（环境工程专业论文）湿式氨法资源化烟气脱硫工艺研究及设计.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 论文针对国内对可资源化烟气脱硫技术的迫切需要，进行了可资源化、无 二次污染、运行经济、综合效益优良的湿式氨法资源化烟气脱硫技术理论探讨 和工程设计，综合地解决了此技术的难点，在国内首次在2 2 0 t l i 电厂的锅炉烟 气治理上使用此技术并取得良好的效果。 目前国内约9 0 的火电厂使用钙基吸收剂的烟气脱硫技术( 简称钙法) 。 但钙法脱硫技术( 主要是石灰石一石膏法) 存在脱硫副产物、含氯废水等二次 污染。另外，钙基脱硫装置的投资与运行费用也是中国很多电厂难以承受的。 这是制约当前国内脱硫工作的重要因素，所以，发展氨法资源化等新型烟气脱 硫技术，对解决我国大气污染，促进我国经济的可持续发展都非常重要。 论文对湿式氨法资源化烟气脱硫理论进行了探讨，并对湿式氨法资源化烟 气脱硫工程设计的一些关键问题进行了分析探讨并提出了相应的解决方案。 论文进行了2 2 0 t h 锅炉氨法资源化烟气脱硫装置设计。论文完成了烟气和 脱硫剂的物料平衡计算，计算需要投入消耗的原料和产出的物料之间的关系； 进行系统设备的主要性能参数设定，完成系统设备的选型；进行相关辅助系统 的设计，完成脱硫系统工艺设计。 湿式氨法资源化烟气脱硫装置运行后达脱硫效率9 5 以上，将二氧化硫全 部转化为符合g b 5 3 5 1 9 9 5 的硫铵化肥，在投资、副产品价值、资源综合利用 等方面优势明显，是当今大力提倡的循环经济的一个典范。湿式氨法资源化烟 气技术具有很好的工程实际应用价值。 关键词：烟气脱硫，湿式氨法，资源化 江苏大学工程硕士学位论文 a tp r e s e n t ，t h e r ea r ea b o u t9 0 t h e r m a l p o w e rp l a n t s u s et h e f l u eg a s d e a u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g yo fu s i n gt h eb a s ea b s o r b e n to fc a l c i u mi nc h i n a b u ti t h a sc a u s e dt h ee x t e n s i v ec o n c e r nt h a tt h eb y p r o d u c to fi t s d e s u l p h u r i z a t i o nh a v e r e s u l t e di nt h es e c o n d a r yp o l l u t i o na n dd e s t r u c t e dt h ee n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt o c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fr e s o u r c e s ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt od e v e l o pf l u eg a s d e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y o fa m m o n i a - r e s o u r c e s p r o c e s s ，o n e o ft h eb a s e a b s o r b e n to fu n c a l c i u mt h ef l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e s ，s o l v i n gt h e a i r p o l l u t i o na n dk e e p i n gt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m yo fo u rc o u n t r y f i r s t l y i nt h i s p a p e ria n a l y s i sa n dd i s c u s st h em e c h a n i s mo ff l u eg a s d e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y o f a n a m o n i a - r e s o u r c e s p r o c e s s ，t o e s t a b l i s ht h e f o u n d a t i o no fu l t i m a t e l ym a s t e r i n ga m m o n i a - r e s o u r c e sf g d t h e nih a v ep l a n n e dt h ea m m o n i a r e s o u r c e sf g d s y s t e