氨/硫銨法煙氣脫硫技術特點及市場前景分析

燕中凱，岳 濤，井 鵬，滕 靜，莊德安，左朋萊

（1.中國環境保護產業協會，北京 100037；2.北京市勞動保護科學研究所，北京 100054；3.中國環境保護產業協會脫硫脫硝專業委員會，北京 100039）

氨/硫銨法煙氣脫硫技術特點及市場前景分析

燕中凱1，岳 濤2，井 鵬1，滕 靜1，莊德安3，左朋萊2

（1.中國環境保護產業協會，北京 100037；2.北京市勞動保護科學研究所，北京 100054；3.中國環境保護產業協會脫硫脫硝專業委員會，北京 100039）

通過對我國二氧化硫污染現狀及控制要求的分析，提出了氨/硫銨法作為一種資源回收型脫硫方法，具有反應速度快、工藝流程簡單、吸收劑利用率高、適用范圍廣及可實現資源回收利用的特點；以工程案例的形式分析了氨/硫銨法的技術經濟指標，并對氨/硫銨法的應用前景和市場需求進行了預測。

氨/硫銨法;煙氣脫硫;市場需求

1 我國二氧化硫污染現狀及控制要求

二氧化硫是影響我國大氣環境質量和威脅人體健康的主要污染物之一，對其污染的防治已受到人們普遍的關注?！笆晃濉逼陂g，在國民經濟和社會發展規劃綱要中將二氧化硫排放總量減少10%作為約束性指標。為實現減排目標，國務院發布了《節能減排綜合性工作方案》、《國家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”規劃》等，采取了工業企業淘汰落后產能、脫硫電價補貼、對10萬千瓦容量的凝汽機組限期淘汰、污染嚴重區域限批等一系列政策措施，加大環境保護投入，實施工程減排、結構減排和管理減排，取得了顯著成效。在“十一五”期間，國民經濟平均增速高達11.2%，煤炭消費總量增長超過10億噸的情況下，二氧化硫排放總量較2005年下降了14.29%，超額完成減排目標。

當前，我國大氣污染防治仍然面臨嚴峻挑戰，截止到2010年底，全國排放的二氧化硫總量為2185.1萬噸，位居世界第一，超出了環境承載能力。尤其是京津冀、長三角和珠三角等12個重點區域，是我國經濟活動和污染排放高度集中的區域，大氣環境問題更加突出。重點區域占國土面積的12%，集中了全國人口的近42%，經濟總量占全國經濟總量的67%，消費了全國煤炭總量的42%，排放的二氧化硫占2010年全國排放總量的36%。未來五年，是我國全面建設小康社會的關鍵時期，工業化、城鎮化將繼續快速發展。據有關部門預測，到2015年，重點區域的GDP將增長50%左右，煤炭消費總量將增加30%以上，按照目前的污染控制力度，將新增二氧化硫排放量140萬噸，占重點區域2010年二氧化硫排放量的17%。嚴重的大氣污染已成為了制約社會經濟發展的瓶頸。

針對全國二氧化硫污染的現狀，國務院、有關部委及地方政府出臺了一系列政策并提出了相應的要求。在“十二五”國民經濟和社會發展規劃綱要中，又提出了到2015年全國二氧化硫排放量在2010年減排的基礎上，再削減8%的約束性指標。國務院辦公廳轉發環境保護部等九部門的《關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量指導意見的通知》（國辦發[2010]33號）中指出，“大氣聯防聯控的重點是二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等，重點行業是火電、鋼鐵、水泥、有色、化工等”。另外，2011年7月29日，環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局發布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223－2011），調整了單臺出力65t/h以上的燃煤發電鍋爐排放的煙塵、二氧化硫和氮氧化物濃度限值，對重點地區的燃煤發電鍋爐規定了“特別排放限值”，提出了更為嚴格的排放要求；同時，《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》及鋼鐵、水泥等行業大氣污染排放標準也在修訂之中。上述政策的出臺，為燃煤發電鍋爐和重點工業企業熱電聯產鍋爐以及鋼鐵行業的燒結機等工業窯爐推廣應用氨/硫銨法煙氣脫硫技術提供了廣闊的前景。

