火电厂氨法烟气脱硫脱硝的技术特征.doc

火电厂氨法烟气脱硫脱硝的技术特征(1)北极星电力网技术频道 作者:雷士文 雷世晓 王德敏 2010-12-14 11:24:57(阅271次) 所属频道: 电力环保 关键词: 氨法烟气脱硫脱硝脱硫脱硝 氨法脱硫脱硝,就是以氨(NH3)为吸收剂将工业废气中的气态硫化合物固定为铵盐或还原为单质硫、将氮氧化物转化为氮气而实现清洁排放的工程技术。自20世纪70年代以来,国外将氨法脱硫脱硝方法应用于大型电站锅炉的烟气治理。2000年鞍钢第二发电厂在220t/h煤粉炉上加装氨法脱硫脱硝装置获得成功,至今运行正常,取得了良好的技术经济效益。1氨法脱硫脱硝的技术原理1.1吸收二氧化硫、三氧化硫液氨溶于水后喷入烟气中,吸收烟气中SO2和SO3而形成铵盐,具体反应如下NH3+H2O2NH4OH+SO2(NH4)2SO3+SO2+H2ONH4HSO3+NH4OH当废气中含有O2、CO和SO3时(如电厂烟气还会发生如下反应NH4OH+CO22NH4OH+CO22NH4OH+CO22NH4HCO3+SO2NH4HCO3+NH4HSO3(NH4)SO32NH4OH+SO32(NH4)2SO3+O22NH4HSO3+O2在吸收液循环使用过程中,式(3)是吸收SO2最有效的反应。通过补充新鲜氨水(式4)或其他置换方法可保持亚硫酸铵的浓度。1.2对硫化氢的吸收烟气中有H2S存在时,氨水吸收H2S,将其还原成单质S;反应如下NH4OH+H2S经催化氧化,氨水再生,并得单质硫。2NH4H2S+O21.3对氮氧化物的转化氨水和烟气中的NOx发生反应生成氮气2NO+4NH4HSO32NO+4NH4HSO34NH3+4NO+O24NH3+2NO2+O24NH3+6NO8NH3+6NO2氨法脱硫脱硝的技术优势2.1氨利用充分脱硫效率高2.1.1选择性反应氨与硫氧化物、氮氧化物之间的反应是选择性优先反应,只要反应条件控制得当,不会与其他物质化合。2.1.2均相反应氨无论是以液态还是以气态参与反应,同硫氧化物、氮氧化物之间都呈均相反应;而钙质脱硫剂无论是以粉状还是以浆状投入,同反应物之间均是异相反应,反应仅在其表面进行,反应产物封闭表面后,颗粒内部成分很难得到利用,即使延长反应时间,也仅能获得在扰动中颗粒破碎的好处。这种情况也不能用催化剂加以改善。从反应动力学上看二者在反应速率、反应进行完全程度上相差数个数量级。2.1.3充分循环每吸收1tSO2,需NH30.59t;若采用炉内喷钙工艺并以石灰石粉作脱硫剂,需石灰石粉15.63t。后者是前者的26.5倍。改用石灰或熟石灰后,情况有所改善,但还相当于氨用量的14.8倍和19.6倍之多。若采用钙利用率较高的湿法脱硫工艺,生石灰和熟石灰的用量分别是氨用量的5.9倍和倍。将上述情况放大为一个年烧煤100万t的电厂考察:设煤硫分为2%,其中20%的硫被燃煤灰分本身吸收固定。为了使烟气中的二氧化硫浓度降到国家允许排放标准,还需要脱除50%的二氧化硫,具体量是1万t,氨法工艺需要氨0.59万t;石灰浆湿法工艺需熟石灰4.6万t;炉内喷钙工艺需石粉万t。从产物看,氨法工艺产生2.06万t硫酸铵,无其他废渣;钙法工艺除了以石灰粉为脱硫剂时有部分转化为二氧化碳排空以外,投入的脱硫剂加上被吸收固定的二氧化硫以及在反应中结合的氧元素一起成了废渣,即废渣的量大于投入的脱硫剂量。氨水在脱硫脱硝工艺过程中可以不断循环,只有反应完成的产物(硫酸铵)才移出系统。