mp r o c e s sf o rt h e2 2 0 t h b o i l e r , c a l c u l a t e dt h em a s sb a l a n c eo ft h ef l u eg a sa n dd e s u l p h u r i z e r 嬲p e rt h e r e q u i r e dd e s u l f u r i z a t i o nr a t e ，c a l c u l a t e d t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n c o n s u m e d m a t e r i a l sa n dp r o d u c e dm a s s ，s e t u pt h em a i np e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fs y s t e m d e v i c e s ，c o m p l e t e ds e l e c t i o no ft h es y s t e me q u i p m e n t ，c a l c u l a t e dt h er e l e v a n t a s s i s t a n ts y s t e me q u i p e df o rd e s u l f u r i z a t i o n ，f i n i s h e dr e l a t e dm a s sb a l a n c ed e s i g n ， a n df u l f i l l e do v e r a l lf g ds y s t e mp r o c e s sd e s i g n f r o mt h es u c c e s si nt h ea m m o n i a r e s o u r c e sf g d t e c h n o l o g yf o r2 2 0 t hb o i l e r , w eo b t a i nl i t t l ei n v e s t m e n t ，c o s t l yb y p r o d u c ta n dr a t i o n a l l yc o m p r e h e n s i v er e s o u r c e u t i l i z a t i o n i ti sam o d e lo ft h er e c y c l ee c o n o m yt h a tn o w a d a y sr e c o m m e m d e si na m o r ec o s t - e f f b c t i v em a n n e r k e yw o r d s ：h u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ( f g d ) ，w e ta m m o n i ap r o c e s s ， r e s o u r c e s 1 1 江苏大学工程硕士学位论文 图1 - 1电子束氨法脱硫工艺流程 图表清单 f i g 1 1 r o w c h a r to fe l e c k o nb e a ma m m o n i ad e s u l f d c a t j o np r o c e s s 图1 - 2 简易氨法( t s p s l 脱硫工艺流程 f i g 1 2 f k ) wc h a r tt os i m p l ea m m o n i ad e s u l f f l c a t i o np r o c e s s ( t s p sp r o c e s s ) 图1 - 3 湿式氨法工艺流程示意图 f i g 1 c h a nf o rt h ew e ta m m o n i af g dp r o c e s s 图1 - 42 0 0 3 1 2 0 0 5 2 全国农用硫铵市场平均价 f i g 1 _ 4 d o m e s t i ca m m o n i u ms u l f a t ef e r t i l i z e ra v e r a g e 州b e t w e e n2 0 0 3 1 - 2 0 0 5 2 图2 - 1s 0 2 与n h 8 在水溶液中的反应1 f i g 2 _ 1 r e a c t i o ni nt h es o l u t i o nb e t w e e ns 0 2a n dn i - b 表2 - 1 溶液p h 值对s 伤的氨水溶液吸收速率的影响 t a b l e 2 - 1e f f e c to fa m m o n i as o l u l j o n sp ht oa b s o r bs 0 2 表2 2 不同成分的吸收液的气液平衡关系 l3 t a b l e 2 - 2b a l a n c eb e t w e e nt o wp h a s eg a sa n dl i q u i d f o rc o m p o n e n t si nt h