氨法烟气脱硫

来自《环保时代》2005年3月

徐长香傅国光

【关键词】氨法烟气脱硫回收法湿式氨法

【摘要】本文简述了氨法烟气脱硫的原理、发展历史、各技术的特点。主要介绍了湿式氨法烟气脱硫的技术，为烟气脱硫技术的选择特别是选用氨法烟气脱硫技术提供参考。

Summarization of ammonia flue gas de-sulfurization process technology

Xu chang-xiang Fu guoguang

(Zhenjiang Jiangnan Environmental Engineering Co.,Ltd)

Key word:ammonia de-sulfurization, flue gas de-sulfurization, recoverable process, wet ammonia FGD process

Abstract: Ammonia scrubbing technology has been under development over the last few years .Wet ammonia flue gas de-sulfurization(FGD) process offers the unique advantage of an attractive ammonium sulfate by-product that can be used as fertilizer.

据统计，中国1995年SO2排放量为2370万吨，占世界第1位。SO2排放量剧增使大多数城市SO2浓度处于较高的污染水平。SO2排放量的增加，使中国的酸雨发展异常迅速，严重的酸性降水和脆弱的生态系统使我国经济损失严重，1995年，仅酸雨污染给森林和农作物造成的直接经济损失已达几百亿。

随着经济的发展、社会的进步和人们环保意识的增强，工业烟气脱除SO2日益受到重视。由于历史的原因，目前主流的脱硫技术仍为钙法，但钙法脱硫的二次污染、运行不经济等问题日益显现出来，于是，氨法脱硫技术逐渐受到关注，许多的企业、研究单位对氨法脱硫技术的前景作出了乐观的评价。

国内已成功地在60MW机组烟气脱硫工程上使用了氨法，其各项经济技术指标居脱硫业的领先水平。

由于氨法脱硫工艺自身的一些特点，可充分利用我国广泛的氨源生产需求大的肥料，并且氨法脱硫工艺在脱硫的同时又可脱氮，是一项较适应中国国情的脱硫技术。为帮助大家全面了解氨法，本文对氨法脱硫技术的发展、机理和不同技术的特点进行简述，并侧重介绍湿式回收法氨法脱硫技术。

1 氨法脱硫技术概况

1.1 氨法脱硫工艺特点

氨法脱硫工艺是采用氨作为吸收剂除去烟气中的SO2的工艺。氨法脱硫工艺具有很多特点。氨是一种良

好的碱性吸收剂，氨的碱性强于钙基吸收剂；而且氨吸收烟气中SO2是气-液或气-气反应，反应速度快、反应完全、吸收剂利用率高，可以做到很高的脱硫效率，相对于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。

1.2 氨法脱硫的发展

70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，这对电力企业而言较陌生，是氨法脱硫技术未得到广泛应用的最大因素，随着合成氨工业的不断发展以及厂家对氨法脱硫工艺自身的不断完善和改进，进入90年代后，氨法脱硫工艺渐渐得到了应用。

国外研究氨法脱硫技术的企业主要有：美国：GE、Marsulex、Pircon、Babcock & Wilcox；德国：Lentjes Bischoff、Krupp Koppers；日本：NKK、IHI、千代田、住友、三菱、荏原；等等。

国内目前成功的湿式氨法脱硫装置大多从硫酸尾气治理技术中发展而来，主要的技术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业绩是碱厂天津的60MW机组的烟气脱硫装置。

近来出现的磷铵法、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、提高脱硝能力等方面，以求使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

氨法脱硫工艺皆是根据氨与SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的，主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。

2.1 电子束氨法（EBA法）与脉冲电晕氨法（PPCP法）

电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的、已降温至70℃左右的烟气，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、HO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里，烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2，与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情况下生成（NH4）2SO4/NH4NO3的气溶胶，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本身同时具有除尘功能。

其工艺流程见图2.1.

这两种氨法能耗和效率尚要改进，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。

2.2 简易氨法

简易氨法已商业化的有TS、PS氨法脱硫工艺等，主要利用气相条件下的H2O、NH3与SO2间的快速反应设计的简易反应装置，严格地讲简易氨法是一种不回收的氨法，其脱硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定的亚铵盐，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空后又会有部分分解出SO2，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2-2：

2.3 湿式氨法

湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺，并且湿式氨法既脱硫又脱氮。湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤：脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造。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-磷铵肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等。主要流程见图2-3。

2.3.1 吸收过程：

脱硫吸收过程是氨法烟气脱硫技术的核心，它以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础：

SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3 （1）

得到亚硫酸铵中间产品。其中，x=1.2－1.4。

直接将亚铵制成产品即为亚硫酸铵法

2.3.2 中间产品处理

中间产品的处理主要分为两大类：直接氧化和酸解。

1）直接氧化——氨-硫铵肥法

在多功能脱硫塔中，鼓入空气将亚硫铵氧化成硫铵，其反应为：

(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2)

2）酸解——氨酸法

用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解，生成相应的铵盐和气体二氧化硫。反应如下：

(NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O (3)

(NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O (4)

(NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4) 2HPO4+SO2+H2O (5)

2.3.3 副产品制造

中间产品经处理后形成了铵盐及气体二氧化硫。铵盐送制肥装置制成成品氮肥或复合肥；气体二氧化硫既可制造液体二氧化硫又可送硫酸制酸装置生产硫酸。而生产所得的硫酸又可用于生产磷酸、磷肥等。

