥补因浓度上升，脱硫效率下降的缺点，保证脱硫效率；

4）烟气喷淋降温技术，使烟气温度尽快达到氨法脱硫的最佳温度，增加脱硫效率，从而尽量降低塔本身的高度；

5）烟气直排工艺，彻底解决了原烟囱腐蚀的问题，降低了烟气加热的设备投资，运行成本和维修成本；

6）改进搅拌方式，降低成本，增强氨法脱硫技术的市场竞争力；

7）硫酸铵回收系统采用新工艺，根本上解决了传统硫酸铵回收；

8）整个过程中不产生废水、废气、废渣，无二次污染；

9）工艺与石灰石-石膏类似，但副产品是以硫酸铵的形式出现的，而硫酸铵是重要的化肥产品，它的工艺符合循环经济的原则；

二、第一代氨法脱硫技术：

第一代氨法脱硫工艺一般设置一级吸收循环泵2台，吸收喷淋层1-2两层，吸收喷淋浆液回流至氧化段内用空气进行强制氧化。吸收剂氨加入位置一般设置在一级吸收循环泵出口或吸收浆液回流管道上。烟气经过吸收段后，一般设置1-2层平板折流板除雾器，经初五后进行排放。第一代氨法脱硫工艺，吸收喷淋层设置较少，浆液的覆盖率100%-150%之间，吸收效率较低。氨的综合利用效率较低一般小于90%，未能利用的氨随烟气逃逸。氨的综合利用效率低造成脱硫吸收剂成本高，同时氨的逃逸形成气溶胶，造成烟囱烟羽较长。当前，我国大气污染形势严峻，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定。为了改善大气环境质量，国家与部分地方政府针对火电行业制定了日趋严厉的污染物排放标准，要求采取措施进行污染治理。在环保要求越来越高的社会背景下，尤其是目前倡导的超低排放，氨法脱硫装置烟囱的拖尾问题，给公司带来很大的环保压力，消减烟囱拖尾、减少气溶胶排放、使之达标排放势在必行。

三、提高氨综合利用效率的主要改造内容：

氨法脱硫改造重点应首先考虑强化塔内的吸收反应，吸收反应是传质和吸收的过程，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制。强化吸收反应的措施主要有：

1）采用逆流传质，增加吸收区平均传质推动力；

2）增加气相和液相的流速，改变气膜和液膜的界面强化传质；

3）加快已溶解二氧化硫的电离和氧化；

4）提高PH值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力；

5）在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如增大液气比、减小液滴粒径、调整喷淋层间距等；

6）保持均匀的流场分部和喷淋密度，提高气液接触的有效性。

1、改变吸收浆液分部方式

根据脱硫塔吸收段使用槽式分布器的实际情况看，因溶液在槽式分布器内，溶液的分部不均匀，必须与填料结合使用。通过填料的再分布使气液在填料的表面接触。由于浆液结晶及灰尘，较易造成导流槽堵塞，溶液偏流，不能形成均匀分布，使用后期造成布液不均。同时填料随使用时间的延长易堵塞，溶液和气体形成偏流或壁流，形成了烟气空洞，出口SO2不能得到有效控制。为使出口SO2达标排放，必须过量的加氨。氨的利用效率降低，氨逃逸增加。去除槽式分布器，改用高效喷头，循环泵将循环浆液输送至喷淋层，经喷淋管上的喷嘴喷射出雾状液滴，形成吸收烟气SO2的液体表面。每层喷淋管网布置了足够数量的喷嘴，相邻喷嘴喷出的水雾相互搭接叠盖，不留空隙，形成完全覆盖吸收塔的整改断面。对各层喷淋管可以采用母管制供浆，但最通常的做法是一台循环泵对应一个喷淋层。这样可以根据机组负荷、燃煤含硫量以及不同工况下所要求的洗涤效率来调整喷淋泵的投运台数，从而达到节能效果。也有的按照满负荷工况设置一台备用泵，做为事故备用，或当燃用煤的校核煤种时作备用喷淋层投运。

喷淋系统设计要点：

1）喷淋装置的设计应结合吸收塔结构及烟气量、循环浆液量等综合考虑。喷淋层数量一般不少于三层，可以采用双向喷嘴、也可采用单向喷嘴，喷嘴的布置确保浆液覆盖率200%-300%。在取消烟气旁路时，喷淋层

至少应设置一层备用层。

2）喷淋母管和支管管径、变径等的设计要合理，以保证各个喷嘴处流量及压力均匀稳定。变径、接口、接头处要光滑过渡，以减小阻力。

3）喷淋管应适应浆液的特性，包括浆液成分、含固量、温度、压力、黏度、PH值、氯离子浓度等。

4）喷嘴的选型和设计对流量和压力应有一定的适应性。雾化粒径与烟气流速要匹配，粒径太粗气液接触不充分，减少水滴直径可以增加传质面积，延长液滴在塔内的停留时间。两者均对脱硫效率起积极作用。但粒径太细雾滴容易被烟气带走。近塔喷嘴的扩散角和安装位置要合理，以减少壁流量和对塔壁的冲刷。顶层喷淋，与除雾器安装间距应考虑。