ea b s o r bs o l u t i o n ( s o t ) 表2 - 3 不同成分的吸收液的气液平衡关系 14 l5 t a b l e 2 - 3b a l a n c eb e t w e e nt o wp h a s eg a sa n dl i q u i d 图2 - 2 湿式氨法资源化技术工艺流程图( 1 ) f i g 2 - 2 f l o w c h a r tt ow e ta m m o n i a - r e s o u r c e sf g d p r o c e a s ( 1 ) 图2 - 3 湿式氨法资源化技术工艺流程图( 2 ) f i g 2 - 3 f l o w c h a r tt ow e ta m m o n i a - r e s o u r c e sf g d p r o c e e s ( 2 ) 表2 - 44 0 时吸收液的气溶胶出现的可能性 t a b l e 2 - 4 p b a 断i i t yt ot h ef o r m a t i o no fa e r o s o lu n d e r4 0 表2 5 时吸收液的气溶胶出现的可能性 t a b l e 2 - 5 p r o b a b i l i t yt ot h ef o r m a t i o no fa e r o s o lu n d e r 表2 _ 6 硫酸铵( g b 5 3 5 1 9 9 5 ) 标准 表2 - 7 副产硫酸铵( d l p 8 0 8 - 2 0 0 2 ) 标准 18 l8 19 l9 2 0 2o 21 21 。23 。23 。23 t a b l e 2 - 7c r i t e r i o nf o rb y p r o d u c ta m m o n i u ms u l f a t e d l j p 8 0 8 - 2 0 0 2 ) 23 表2 - 8 三种氨源的各自特点 表争1电厂主要技术指标及装备 25 25 27 t a b l e 3 - 1m a i nt e c h n i c a li n d e xa n dd e v i c e si np o w e rp l a n t 27 表3 - 2 煤质分析情况28 t a b l e 3 2a s s a yr e s u l tf o rc o a l 表3 - 3 锅炉烟气主要参数 t a b l e 3 - 3m a i np a r a m e t e r sf o rf l u eg a s 表3 4 烟气脱硫方案的比较 t a b l e 3 - 4 c o m p a r eo ft h ef g dp r o c e s s e s m 一 。28 28 28 30 30 江苏大学工程硕士学位论文 表3 - 5 采用的国家相关标准和规范 图4 1 工艺流程图 图4 1 2 档板门结构图 图4 _ 3 烟气加热器。 表4 1 烟气系统主要设备清单 3l 34 34 41 44 44 t a b l e4 - 1m a i ne q u i p m e n t sf o rg a s8 y s t i m l 表4 - 2 吸收塔主要设计性能参数 45 t a b l e4 - 2m a i nd e s i g np a r a m e t e r sf o rt h ea b s o r b e r 图4 4 脱硫塔外形图。 图4 _ 5 氧化分布管。 f i 9 4 - 5d i s t r i b u t i n go f 表4 - 3 设备选型 45 49 表4 - 4 设备选型 49 50 50 5 1 52 52 55 图4 击控制楼及硫铵装置布置图 56 r g 4 - 6d e s p o s i t i o nd i a g r a mf o rc o n t r o lb u i l d i n ga n da m m o n i u ms u l f a t ed e v i c e 56 表4 5 设备选型 表们设备选型 表5 - 1 年成本费用表 表5 - 2 经济指标汇总表 57 57 58 。58 。60 60 60 60 表5 - 3 项目经济技术指标汇总。 t a b l e 5 - 3e c o n o m i ca n dt e c h n o l o g i c a li n d e xf o ra ni t e r m 61 表6 - 1 硫酸铵的检测数据。 62 62 图良1 脱硫塔外形62 f i g f ；- 1 p h o t oo ft h ea b s o r b e r 62 图6 - 2 成品硫酸铵 63 f i g 6 - 2 p h o t oo fa m m o n i u ms u l f a t e 63 图6 - 3 控制室63 f i g 6 - 3 p h o t oo ft h ec o n t r o lc e n t e r 。