2.4 湿式氨法的脱氮作用

湿式氨法在脱硫的同时又可起一定的脱氮作用。

反应式为：

2NO十02＝2N02

2N02十H20＝HN03 ＋HN02

NH3＋HN03 = HN4NO3+H2O

NH3＋HN02 = HN4NO2+H2O

4（HN4）2SO3＋2N02 = N2 ＋4（HN4）2SO4

3 湿式氨法脱硫工艺系统一般组成

氨水洗涤脱硫工艺设备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-硫铵法则是于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。

4 几种湿式氨法脱硫工艺

4.1 Walther氨法工艺

湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯（krupp kroppers）公司开发于七八十年代的氨法Walther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（25%）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。

工艺流程见图3-1。

4.2 AMASOX氨法工艺

传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶胶问题没得到解决。能捷斯-比晓夫公司对传统氨法进行了改造和完善为AMASOX法。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。

流程见图4-2。

4.3 GE氨法工艺

90年代，美国的GE公司也开发了氨法工艺，并在威斯康辛州的kenosha电厂建一个500MW的工业性示范装置。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。

4.4 NKK氨法

NKK氨法是日本钢管公司开发的工艺。其流程见图4-3。该吸收塔具有一定的特点，分三段。从下往上，下段是预洗涤除尘和冷激降温，在这一段，没有吸收剂的加入。中段是第一吸收段，吸收剂从此段加入。上段作为第二吸收段，但是不加吸收剂，只加工艺水。吸收处理后的烟气经加热器升温后排向烟囱。亚硫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。

4.5 NADS氨法工艺

“九五”期间，在国家发展计划委员会、国家科技部、国家教育部的共同支持下，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SO2回收净化技术，简称NADS。

其流程见图4-5。

5 国内湿式氨法的应用业绩

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碱厂60MW机组的电站锅炉上建设的。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。净化后烟气中含水量9.5%,氨6mg/Nm3，夏季排烟为淡白色，无须加热从烟囱直排。副产硫铵为白色晶体，含氮21.16%,含水0.07%，含游离酸0.03%,符合GB535-1995一级品标准.该装置的运行的相关经济技术指标见表5-1。

表5-1 天津碱厂60MW电站锅炉烟气氨法脱硫装置运行情况

NO 项目名称消耗量单价每小时每天300天/年+/-

数量单位数量单位

1。锅炉蒸发量260 t/hr

2。发电能力60 MW

3。烟气量335000 Nm3/hr

4。烟气二氧化硫1043 ppm

5。脱硫率94.60%

6。脱硫量0.944 t/hr 0.944 22.7 6799.6

7。工程能耗235 kw 0.27 元/kw 63.5 1522.8 456840 -

8。氨水（15%）耗量3.345 t/hr 265 元/t 886.4 21272 6381728 -

9。工艺水耗量12 t/hr 2.6 元/t 31.2 748.8 224640 -

10。烟气再热蒸汽耗量2.3 t/hr 35 元/t 80.5 1932.0 579600 -

11。产品干燥蒸汽耗量2.4 t/hr 35 元/t 82.7 1983.6 595089.5 -

12。副产品1.968 t/hr 660 元/t 1298.8 31171.4 9351406.5 +

总计- 1144.2 27459.7 8237897.1 -

总计+ 1298.8 31171.4 9351406.5 +

净值+ 154.7 3711.7 1113509.5 +

6 氨法脱硫技术应用前景

氨法脱硫工艺有自己的鲜明特点，如没有废水、废渣，副产品可作为农用肥料等等。从实际运行效果看，其脱硫率可满足各地环保的要求，运行费用低，氨法脱硫是较适宜中国国情的一项烟气脱硫技术。

在中国发展回收法脱硫技术，特别是氨法，既有相当坚实的基础，又有极为光明的前景。到2005年，我国合成氨将突破3300万吨/年，供应烟气脱硫的资源非常丰富。另，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，符合了农业部门对硫肥的日益增涨的需要，能产生积极的促进作用。

随国内氨法脱硫技术的发展，氨法脱硫装置的投资已能低于钙法，阻碍氨法脱硫技术的难点已被各技术供应商采用各自不同的方法取得了突破，氨法脱硫技术正不断完善，随着氨法脱硫技术业绩的增加，其难以估量的应用前景将显现出来，在技术日益进步的现今时代氨法烟气脱硫技术应具有很大的应用潜力。

[参考文献]

[1] 郝吉明，等，燃煤二氧化硫污染控制技术手册。北京：化学工业出版社，2001。

[2] 肖文德，等，二氧化硫脱除与回收。北京：化学工业出版社，2001。

[3] 王志轩，等，火电二氧化硫环境影响与控制对策。北京：中国环境科学出版社，2002。

[4] 刘少武，等，硫酸工艺设备计算和选定。北京：化学工业部化肥司，1990。

[5] 吴俊江，应重视作物硫镁的营养平衡，磷肥与复肥，2004，19（3）：74-76。

[作者简介]徐长香（1968-），男，江苏淮安人，1989年毕业于成都科技大学物理化学专业，工程师，主要从事烟气脱硫工程方面的工作。