2、提高液气比

液气比（L/G）吸收循环量与烟气量的比值，烟气量取吸收塔入口干基标况流量。液气比是湿法FGD系统设计和运行的重要参数之一，液气比的大小反映了吸收过程推动力和吸收速率的大小，对FGD系统的技术性能和经济性具有重要的影响。液气比直接决定了循环泵的数量和容量，也决定了氧化槽的尺寸，对脱硫效果、系统阻力、设备一次投资和运行能耗等影响很大。在吸收塔设计中，循环浆液量的多少决定了SO2吸收表面积的大小，在其他参数恒定的情况下，提高液气比相当于增大了吸收塔内的浆液喷淋密度，从而增大了气液传质减少吸收塔壁流，提高塔内有效液气比在吸收塔喷淋区增设导流圆环将上行的烟气引入喷淋西地区，防止烟气爬壁短路，同时将沿壁下流的浆液再次引入喷林区。提高吸收塔近塔壁区域的有效液气比，提高脱硫率，同时可防止吸收塔内壁上浆液冲刷，提高防

腐内衬的使用寿命。

3、吸收段结构优化，强化传质效果，提高覆盖效果，避免烟气短路及偏流

烟气和吸收液的流场分布直接决定着吸收塔内的传质、传热和反应进行程度。吸收塔烟道入口布置向下有足够的倾斜坡度，保证烟气的停留时间和均匀分部，避免烟气的旋流和壁面效应。要实现SO2排放浓度低于35mg/Nm3的控制目标，需提高吸收段高度，增加塔内喷淋层数量改造后增加至3-4层。塔内喷淋每层之间进行合理布置，使浆液覆盖全面，避免形成空洞。对塔内件进行优化和调整，使进入吸收塔内的烟气分布均匀，避免偏流问题，提高传质效果，从而提高脱硫效率。减少吸收塔壁流，提高塔内有效液气比在吸收塔喷淋区增设导流圆环将上行的烟气引入喷淋西地区，防止烟气爬壁短路，同时将沿壁下流的浆液再次引入喷林区。提高吸收塔近塔壁区域的有效液气比，提高脱硫率，同时可防止吸收塔内壁上浆液冲刷，提高防腐内衬的使用寿命。

4、吸收段浆液PH值阶梯控制

一级循环改为高、低位取液，即吸收一、吸收二、吸收三分别单路循环，吸收一、吸收二循环为主循环吸收，直接在氧化段高位取液，由于氧化风在氧化段底部进入到高液位时，氧化段高位一级液中含有较多的(NH4）HSO3、(NH4)2SO3；氨水加入氧化段高位，一级循环泵入口处，母液PH值偏高，利用塔内容积增加氨化吸收液的有效混合，实现NH3与(NH4）HSO3 充分反应生成(NH4)2SO3，用二台一级泵将该母液通过吸收一、吸收二管道打到吸收段下部吸收，用(NH4)2SO3吸收SO2生成(NH4）HSO3，减少游离氨直接与SO2的反应减少烟气中硫酸盐含量，改变原工艺流程吸收液中亚硫酸盐含量较少的不足问题，同时循环部分亚硫酸盐可减轻氧化段负荷。吸收三循环为一台一级泵从氧化段下部取液送吸收段上部，该部分

浆液，亚盐较少，溶液中的PH值较低，游离氨相对较少，既起到洗涤吸收烟气中SO2的作用，又减少了氨逃逸，实现出塔烟气SO2达标，同时部分溶液补入浓缩段产出成品硫铵。对一级吸收、二级吸收、三级吸收的PH 值分别控制，减少从吸收段烟气中带走的硫酸盐量。

5、增加水洗系统

烟气经一级浆液吸收后脱除了烟气中的SO2,烟气中夹带了部分一级浆液，浆液中的主要组分为铵盐。同时还夹带一部分未完全反应的游离氨。游离氨和铵盐随烟气进入烟囱排放，会造成出口总固体颗粒物含量高，游离状态的氨与烟气中的SO2还会反应生成气溶胶，造成烟羽拖尾严重。在吸收段后增加水洗段，利用铵盐和游离氨易溶于水的特性，利用清水洗涤吸收段后烟气中的铵盐和游离氨，消除了烟羽拖尾问题，同时回收了逃逸的氨。水洗段抽出部分浓水作为一级浆液的补水，综合利用提高了氨的综合利用效率。水洗段可以设置1-2层。

6、合理设置除雾装置

吸收段出口烟气中不可避免的会夹带一部分浆液雾滴，在吸收段顶部设置2-3层除雾器，当带有液滴烟气进入人字形板片构成的狭窄、曲折的通道时，由于流线偏折产生离心力，将液滴分离出来，液滴撞击板片，部分黏附在板片避免上形成水膜，缓慢下流，汇集成较大的液滴落下，从而实现气水分离，可以有效去除烟气中夹带的浆液雾滴，除雾器定期进行冲洗防止堵塞。

水洗段后的烟气较为洁净，不容易发生堵塞，在水洗段后设置除雾板间距较小的高效除雾器，可以除去烟气中夹带的细小雾滴。

三、改造后达到的效果：

通过对传统氨法脱硫系统进行升级改造，改造塔内喷淋结构，增加吸收浆液循环量，提高浆液的覆盖率；通过气体再分布装置，增强气体分部效果；改变吸收剂氨的加入方式，实现吸收段浆液PH至分级阶梯控制；利用水洗段洗涤烟气，吸收烟气中逃逸的游离氨，水回收利用；合理控制一级浆液的氧化率，一级浆液的比重，提高吸收浆液的吸收速率。通过以上改造和工艺优化，提升氨的综合利用效率，氨的综合利用效率达到97%以上，脱硫效率达到99%以上，脱硫塔出口氨逃逸小于5mg/Nm3，杜绝了气溶胶的形成，净烟气达到超低排放的标准，同时可以较为有效的控制烟羽的长度。