63 表昏2 试运行时的部分记录 64 t a b l e 6 - 2p a r to ft h er e c o r di nt e s t - r u n n i n g 64 一- 江苏大学工程硕士学位论文 表6 - 3 装置正常运行时的主要指标记录( 1 ) t a b l e 6 - 3 p a r to ft h ei n d e xi nr u n n i n g ( 1 ) 表6 - 4 装置正常运行时的主要指标记录( 2 ) t a b l e 6 - 4p a r to f t h ei n d e xi nr u n n i n g ( 2 ) 表6 - 5 装置正常运行时的主要指标记录( 3 ) t a b l e & 6p a r to ft h ei n d e xi nr u n n i n g ( 3 ) 65 65 v - 66 66 67 67 江苏大学工程硕士学位论文 1 1选题背景 第一章绪论 我国能源资源以煤炭为主，预计到2 0 1 0 年我国燃煤电厂总装机容量将达到 5 亿千瓦，到2 0 1 0 年我国将要投资1 0 0 0 多亿元进行火电厂的烟气脱硫治理，如 此巨大的投资关系到国家的持续发展n 1 。 湿法脱硫技术是当前应用得最广泛、工业业绩最多、运行稳定和技术成熟性 最好的脱硫技术，在湿法脱硫技术中又以石灰石一石膏脱硫技术应用最典型最广 泛，该工艺主要采用石灰石作为原料。石灰石成本低廉，目前在世界各国的大型 火电厂中，9 0 以上的烟气脱硫都采用湿式石灰石一石膏法工艺技术。 然而，这种脱硫技术的装置易结垢阻塞、系统复杂又占地较大、特别是副产 的酸性固体石膏价值低、销售非常困难，基本上都是堆放处理。如今，美国不得 不再次投入大量资金来解决脱硫石膏的处置问题。 当前装备中国脱硫装置的绝大部分是国外的石灰石石膏法，虽然此类技术相 对成熟，但是此类技术的大量使用在中国已逐渐体现出于国情不相衬的地方，如 投资大、运行费高、副产物不能处置造成二次污染等，形成“建不起”、“运行不 起等局面，实际运行率低。如果现在不及时吸取发达国家的经验教训，势必将 付出更大的代价。 所以，研究开发可资源化的符合循环经济的烟气脱硫技术显得十分紧迫，本 课题旨在此方面做点工作。 1 2国内外烟气脱硫技术发展现状及趋势 火力发电厂烟气脱硫工艺起源于上世纪6 0 年代中叶，美国首次进行了脱硫 的初步探讨和工业实际示范操作，接着在日本的火电厂开始进行了应用，7 0 年 代中期欧洲开始进行工业应用；脱硫处理工艺从诞生之日开始到现在，已经从单 江苏大学工程硕士学位论文 一的脱硫技术发展到三类脱硫技术：湿法脱硫技术、干法脱硫技术和界于二者之 间的半干法脱硫技术。 为适应国内环保发展的要求，我国在烟气脱硫技术引进工作方面加大了力 度，并建造了一些示范工程，这些脱硫工艺主要有瞳圳： 石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺 简易石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺 旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺( l s d 法) 海水烟气脱硫工艺 炉内喷钙加尾部增湿活化工艺( i 麟c 法) 电子束烟气脱硫工艺( e b a ) 循环流化床锅炉脱硫工艺( c f b ) 我国实施火电厂脱硫相对发达国家比较晚，目前我国火电厂采用的脱硫技术 大多是直接从国外引进的钙法脱硫技术，有的国外同一技术在我国就有不下1 0 家代理商，出现重复引进。采用钙法脱硫技术每处理1 吨二氧化硫产生2 7 吨脱 硫石膏，同时产生0 7 吨的二氧化碳，预计到2 0 1 0 年我国堆存的脱硫石膏和其 他石膏副产品将超过1 亿吨，成为新的更大的污染，势必和发达国家一样要进行 重复治理；且二氧化碳的大量排放无疑会加剧我国对温室气体的减排压力。钙法 脱硫带来的新的环境问题已经到了刻不容缓的程度。 中国科协中国科技咨询服务中心系统工程专家委员会2 0 0 4 年在我国烟气污 染治理情况调研报告中提出，目前我国治理烟气中的二氧化硫污染采取的烟气脱 硫技术存在两大误区，治理原来的污染又产生新的污染，最终还需要继续治理暗1 。 治理了烟气中的二氧化硫污染，但是没有想到由此产生的脱硫石膏怎么处 理，这样造成二次污染。这是人们认识上的第一大误区。 认识上的第二大误区是治理了烟气中的二氧化硫，但是又新增加了大气中的 二氧化碳排放量，产生了新的污染。 报告认为，我们必须纠正认识上的误区，系统的、科学的面对工业烟气污染 中的二氧化硫污染，采用更合理，更环保的技术和方法来治理，否则我们将走进 治污又生污的怪圈。 2 江苏大学工程硕士学位论文 近年来开发的效率高、二次污染少、可资源化、运行费用低的脱硫技术得到 长足的发展，其中得到工业化应用的典型技术主要有： 1 ) 双碱法脱硫技术 双碱法烟气脱硫工艺是为了克服石灰石石灰法容易结垢的缺点而发展起来 的。它先用碱金属如n a o h 、n a 2 c 0 3 、n a n c t h 、n a 2 s 0 3 等的水溶液吸收s 0 2 ， 然后在另一石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收s 0 2 后的溶液再生，再生后的吸 收液循环使用，而s 0 2 则以石膏的形式析出，生成亚硫酸钙和石膏。 