基于火電廠氨法脫硫工藝的優化研究

崔凱

摘 要：火電廠脫硫技術的問題一直以來都是火電廠污染排放技術部門急需解決的問題。本文首先闡述了火電廠脫硫的意義，然后介紹了火電廠運用的氨法脫硫方法，最后提出了氨法脫硫系統設備結構與工藝的優化方案。對火電廠脫硫系統工藝的優化具有一定借鑒意義。

關鍵詞：火電廠；氨法脫硫工藝；污染

火電廠是SO2排放的主要來源之一，據數據統計，火電廠排放的SO2占全國排放量的一半以上。然而煤電在火電中占著十分大的比重，同時在能源發展中，也占著很大的比例。所以，在解決好火電廠的脫硫問題，選用科學合理脫硫工藝，并且在較低的投資費用下保證SO2排放量達到國家標準是火電廠脫硫的工作重心。

一、火電廠脫硫的意義

燃煤產生了煙塵、SO2、氮氧化物等污染大氣的污染物，煤炭的消耗量占我國能源消費的四分之三左右，并且會這樣持續下去。與此同時，五分之四的煤炭直接用于燃燒，然而，火電廠消耗的燃煤量在煤炭總消耗量的一般以上。這樣不僅無法做到能源高效循環利用，同時還會對大氣環境產生很大的污染。

分析煤炭消耗量以及其產物的數據，可以預計到2020年左右，中國的SO2的排放量將會達到21Mt/a，SO2的無序無限量排放給國家帶來的經濟損失達上億元人民幣以及，并且這種狀況有著持續增長的趨勢。為控制這種狀況的惡化，國家采取了一些節約能源、減少排放的措施，但是中國的SO2排放量仍然處于世界首位。所以，研究出無再生污染，以及產物可再利用化的脫硫工藝變得十分迫切[1]。最近幾年，也研究出了一些技術，是利用中國氨源豐富的優勢，把氨和煤炭中的硫進行反應，達到脫硫的目的，既減少中國SO2的排放量，同時又到達了資源合理利用的目的。這些技術符合中國國情，達到了火電廠脫硫的目的同時也有實現資源利用合理化，適合長遠發展而且很具有推廣的價值。

二、氨法脫硫工藝概述

二十世紀七十年代，日本和一些歐洲發達國家著力于氨法脫硫的工藝研究并且獲得了突破性進展。氨法脫硫工藝的主要部分是屬于農業化肥工業的范圍，在火力發電方面應用很少。但是，隨著合成氨和煤化工行業的持續發展以及氨法脫硫工藝的進一步改進，九十年代后，氨法脫硫工藝開始了規模性應用。

（一）Walther氨法

Walther氨法脫硫工藝由克盧伯公司在二十世紀七十年代開發[2]，是被最早開發的濕法氨水脫硫工藝。這種方法的主要工藝流程是：含硫煙氣先進行除塵處理，然后進入熱交換器換熱處理，再從上方進入洗滌塔，與體積分數為百分之二十五的氨氣混合流下，然后用專用的泵抽取洗滌液對需要處理的煙氣進行噴淋操作，被處理后的煙氣通過除霧器進入高效洗滌塔，最后經過熱交換器加熱成為干凈的煙氣排向煙囪，進入大氣中。

（二）AMASOX氨法

AMASOX氨法主要是在傳統的氨法煙氣脫硫工藝的基礎進行的改進，在反應塔塔內安裝濕式電除霧設備，很好得解決了傳統的脫硫方法中煙氣凈化后出現氣溶膠現象，并且改變傳統復雜的多塔模式為結構簡單的單塔模式。

（三）GE氨法

GE氨法由美國GE公司開發，其工藝流程主要是經過除塵處理的火電廠煙氣通過換熱器后進入冷卻裝置，進行具有較高壓力的洗滌水進行噴淋達到降溫的目的，并且再次進行除塵，降溫到接近煙氣露點時再將煙氣吸入有雙層吸收層的洗滌塔，使煙氣被充分清洗，此時，煙氣經過了脫硫處理，再通過濕式電除塵器后再進入換熱器換熱升高溫度，排入大氣中。在此過程有產物（NH4）2SO4。