2 氨/硫銨法煙氣脫硫技術的特點及技術經濟分析

2.1 氨/硫銨法煙氣脫硫技術的特點

氨/硫銨法煙氣脫硫技術系利用氨作為吸收劑，與需要凈化煙氣中的二氧化硫發生化學反應，再經氧化和結晶過程，生成硫酸銨（化肥）的技術。它利用液氨或鋼鐵行業和石化行業生產中回收的氨水，作為企業自備熱電聯產鍋爐和工業窯爐（如鋼鐵行業的燒結機）的吸收劑，在脫除煙氣中二氧化硫的同時，得到硫酸銨化肥，實現了資源的綜合利用，達到了“以廢治廢”循環經濟的目標。目前，該項技術已在天津、河南、云南、江蘇、湖北、廣西和山東等省電力、鋼鐵、化工行業中的燃煤發電鍋爐、企業自備熱電聯產鍋爐、燒結機的煙氣脫硫工程中得到較多應用，并解決了以往氨法脫硫工程中存在的設備易腐蝕、氨逃逸、氣溶膠、運行可靠性等技術難題，綜觀其工程實施效果，該技術具有以下特點：

（1）反應速度快，吸收劑利用率高，且脫硫效率大于95%，脫硫的同時兼有20%～40%的脫氮效率；

（2）工藝流程簡單，液氣比小，系統阻力低，僅為850Pa左右，節省運行電耗；

（3）適用范圍廣，既可適用于煙氣工況條件變化大的燒結機，也可應用于工況條件較穩定的燃煤發電鍋爐；

（4）不產生二次污染，無廢渣、廢水排放；

（5）無需脫硫劑制備工序，硫酸銨的生產過程也較為簡單，裝置占地小，便于對原有脫硫設施技術改造；

（6）回收硫資源，副產品硫酸銨可作為化肥，既提高了氨的利用價值，又改善了國內化肥品種的結構；

（7）副產品硫酸銨市場容量大，其銷售收入可抵充脫硫劑制備設備的投資和運行費用，經濟效益好。

2.2 鋼鐵行業燒結機煙氣脫硫的技術經濟分析

在鋼鐵行業燒結機上常用的脫硫技術有：石灰石/石膏法、氨/硫銨法、循環流化床法。三種脫硫工藝的技術、經濟定性比較見表1。

表1 三種脫硫工藝技術經濟定性比較

經濟指標分析以260m2燒結機為例，出力煙氣量為98萬m3/h，吸收塔進口二氧化硫濃度為1200mg/m3，年投運率為90%，脫硫效率按80%計算。石灰石單價為80元/t，氧化鈣單價為600元/t，液氨單價為3000元/t，焦化廠氨液單價500元/t，電費為0.5元/kW·h，水費為1元/t，脫硫石膏為20元/t，硫銨為850元/t。三種脫硫工藝的經濟指標分析見表2。