实际上双碱法仍然还是钙法，钙法的二次污染问题、资源破坏问题、投资运 行费用高问题等仍无根本改变。 2 ) 海水烟气脱硫技术i 由于雨水将陆上岩层的碱性物质带到海水，天然海水含有大量的可溶性盐， 其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐。海水通常呈碱性，自 然碱度约为1 2 以5 m m o l 1 ，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收s 0 2 能 力，当s 0 2 被海水吸收，再经过处理氧化为无害的硫酸盐而溶于海水中。洗涤后 的海水经处理后排放。 以海水为吸收剂的工艺具有结构简单、不用投加化学品、投资小和运行费 用低等特点，但需有特定的条件才能实施。 3 ) 活性炭吸附法 吸附剂吸附s 0 2 是干法处理废气的一种主要方法。活性炭对s 0 2 的吸附，既 有物理吸附，也有化学吸附，由于烟气中存在氧和水蒸气时，活性炭表面对s 0 2 的反应具有催化作用，反应生成s 0 3 阳1 。 吸附s 0 2 的活性炭，在其表面上生成了硫酸，使活性炭吸附能力下降，用水 洗涤活性炭内外表面的硫酸，得稀硫酸后再将活性炭干燥进行再生。 活性炭吸附法是无二次污染、完全资源化且回收的产品用途广的一种技术， 有一定的发展潜力，但在活性炭的性能和对锅炉运行的影响等方面需进行完善。 4 ) 电子束氨法脱硫技术： 电子束氨法脱硫技术简称e b a - f g d 技术，电子束烟气脱硫工艺是一种物理 方法和化学方法相结合的高新技术。本工艺的流程是由排烟预除尘、烟气冷却、 3 江苏大学工程硕士学位论文 氨的喷入、电子束照射和副产品捕集工序组成。1 9 9 7 年在我国四川成都热电厂 首次建成了处理量为3 万立方川、时的电子束氨法示范装置，2 0 0 3 年在北京京丰 热电厂建设了1 5 0 m w 机组国产化示范装置。 目前电子束发生装置的稳定性、能耗、大型化及回收系统可靠性上有待改进。 5 ) 湿式氨法脱硫技术： 湿式氨法是用氨水洗涤含s 0 2 的废气，氨法烟气脱硫技术不产生任何二次污 染，既没有废水，也没有新的废气，更没有新的废渣，氨可留在产品内，以氨肥 的形式提供使用，因而产品实用价值较高。氨法脱硫因其独特的优势得到了广泛 的关注。 1 3国内外氨法脱硫技术发展现状及趋势 7 0 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。然 而，氨法脱硫工艺主体属化肥工业，对电力企业而言比较陌生，这是氨法脱硫技 术未得到广泛应用的主要因素。 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9 0 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：g e 、m a 璐u l e x 、p i r c o n 、b a b c o c k w i l c o x ；德国：l e n q e s b i s c h o f f 、k r u p pk o p p e r s ；日本：n k k 、i h i 、千代田、住友、三菱、荏原；等 等。不同工艺的氨法脱硫自2 0 世纪8 0 9 0 年代开始应用，日本n k k ( 日本钢管 公司) 在7 0 年代中期建成了2 0 0 m w 和3 0 0 m w 两套机组。美国g e ( 通用环境 系统公司) 于1 9 9 0 年开始建成了多个大型示范装置，规模从5 0 m w 至3 0 0 m w 。 德国k r u p pk o p p e 璐( 德国克虏伯公司) 于1 9 8 9 年在德国建成6 5 m w 示范装置。 氨法烟气脱硫技术在国际上只少数几家公司掌握，其引进不如钙法来的容 易，我国必须进行自主开发研究。尽管我国的氨法烟气脱硫工艺不像国外那样已 经有连续几十年的运行业绩，但氨法脱硫技术在化工、有色金属等领域应用已经 很成熟，用氨吸收硫酸尾气中的二氧化硫已经有了数十年的历史，本身就是一套 完善和成熟的工艺过程。华东理工大学作为国家九五重点科技攻关项目“二氧化 4 江苏大学工程硕士学位论文 硫废气回收净化新技术的工程化 和国家十五“8 6 3 计划项目“可资源化烟气 脱硫技术”的承担单位对我国的氨法脱硫技术进行了研究。镇江江南环保工程建 设有限公司1 9 9 8 年开始，在氨法脱硫方面同样进行了多年的研发和实践，并与 华东理工大学等多家科研院校合作，形成了一套完全自主知识产权的氨法资源化 烟气脱硫技术，在国内氨法烟气脱硫技术的工业化方面做出了重大贡献。口7 1 们 1 3 1氨法烟气脱硫技术综述 氨法脱硫工艺皆是根据氨与s 0 2 、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的， 已发展了不同反应条件、不同反应物处理方法、不同副产物的多种类型，主要有 湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等n 卜1 5 1 。 