（四）NADS氨-肥法

NADS氨-肥法是由我國華東理工大學開發出的一種火電廠煙氣SO2回收凈化技術，其不僅可以有效的解決SO2的排放污染問題，還可以生產硫酸銨等各種銨鹽。過程中產生的亞硫酸銨可以與硫酸等強酸反應，得到硫酸鹽、硝酸鹽等各種鹽，并且進行加熱蒸發、干燥結晶、再次干燥后，產物是可用于商業應用的化肥產品。另外可以得到體積分數8%～10%的SO2和空氣混合物，再加入催化劑V2O5-SiO2催化氧化，將SO2反應為成SO3，經過一定濃度的濃硫酸吸收，得到產物質量分數為98.3%的商品濃硫酸。

（五）電子束氨法

電子束氨法采用電子集束對水、氨和煙氣的混合氣體進行照射，產生強大電場煙氣中組分的分子被電離，變成為具有很高能量的電子，繼而能電離其他煙氣組分產生多種活潑性很高的自由粒子，其中SO2和NO活潑性自由粒子氧化為SO3和NO2，和氨氣反應生成（NH4）2SO4和NH4NO3。但是這種方法也有個很明顯的缺點，就是此種方法能源消耗高，效率低下，過程中使用到重要的高效率、大功率設備仍在研制當中。

圖1.氨法脫硫工藝流程圖

三、氨法脫硫在火電廠的優化應用

（一）氯離子濃度控制優化

氯離子濃度在設備中要求非常嚴格，如果超標將對設備構成腐嚴重蝕，所以控制氯離子濃度成為在脫硫過程的十分重要的步驟。可運用質量守恒的法則，事先計算Cl-的物料平衡的方法，控制塔內Cl-濃度在40000ppm以下，采用抽取定量的處理液噴淋，噴在干燥系統中硫中調節系統中氯離子的平衡。

（二）氨逃逸、氣溶膠問題的解決

在氨法脫硫工藝中會出現氨逃逸和銨鹽氣溶膠的問題，這些問題一直以來都是難以突破。可采取精簡吸收塔的內部結構、精確計算出合理的氣和液比例、不斷調整pH值以達到適合范圍以及利用氧化的方法把氨固定在工藝流程中和減少銨鹽類氣溶膠生成，根據工程實踐可得出氨逃逸的速率應該要控制在小于8 mg/Nm3最為適合。

（三）煙氣含塵量的控制

進入脫硫塔等設備的煙氣的含灰量的大小會直接影響到產物硫酸銨的質量，同時對脫出的硫的顏色具有很大的影響，在含灰量較大的時候，脫出的硫的顏色會出現明顯發黃的狀況。在工程實踐中，發現灰含量超過限值會造成脫硫系統管路的堵塞以及硫酸銨無法結晶的現象。所以，可以采用高效電除塵和袋式除塵和電袋除塵的方法減少脫硫工藝中煙氣的灰含量，另外還可以采用對硫酸銨水溶液過濾除灰的方式得到高質量的硫酸銨結晶。

四、結論

在我國硫資源十分短缺，硫的來源依賴于外來進口，但是我國的火電廠又是向大氣中大量得排放含硫的污染物。因此，在排放前把含硫污染物進行脫硫處理，并且得到可利用的副產品是一種解決這些問題的有效途徑之一。氨法脫硫工藝是一種可行的脫硫技術，再對其進行氯離子濃度控制、氨逃逸、氣溶膠問題和煙氣含塵量的控制的優化可以很大程度上提高脫硫系統的工作效率以及提高副產物的質量。

參考文獻

[1] 徐澎波.火電廠氨法煙氣脫硫裝置運行參數檢測與控制系統設計[J].自動化技術與應用，2011（30）：10.

[2] 何翼云.氨法煙氣脫硫技術及其進展[J].化工環保，2012（32）：2.