从实际经验来看,氨法脱硫脱硝工艺中氨的利用率可达以上,脱硫效率在90%以上、脱硝效率在80%以上。2.2脱硫剂用量小无废渣废水从反应物质的量来看,吸收1mol的SO2,需mol的NH3。商品液氨的纯度近似达到100%,因此脱硫剂利用率高,脱硫产物量少,易处理。氨法与钙脱硫对比见表1。从反应生成物看,等摩尔的CaSO4虽只略重于(NH4)2SO4,但钙脱硫剂中的大量杂质和未能有效参与反应的成分必须作为废渣处理,由CaCO3产生的大量CO2也是污染物。2.3氨法工艺的热利用效率高分别以氨水、石灰、熟石灰和石灰石粉作脱硫剂,吸收1mol的SO2的焓变如下式所示2NH3(g)+H2O(1)+SO2(g)+1/2O2CaO(s)+SO2(g)+1/2O2Ca(OH)2(s)+SO2(g)+1/2O2CaCO3(s)+SO2(g)+1/2O2可见,以氨为脱硫剂时,热效应最好。此外,氨剂可达到充分利用,不会无效地带走热量;钙质脱硫剂未有效利用部分(包括其中的杂质和未参加反应的成分)以环境温度进入炉膛或烟道,然后以某一较高温度移出系统,带走大量热能;如果是碳酸钙或氢氧化钙,还将在炉内耗费热能将它们反应转化为氧化钙。CaCO3(s)Ca(OH)2(s)上述有关热量数值列于表2。表2中是不同脱硫剂吸收1mol二氧化硫的焓变。2molNH3吸收1molSO2,产生热量543.4kJ。设投入10kg氨,其中9kg参与反应,生热1.4kJ,1kg升温60后移出系统,损耗热量252kJ,此值比产生的热低3个数量级,可以忽略不计。表中还列出了使用不同钙脱硫剂每吸收1t二氧化硫所投入的无效未利用物重量,以及这些无效物从炉内带走的热量、无效反应吸热及无效热损耗的总量。其中碳酸钙的比热容是近似按氧化钙的比热容计算的,因其实际上在炉内转化成了氧化钙和二氧化碳,而二氧化碳的比热容比氧化钙还高。计算无效物带出热量时,温差也是按60计。每吸收1t二氧化硫达2.6107kJ,已接近1t标煤的热值炉内喷石灰石粉的工艺造成的无效热损耗最大,比氨法大得多。2.4脱硫脱硝一举两得从(15)、(16)两个反应式可知,转化NO、NO2并不消耗氨本身,氨或亚硫酸铵吸收二氧化硫生成亚硫酸氢铵后失去了脱硫能力,亚硫酸氢铵将氧化氮转化为氮气后,自身又回到亚硫酸铵的形式,重新恢复了对二氧化硫的吸收能力。因此,在这里,氧化氮在向氮气转化的同时起到了再生脱硫剂的作用,是“一举两得”。3氨法工艺系统的运行特征脱硫工艺对设备的腐蚀以及在运行效率等方面造成的影响也是用户极其关注的问题。燃煤锅炉低温受热面腐蚀的主要原因是含二氧化硫、三氧化硫、氧化氮的烟气结露形成酸溶液。烟气中水汽本身的结露温度(水露点)是很低的,一般约在3060,但烟气中只要有0.005%的三氧化硫,烟气结露温度(酸露点)即可高达150以上。含氧化硫和氧化氮烟气的高温结露从三个方面对设备和运行造成危害:(1)硫酸和硝酸溶液直接腐蚀金属;(2)酸液使积灰累积硬化,降低传热效率,导致堵灰加大通风阻力;(3)设备运行被迫维持很高的排烟温度,使大量热能无效地从烟囱流失。由于氨法工艺的高效脱硫脱硝,在相当程度上消除了酸结露的危害,大大降低了烟气对锅炉低温的腐蚀和结焦堵灰。配合相应设计与操作,还可收到提高锅炉热效率、节能降耗的功效。氨法脱硫脱硝工艺中,除了吸收塔系统外,在烟道环境中,氨一般不会存留:氨优先与硫氧化物反应生成硫酸盐和亚硫酸盐,与硫氧化物反应完毕尚有多余的氨时,氨即与烟气中大量存在的二氧