1 3 1 1电子束氨法( e b a 法) 与脉冲电晕氨法( p p c p 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后 已降温至7 0 左右的烟气，在强电场作用下，部分烟气分子电离，电离出的电 子在强电场的加速下获得能量，成为高能电子( 5 - - 一2 0 e v ) ，高能电子则可以激活、 裂解、电离其他烟气分子，产生o h 、0 、h 0 2 等多种活性粒子和自由基。在反应器 里，烟气中的s 0 2 、n o 被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物s 0 3 、n 0 2 ，与烟气 中的h ：o 相遇后形成h 。s 0 4 和h n 0 3 ，在有n h 。注入情况下生成( n h 4 ) 2 s 0 4 n h 4 n o 。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。 1 9 7 1 年，日本荏原( e b a r a ) 公司和日本原子力研究所( j a c r i ) 开始研究 电子束氨法烟气处理技术。已建有若干个中试装置。荏原公司1 9 9 7 年在中国四 川的成都热电厂建立了一套处理该厂2 0 0 m w 机组锅炉的一部分烟气( 3 0 0 0 0 0 m 3 h ) 的电子束氨法脱硫装置，自1 9 9 8 年初项目投入运行。其工艺流程见图1 1 。 这两种氨法能耗和效率、反应物的收集技术尚要改进，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。 5 江苏大学工程硕士学位论文 图1 - 1 电子束氨法脱硫工艺流程 1 锅炉空气预热器，3 干式电除尘器，4 冷却塔5 - 电子束发生器，6 - 反应器，7 氨供应设备，& 造粒设备，9 烟囱 f i g 1 - 1 h o w c h a r to fe l e c t r o nb e a ma m m o n i ad e s u l f r i c a t i o np r o c e s s 1 - b o i l e r , 2 - a i rp r e h e a t e r , 3 - d r yd e c t r i cd u s te a t c h e r , 4 - c o o l e r , 5 一s o u r c eo fe l e c t r o nb e a m , 6 - r e a c t o r , 7 - a m m o n hp r o v i d ed e v i c e ，8 - p a r i c l e - m a k i n gd e v i c e ，9 - c h i m n e y 1 3 1 2 简易氨法 图1 2 简易氨法f f s p s ) 脱硫工艺流程 卜锅炉，2 一空气预热器，3 一干式电除尘器，4 一脱硫塔，5 一引风机，6 一烟囱，7 一氨供应设备，8 一沉淀池 f i g 1 - 2 f l o wc h a r tt os i m p l ea m m o n i ad e s u l f r i c a t i o np r o c e s sf r s p sp r o c e s s ) 1 - b o i l e r , 2 - a i rp r e h e a r t e r , 3 - d r ye l e c t r i cd u s tc a t c h e r , 4 - t o w e rf o rd e s u l f r i c a t i o n ，5 - f l u eg a s f e e d e r , & c h i m n e y , 7 - a m m o n i ap r o v i d ed e v i c e ，8 - s e d i m e n t a t i o np o o l 简易氨法有t s 、p s 氨法脱硫工艺等，利用气相条件下的h 。o 、n h 。与s 0 ：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，回收困难，氨法的经济性不能体现； 6 江苏大学工程硕士学位论文 且脱硫产物随烟气排空后又会有部分分解出s o ：，形成二次污染。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1 2 。 1 3 1 3 湿式氨法 湿式氨法是目前较成熟的、正在工业化的氨法脱硫工艺，并且湿式氨法既脱 硫又脱氮。根据过程和副产物的不同，湿式氨法又可分为氨一硫铵肥法、氨一磷铵 肥法、氨一酸法、氨一亚硫酸铵法等。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。工艺流程示意图见图1 - 3 。 鸹产 l 工艺t 氨吲穗 诘* 陇l 脱1 “蜮 l 螂生产农蟮朔嫩j 删日气 磊2i 铵氯化丝 塔3 谢靠蕾 麓水棘霉 母暑 丝窒兰i 攀 厍 工雀f ，渺烟气1 月l 硫咎i。