從表2中可以看出：

（1）工程投資費用從高到低的排序是：石灰石/石膏法 ＞ 氨/硫銨法 ＞ 循環流化床法；

（2）脫硫成本從高到低的排序是：氨/硫銨法 ＞ 石灰石/石膏法 ＞ 循環流化床法；

（3）由于氨/硫銨法脫硫后的副產品是硫酸銨（化肥），其利用價值高，脫硫凈成本從高到低的排序是：石灰石/石膏法 ＞ 循環流化床法 ＞ 氨/硫銨法；

（4）對于氨/硫銨法，若采用鋼鐵行業的焦化氨液或化工行業的化肥生產中的廢氨水作為脫硫劑，運行經濟性顯著優于石灰石/石膏法和循環流化床法。

表2 三種脫硫方法經濟分析

3 氨/硫銨法脫硫工程實施簡介

我國目前已投運的氨法脫硫裝置有40多套，在建30多套。部分典型工程實施情況介紹如下。

3.1 廣西水利電力建設集團有限公司田東電廠2×135MW火電機組煙氣脫硫工程

田東項目為兩爐一塔設計，單塔處理煙氣流量為每小時110萬標方（相當于300MW機組），進口煙氣中二氧化硫含量約為5148mg/Nm3，年產硫銨6.18萬t。脫硫裝置運行后，氧化率100%，脫硫率96.1%，大于設計值95%，裝置出口煙氣中二氧化硫含量196mg/Nm3，出口煙氣中霧滴含量小于75mg/Nm3，2009年8月正式投運。

該項目由西安熱工院進行驗收性測試，西安熱工院出具的脫硫裝置試運行考核主要技術指標見表3、表4。

由硫酸銨產品檢測結果可以看出，產品中的氮和水含量均達到硫酸銨國標（GB535-1995）一等品標準。

3.2 濰坊鋼鐵集團有限公司2×230m2燒結機煙氣氨法脫硫工程

表3 田東電廠脫硫裝置試運行考核主要技術經濟指標

表4 田東電廠脫硫裝置試運行考核副產硫酸銨質量

該工程用液態氨作為主要吸收劑，同時使用業主提供的濃度為15%左右的回收氨水作為輔助吸收劑，吸收燒結機煙氣中的二氧化硫，煙氣的主要特性數據為：工況風量是2×1,380,000m3/h，相當于600MW機組，進口煙氣二氧化硫濃度700～1400mg/m3，溫度80℃～140℃，含塵量≤150mg/m3，經綜合脫硫塔的濃縮、吸收、氧化，達到近飽和濃度的硫酸銨，由壓濾機過濾其中的煙塵，去硫銨工段進行蒸發結晶，最終生產硫酸銨，脫硫后的凈煙氣由塔頂直接排空，不產生其它廢水和廢氣。

整套工藝系統包括煙氣系統、吸收循環系統、氧化空氣系統、吸收劑供給系統、工藝水系統、硫銨后處理系統、檢修排空系統等。

該項目是目前國內單塔處理煙氣量最大、脫硫塔直徑最大的氨法脫硫裝置。

濰鋼燒結煙氣脫硫裝置于2010年4月投入運行，168h性能測試運行檢測數據見表5。

由運行數據知：系統進塔氣量140.7萬Nm3/h，脫硫效率為97%，氨逃逸為0，氨利用率為98.5%，脫硫后煙氣中含SO2濃度為23mg/m3，副產硫銨品質達到合格品要求，系統各項運行指標均在設計值以內。

3.3 化工行業燃煤熱電聯產鍋爐和大型供熱鍋爐煙氣脫硫工程

（1）云南省解化集團是我國大型化肥生產企業，生產過程中的二氧化硫超標排放，同時又產生較高濃度的廢棄氨水。因此，該企業決定利用氨法脫硫技術，對4臺75～130t大型燃煤鍋爐進行煙氣脫硫改造。脫硫工程投運后，集團每年產生的20萬t廢氨水不需要再進行處理，被直接用于煙氣脫硫，可節省300萬元水污染治理費用。不僅如此，該企業還實現了二氧化硫穩定達標排放，年減排二氧化硫1.8萬t，同時每年還可以直接產生3.5萬t的硫酸銨化肥產品，年新增經濟效益達3200萬元。加上因達標排放而免交的450萬元超標排污費，該企業成功實現了脫硫運行“零”成本，并產生了可觀的經濟效益。

