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氨法脫硫工藝是采用氨作為吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝，該工藝過(guò)程一般分成三大步驟：硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造;根據(jù)過(guò)程和副產(chǎn)物的不同，又可分為氨-硫銨肥法、氨-磷銨肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等;氨法脫硫?qū)γ褐辛蚝康倪m應(yīng)性廣，低、中、高硫含量的煤種脫硫均能適應(yīng)，特別適合于中高硫煤的脫硫。采用石灰石/石膏法時(shí)，煤的含硫量越高，石灰石用量就越大，費(fèi)用也就越高;而采用氨法時(shí)，特別是采用廢氨水作為脫硫吸收劑時(shí)，由于脫硫副產(chǎn)物的價(jià)值較高，煤中含硫量越高，脫硫副產(chǎn)物硫酸銨的產(chǎn)量越大，也就越經(jīng)濟(jì)。

工藝流程

氨法脫硫工藝主要由脫硫洗滌系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、氨貯存系統(tǒng)、硫酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)(若非氨-硫銨法則是于其工藝相對(duì)應(yīng)的副產(chǎn)物制造系統(tǒng))、電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。

鍋爐排出的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入FGD系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)用來(lái)克服整個(gè)FGD系統(tǒng)的壓降。煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運(yùn)行或旁路運(yùn)行，不考慮增設(shè)脫硫增壓風(fēng)機(jī)。煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)后，進(jìn)入脫硫塔。

吸收塔分為三個(gè)區(qū)域：分別為吸收區(qū)、漿池區(qū)和除霧區(qū)，煙氣向上通過(guò)脫硫塔，從脫硫塔內(nèi)噴淋管組噴出的懸浮液滴向下降落，煙氣與氨/硫酸銨漿液液滴逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，以脫除煙氣中的SO2、SO3。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器去除煙氣中夾帶的液滴后，從頂部離開脫硫塔，通過(guò)原煙道進(jìn)入煙囪排放。脫硫塔下部漿池中的氨/硫酸銨漿液由循環(huán)泵循環(huán)送至漿液噴霧系統(tǒng)的噴嘴，產(chǎn)生細(xì)小的液滴沿脫硫塔橫截面均勻向下噴淋。SO2和SO3與漿液中的氨反應(yīng)，生成亞硫酸銨和硫酸銨。

在脫硫塔漿池中鼓入空氣，將生成的亞硫酸銨氧化成硫酸銨，由于充分利用了煙氣中的熱量，使得脫硫塔中的水蒸氣過(guò)飽和而析出硫酸銨結(jié)晶，硫酸銨漿液經(jīng)過(guò)旋流器的脫水提濃厚再進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)一步脫水，最后經(jīng)干燥后得到硫酸銨產(chǎn)品。

反應(yīng)過(guò)程

煙氣中的SO2從煙氣主體進(jìn)入吸收液的過(guò)程是物理吸收和化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，通過(guò)這個(gè)過(guò)程，使SO2從氣相進(jìn)入液相而被捕獲。

該過(guò)程可分為如下幾個(gè)化學(xué)步驟：

煙氣中SO2溶解于水形成H2SO3。

氨吸收劑溶解于水形成NH3˙H2O。

溶解于水形成的NH3˙H2O與溶解于水形成的H2SO3進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成(NH4)2SO3。

形成的(NH4)2SO3在氧化空氣的作用下氧化形成(NH4)2SO4

氨法脫硫過(guò)程的總化學(xué)反應(yīng)式可以綜合表示為：

SO2+H2O+XNH3→(NH4)xH2-xSO3

(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3→(NH4)2SO4

 

雖然上述綜合反應(yīng)式中列出了主要的反應(yīng)物和生成物，但整個(gè)反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜，可以通過(guò)以下的一系列反應(yīng)過(guò)程表示：

A：脫硫塔中SO2的吸收

煙氣中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亞硫酸。

SO2 + H2O → H2SO3 (1)

B：亞硫酸同溶于水中的硫酸銨和亞硫酸銨起反應(yīng)

H2SO3 +(NH4)2SO4→NH4HSO4 + NH4HSO3 (2)

H2SO3+(NH4)2SO3→2NH4HSO3 (3)

C：吸收劑氨的溶解

NH3 + H2O→NH4OH →NH4+ + OH- (4)

由于反應(yīng)(4)的進(jìn)行，可以不斷提供中和用的堿度及反應(yīng)用的銨離子。氨同溶于水中的亞硫酸、硫酸氫銨和亞硫酸氫銨起反應(yīng)。

D：中和吸收的SO2

SO2極易與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成亞硫酸鹽。堿過(guò)剩時(shí)生成正鹽;SO2過(guò)剩時(shí)形成酸式鹽。

SO2 + NH4OH→ NH4HSO3 (5)

SO2 + 2NH4OH→(NH4)2SO3 + H2O (6)

由于反應(yīng)(5)、(6)的進(jìn)行，可以使更多SO2可被吸收。

E：吸收得到的(亞)硫酸(氫)銨氧化成硫酸(氫)銨

亞硫酸鹽不穩(wěn)定，可被煙氣及氧化空氣中的氧氣氧化成穩(wěn)定的硫酸鹽。

2 NH4HSO3 + O2 → 2NH4HSO4 (7)

2(NH4)2SO3 + O2 →2(NH4)2SO4 (8)