竺：f 硫t 倒蝴l 堕苎塑 i 一一卜 叫嫩一产 罐誊奸了 z j i 刃竺 图1 - 3 湿式氨法工艺流程示意图 f i g 1 3 c h a r tf o rt h ew e ta m m o n i af g d p r o c e s s 1 3 2 氨的来源分析 我国合成氨超过3 4 0 0 万吨年，且分布广泛。大型的合成氨装置已达5 0 万 吨年。即使全国火电厂和工业锅炉都采用氨法脱硫，只需要氨8 0 0 万吨年。所 以，氨的来源是完全有保证。 7 江苏大学工程硕士学位论文 1 3 3 硫酸铵的用途及市场分析 硫酸铵肥料曾被称作“肥田粉”，是农作物的主要营养元素，可直接作为化 肥用在土地上，也可以同磷肥、钾肥等做成复合肥。另外，硫酸铵可用于印染 等其他工业生产过程。中国磷肥工业协会的一个估计是，即使仅仅考虑结合复合 肥，我国的硫铵需求量将超过5 0 0 万吨年。而我国目前的硫铵产量只有约1 5 0 万吨年。出口量还很大，仅在亚洲，硫铵贸易量就超过2 0 0 万吨年。 中国化工信息中心化肥部2 0 0 5 年作的中国硫酸铵产品市场分析报告中 认为：国内外产能和产量呈上升趋势、我国硫酸铵的出口量有增长的趋势、国内 外硫酸铵的价格也呈增长趋势。 图1 - 42 0 0 3 1 2 0 0 5 2 全国农用硫铵市场平均价 f i g 1 - 4 d o m e s t i ca m m o n i u ms u l f a t ef e r t i l i z e ra v e r a g ep r i c eb e t w e e n2 0 0 3 1 - 2 0 0 5 2 从2 0 0 4 年下半年开始，硫酸铵的市场就逐渐看好，硫酸铵的企业出厂价也 逐渐向上攀升，2 0 0 3 年企业平均出厂价为6 3 2 元吨，2 0 0 4 年提高到6 6 8 元吨， 2 0 0 5 年1 3 月份的平均出厂价达到了8 1 8 元吨。硫酸铵还可以作工业用途。 1 4 课题项目的意义、内容和目标 1 4 1 课题项目的意义 1 4 1 1 氨法脱硫技术开发的迫切性 2 0 0 5 年2 月1 8 日至2 8 日，国家发改委、中国电力企业联合会氨法烟气脱 硫技术考察团赴美国对玛苏莱公司在大平原电厂的氨法脱硫装置进行了考察后 8 江苏大学工程硕士学位论文 得出如下结论和意见n 町： 1 ) 用液氨或氨水作为吸收剂脱除燃烧烟气中的二氧化硫副产硫酸铵肥料在 工艺过程中不产生废水的氨法脱硫工艺，在技术上是成熟的。 2 ) 玛苏莱氨法脱硫设备，虽然目前并没有直接用于燃煤电站的烟气脱硫上， 但已实现了相当于3 0 万千瓦级锅炉高二氧化硫含量( 相当于燃煤含硫量约5 ) 的烟气脱硫，并且经过8 年多的运行证明是成功的。 3 ) 氨法脱硫工艺由于副产品为硫酸铵，不产生废水，并且烟气中残留氨和 铵盐类气溶胶( 烟雾) 能够得到有效控制，尽可能减少了对环境的二次污染，符 合循环经济发展的要求。 4 ) 根据介绍，虽然目前就造价来讲，氨法与传统的石灰石一石膏法相比， 要高1 5 左右，但随着氨法技术的不断发展和国产化程度的不断提高，氨法造价 将接近甚至低于传统的石灰石一石膏法，而且在硫酸铵肥料能够正常销售的前提 下，氨法有明显的经济效益；且对于高硫煤的经济性更好。 5 ) 对于一个具体工程而言，是否采用氨法脱硫技术，其氨( 液氨或氨水) 的可靠来源以及硫酸铵肥料的出路是最关键的决定因素。 6 ) 无论是在设计还是在操作中，保证烟气中残留氨和铵盐类气溶胶( 烟雾) 能够得到有效控制，仍是需要高度关注的问题。 7 ) 与传统的石灰石一石膏法相比，结垢的问题不明显，但由于硫酸铵相对 于硫酸钙而言，在脱硫系统的溶液中，硫酸根离子的浓度要大，腐蚀的问题相对 严重，对于防腐的设计比与石灰石一石膏法要求更高。 8 ) 由于液氨或高浓度的氨水属危险化学品，在吸收剂的选择及运输、管理 上应当结合安全性、经济性进行论证( 是用液氨还是用氨水) ，严格按照国家要求 的安全管理办法进行管理。 9 ) 我国目前无论投运、建成还是设计的大型火电机组中，其高硫的烟气脱 硫设备几乎全部采用石灰石一石膏法脱硫工艺，工艺过于单一，石膏综合利用的 压力不断增大，脱硫废水难以有效处理，建议国家在中高硫煤大型火电机组或者 化工、煤气联合企业中的燃烧烟气设备上，建设氨法烟气脱硫示范工程。 可见，氨法脱硫技术对中国的脱硫事业对环保工作具有重要的意义，中国迫 9 江苏大学工程硕士学位论文 切地希望拥有自主知识产权的氨法脱硫技术能够快速成长、做强做大。 随着我国环境治理要求的提高，脱硝不久将成为烟气治理的一项重要内容。 而就目前的脱硝技术而言，氨是脱硝的必备原料，且氨法脱硫本身就兼有脱硝的 功能，所以不论是脱硫还是脱硝，氨法已经是烟气治理技术的一个趋势。 本项目正是采用世界先进的脱硫工艺，为我国脱硫事业的发展提供了正确的 方向，对社会和经济发展起一定的推动作用且带动相关产业的发展。 1 4 1 2 氨法脱硫技术开发的经济意义 在经济发展方面，本项目的实施可充分利用我国广泛的氨源生产硫肥，对硫 资源进行回收，以弥补我国每年3 0 0 万吨的硫磺进口，这样既治理了大气二氧化 硫的污染，又变废为宝、产生经济效益；本项目属完全自主知识产权，无需技术 引进费用和技术使用费用，相对于我国巨大的脱硫市场，更有利于我国经济的长 远发展；本项目的一个很重要的特点是脱硫成本随煤的含硫量增加而下降，企业 可以使用低价格的高硫煤，不但可以解决我国低硫煤资源逐渐紧张的现状，同时 可以降低企业的发电成本：本项目副产物是价值高的硫酸铵化肥，我国土壤缺硫 面积达到3 0 ，硫肥可以改良我国土壤结构、提高氮的利用率、促进农业增产增 收，并可大大降低脱硫装置的运行成本。 