表5 濰鋼2×230m2燒結機煙氣氨法脫硫主要工藝運行數據一覽表

（2）中石化揚子石化公司是國家特大型企業，所屬的熱電廠共裝備了9臺大型燃煤鍋爐和6臺發電機組，每年二氧化硫排放量達到了2萬t，被列為江蘇省二氧化硫重點“排放大戶”。該公司在治理煉油廠的原油酸氣時，產生大量的廢氨水，為使廢氨水得到充分利用，該公司所屬的熱電廠對5#～9#燃煤鍋爐實施煙氣氨法脫硫。氨法脫硫工程為“五爐兩塔”設計，每臺脫硫塔的煙氣治理量為75萬Nm3/h，每年可減少二氧化硫排放2萬多t，生產出優質硫酸銨化肥5萬多t，年新增銷售收入3000多萬元。目前，裝置穩定運行一年多，脫硫效率穩定在97%以上，氨的回收利用率達到99%。

4 氨/硫銨法煙氣脫硫技術的市場需求分析

“十一五”期間，我國大氣污染防治已取得顯著成效，截至2010年，全國二氧化硫排放量呈逐步下降的趨勢，但全國工業的二氧化硫排放量仍高達1864.4萬t，占全國排放總量的85.3%，污染仍十分嚴重。其中，二氧化硫排放前三名的行業依次是電力熱力供應業、鋼鐵冶煉及壓延加工業和化工和水泥等非金屬制品業。

（1）“十一五”以來，隨著電力行業現役機組的脫硫改造力度不斷加大，新建燃煤機組全部配套建設了脫硫裝置，配置脫硫設施的機組呈逐年增長的趨勢。截至2009年底，全國燃煤電廠煙氣脫硫機組容量達4.7億kW，比2008年增長29.5%；煙氣脫硫機組占煤電機組的比例約為76%，比2008年增長12個百分點。目前，煙氣脫硫機組采用的脫硫方法以石灰石/石膏法為主，在已投運的30萬kW及以上的煙氣脫硫機組中，石灰石/石膏法占92%。其余脫硫方法中，海水法占3%，煙氣循環流化床法占2%，氨法占2%，其它占1%（具體比例見圖1）。2005—2009年全國燃煤電廠煙氣脫硫機組發展情況見圖2。由于電力行業采用的脫硫技術單一，石灰石/石膏法脫硫技術產生的副產物（脫硫石膏）每年約5000萬t，雖然脫硫石膏可作為水泥生產的添加劑或制成脫硫石膏板等利用一部分，但大部分還在原地堆放，同時石灰石的開采也會對生態環境造成一定影響，因此推行多元化脫硫技術是當務之急。

圖1 2009年底全國已投運煙氣脫硫機組脫硫方法分布情況

圖2 2005—2009年全國燃煤電廠煙氣脫硫機組發展情況

2009年全國電力行業二氧化硫排放量約948萬t，比2008年下降9.7%。2009年全國電力二氧化硫排放量占全國二氧化硫排放量的比例由2008年的45.2%下降到42.8%，減少2.4個百分點。

上述已建脫硫機組主要集中在30萬千瓦級及以上機組，30萬千瓦級以下機組據有關資料顯示，還有5171臺，裝機總容量為1.96億kW，這些機組中將近4000萬kW機組分布在鋼鐵和化工等各個工業行業，“十二五”將面臨新建脫硫設施或對原有脫硫設施進行技術改造，以滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223－2011）的要求，其中有氨源的鋼鐵、化工等行業在實施脫硫工程建設時，采用氨/硫銨法脫硫技術是明智的選擇。據測算，其工程投資費用將達到近60億元左右。