1 4 1 3 氨法脱硫技术开发的社会意义 在社会发展方面，本项目实现了真正的污染治理和资源回收，避免了二次污 染和重复治理，符合我国建设节约型社会的要求，同时推动了我国发展循环经济 的进程；本项目改变了我国脱硫技术单一和不合理的现状，打破了国外技术对我 国的垄断和封锁，科技自主创新，符合我国建设创新型国家的要求；本项目大量 副产化肥将推动我国农业的发展，为建设社会主义新农村作出贡献。 脱硫工程是二个庞大的系统工程，由于我国目前脱硫技术以国外为主，其关 键设备依赖进口。本项目的实施，不但可以迅速实现脱硫设备的国产化，而且可 以推动我国机电行业的产业升级、扩大我国机电行业的产业规模。 氨法资源化脱硫技术的原料是氨，本项目的实施，每年将增加氨的需求1 0 0 万吨、副产硫酸铵化肥4 0 0 多万吨，可以带动上下游产业的发展。 江苏大学工程硕士学位论文 1 4 2 课题项目的内容 1 ) 对氨法脱硫的原理及其存在的问题作理论的分析。 氨法脱硫的原理主要探讨氨法脱硫反应机理、副产物的生成机理、过程控制 机理等，对氨法工业化过程中存在的问题作剖析。 2 ) 结合理论分析，总结相关的工程经验，进行氨法资源化烟气脱硫装置的工艺 设计 一套2 2 0 t h 锅炉的氨法资源化烟气脱硫装置的工艺设计，包括主要参数的 计算、设备选型及系统配置等，进行工业化试验。 1 4 3 课题项目的目标 1 ) 分析湿式氨法资源化烟气脱硫技术的核心问题的解决思路并综合解决。 2 ) 装置脱硫效率大于9 0 ，争取达9 5 以上 3 ) 氨逃逸控制在1 5 m g n m 3 以下，即保证氨资源化回收率达9 9 p a a = 。 4 ) 合理进行工艺设计，装置不产生二次污染，不增加污染源。 5 ) 合理实施工程化，使装置运行可靠，适应工况的要求。 1 5 小结 从国家烟气二氧化硫治理的形势、国内外烟气脱硫技术发展现状及趋势、国 内外氨法烟气脱硫技术发展现状及趋势可见，研究与开发氨法资源化烟气脱硫技 术对国家的经济、环境等方面皆具有重大的意义，本课题将对氨法资源化烟气脱 硫技术从基础理论方面进行探讨并设计氨法资源化烟气脱硫的装置，以促进该技 术的应用。 江苏大学工程硕士学位论文 第二章湿式氨法资源化烟气脱硫工艺及关键问题的探讨 2 1湿式氨法烟气脱硫工艺原理 2 1 1 吸收过程原理 脱硫吸收是由物理吸收和化学反应两个过程组成的。物理吸收的程度，取决 于气一液平衡，只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时，吸收 过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小，吸收速率较低，因而在工程设 计上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。物理吸收速率较 低。在物理吸收过程中，被吸收的气体在液相中进行溶解，当气液达到相平衡时， 被吸收气体的平衡浓度，是物理吸收过程的极限。在化学吸收过程中，被吸收 气体与液相组分发生化学反应，有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压，增 加了吸收过程的推动力，既提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因 此，化学吸收速率比物理吸收速率大得多。被吸收气体中的活性组分进行化学反 应，当化学反应达到平衡时，被吸收气体的消耗量，是化学吸收过程的极限。物 理吸收和化学吸收，都受气相扩散速度( 或气膜阻力) 和液相扩散速度( 或液膜 阻力) 的影响，工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力n 7 删1 。 一般燃煤锅炉烟气组分有：0 。4 - - 一1 0 ；c o 。1 0 1 5 ；n ：7 0 - - 7 5 ；h 2 0 4 1 2 ；s 0 26 0 0 - - 5 0 0 0 p p m ；n 0 k1 0 0 - - 8 0 0 p p m ；s 0 3l o - - - 5 0 p p m ；h c l1 0 2 0 p p m ； h fl - - 2 0 p p m 。烟气量：随锅炉用煤煤质的不同而有所变化。常规机组每i o o m w 机组为4 0 0 0 0 0 - - 5 0 0 0 0 0 n m 3 h ，如一台2 0 0 m w 机组烟气量为8 0 0 0 0 0 n d h 左右， 一台3 0 0 m w 机组烟气量为1 2 0 0 0 0 0 n m 3 h 左右。 氨法脱硫吸收过程中，由于氧的存在，( n h 4 ) 。s o 。一n h 4 h s o 。体系将被部分氧化 形成( n h 4 ) ：s 0 4 ，其吸收液中将主要存在( u t h ) 。s o 。、n i - l h s 0 3 、(