（2）鋼鐵行業二氧化硫排放量占工業二氧化硫排放總量的8%以上，僅次于電力行業，并仍在逐步增加，其中燒結機煙氣二氧化硫排放量占到鋼鐵企業二氧化硫排放總量的70%以上。早在國家環境保護“十一五”規劃中，把燃煤電廠及鋼鐵行業燒結機煙氣脫硫一并列入“十一五”環境保護重點工程，其中，燒結機煙氣脫硫工程形成了30萬t脫硫能力。國務院近期出臺的鋼鐵產業調整和振興規劃中，也把燒結機煙氣脫硫列入鋼鐵產業技術進步與技術改造專項所支持的重點項目。因此燒結機煙氣脫硫是鋼鐵行業二氧化硫減排的關鍵，也是我國二氧化硫污染減排的重要舉措之一。

據調查，截止到2009年底，鋼鐵行業現役燒結機共970臺，燒結面積92,000m2，其中90m2以上燒結機435臺，燒結面積70,000m2，90m2及以下燒結機535臺，燒結面積22,000m2。按重點區域大氣污染聯防聯控“十二五”規劃及其他相關要求，“十二五”期間將逐步淘汰90m2及以下燒結機，對其它所有燒結機和位于城市建成區的球團生產設備配套脫硫設施，脫硫效率要達到80%以上。實施后預計全國鋼鐵行業二氧化硫排放總量比2010年減少50%左右。

鑒于目前我國已建或在建燒結機脫硫面積約15,800m2，從90m2以上燒結機脫硫面積扣除已建和在建燒結機面積，在“十二五”期間，還有54,200m2燒結機需增設脫硫設施，采用氨/硫銨法煙氣脫離其工程總投資費用需86.7億元。

（3）關于氨的來源。氨/硫銨法煙氣脫硫技術和選擇性催化還原（SCR）脫硝技術都需要用氨作為吸收劑。氨作為一種工業產品，是否能滿足工業行業中鍋爐和窯爐氨法脫硫和脫硝的需要，是人們關注的問題。

眾所周知，合成氨是我國第一大煤化工產品。根據化工行業公布的相關資料，我國目前仍有合成氨生產企業近500家，年產能在6000萬t以上。2010年產量5000多萬t，能力閑置在1000萬t以上。全國在建的合成氨化肥項目仍然很多，預計到2015年全國合成氨的產能將超過7000萬t，繼續呈現供過于求的態勢。

即使按照國家制定的脫硝技術政策能夠全部實施，到2015年全國煙氣脫硝用氨約200萬t，氨法脫硫即使新增200萬t用量（可脫除400萬t二氧化硫），新增的400萬t液氨供應是完全可以滿足的。

[1]中國環境保護產業協會，江蘇新世紀江南環保有限公司，等.《火電廠煙氣脫硫工程技術規范氨法》編制說明[Z].2009，10.

[2]工業和信息化部.鋼鐵行業燒結煙氣脫硫實施方案[Z].2009，7.

[3]中國電力企業聯合會.電力行業年度發展報告（2009）[R].2010，5.

[4]周建宏，甘艷，普煜，等.燃煤鍋爐氨法煙氣脫硫[J].環境工程，2005，23（3）.

Analysis on Technical Characteristic and Market Demand of Ammonia/Ammonium Sulfate Flue Gas Desulfurization

YAN Zhong-kai1, YUE Tao2, JING Peng1, TENG Jing1, ZHUANG De-an3, ZUO Peng-lai2
(1.China Association of Environmental Protection Industry, Beijing 100037; 2.Beijing Municipal Institute of Labour Protection, Beijing 100054; 3. Desulfurization and Denitrification Committee of CAEPI, Beijing 100039,China)

By analyzing the status quo and control demands of sulfur dioxide pollution in China, the authors propose an ammonia/ammonium sulfate method as a resource-recycling desulfurization characteristic method which owns rapid reaction,simple process, high rate of absorbent utility, wide application, and recyclable resources. The authors analyzed the technical and economic indices based on engineering cases, and predict the application prospect and market demands of ammonia/ammonium sulfate.

ammonia/ammonium sulfate process; flue gas desulfurization; market demand

X701.3

A

1006-5377（2012）05-0004-05