F：硫酸銨溶液濃縮后結(jié)晶析出硫酸銨固體

硫酸銨+ 水→ 硫酸銨固體+水蒸汽

G：脫硝功能

氨法脫硫在脫出二氧化硫的同時(shí)，對(duì)氮氧化物也有一定的脫除效果，其反應(yīng)原理如下：

煙氣中氮氧化物(NOx)主要以NO(占NOx的90%)形式存在，其次是NO2、N2O5等。在一定溫度下，NO 在空氣中部分氧化成NO2，建立如下平衡：

NO+ 1/2O2→NO2

在一定溫度的水溶液中，亞硫酸銨(NH4)2SO3與水中溶解的NO2反應(yīng)生成(NH4)2SO4 與N2，建立如下平衡：

2(NH4)2SO3 + NO2→2(NH4)2SO4 + 1/2N2 ↑

亞硫酸銨(NH4)2SO3與水中溶解的NO反應(yīng)生成(NH4)2SO4與N2，建立如下平衡：

(NH4)2SO3+ NO→(NH4)2SO4+ 1/2N2↑

亞硫酸氫銨NH4HSO3與水中溶解的NO2反應(yīng)生成NH4HSO4 與N2，建立如下平衡：

4NH4HSO3+2NO2→4NH4HSO4+N2↑

 

存在問(wèn)題

1、氨逃逸

這里所述的氨逃逸專指氣態(tài)氨隨煙氣排出脫硫裝置的現(xiàn)象。在氨法脫硫工程中，通常造成氨逃逸的主要原因是脫硫循環(huán)液中游離氨含量高。氨是極易揮發(fā)的物質(zhì)，常溫常壓下氨是氣體。所以在氨法脫硫的工程中需要將氨的濃度和溫度降到盡量低。脫硫所需要的氨是由脫除煙氣中的二氧化硫的量所決定的，所以為了使吸收液中氨的濃度降低，只能加大吸收液的循環(huán)量，同時(shí)，吸收液溫度降低。

另外，亞硫酸銨氧化率低也是造成氨逃逸嚴(yán)重的另一個(gè)原因。脫硫生成的亞硫酸銨是不穩(wěn)定的化合物，如果不及時(shí)氧化成穩(wěn)定的硫酸銨，容易分解成二氧化硫和氨，造成排放煙氣中二氧化硫升高同時(shí)氨逃逸加劇。

2、氣溶膠

在氨法脫硫方法中，所謂氣溶膠是指氣態(tài)酸性氧化物在一定條件下與氣態(tài)氨反應(yīng)，生成相應(yīng)的極細(xì)的銨鹽固體微粒，如同煙塵漂浮在氣體中。根據(jù)生成氣溶膠氧化物的酸性程度，可以分為弱酸性氣溶膠和強(qiáng)酸性氣溶膠，主要是亞硫酸銨和硫酸銨。

氨法脫硫的工程越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大，人們注意到所謂的“白煙”問(wèn)題，主要是氣溶膠的原因。在氣態(tài)氨和水存在的條件下與煙氣中的二氧化硫和三氧化硫反應(yīng)生成了硫酸銨和亞硫酸銨固體微粒，不容易除去。

石灰石-石膏法脫硫工程中也出現(xiàn)了氣溶膠問(wèn)題，尤其是安裝了脫硝裝置的工程，會(huì)出現(xiàn)“藍(lán)煙”、“黃煙”現(xiàn)象。不過(guò)這種氣溶膠是硫酸酸霧，與硫酸銨氣溶膠有區(qū)別。

解決辦法

1、選擇合理的液氣比

氨逃逸和氣溶膠的形成與液氣比關(guān)系密切，從抑制氣溶膠的角度考慮，選擇較大的液氣比可以將液相游離氨含量控制的很低，也使氣相氨的含量很低，這樣就抑制了氣溶膠的生成。美國(guó)Marsulex公司主張液氣比在10以上，這是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究的結(jié)論，應(yīng)該具有很高的參考價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)氨法脫硫液氣比取5—10。

2、氨水濃度

避免脫硫過(guò)程中生成氣溶膠的措施是將脫硫區(qū)域氣態(tài)氨含量降低，由氣液平衡得知，氨水的濃度降低可以有效的降低氣態(tài)氨的濃度。一般工業(yè)上氨濃度控制在10%—20%。

3、設(shè)置氨回收段

在脫硫塔吸收段上方設(shè)置一個(gè)氨回收段，對(duì)于減少氨逃逸有一定效果。噴淋水會(huì)與上升的脫硫后煙氣逆向接觸，煙氣中的氨被噴淋水吸收。脫硫塔吸收段與氨回收段之間由橫斷塔體的隔板隔開，隔板上裝有升氣帽。噴淋水清洗后下落到隔板上方，經(jīng)管道流回噴淋罐。沖洗后的水可以作為脫硫塔補(bǔ)充水落入塔循環(huán)漿液，而噴淋水用新鮮水補(bǔ)充，以此降低氨濃度。

4、脫硫塔進(jìn)口噴水

脫硫塔煙氣進(jìn)口區(qū)域或者進(jìn)口煙道布置水噴淋設(shè)施，三氧化硫等強(qiáng)酸性氧化物都是極易溶于水的，噴水可以使這些氧化物迅速溶于水，從而避免氣溶膠的產(chǎn)生。

5、脫硫塔出口高效除塵除霧裝置

經(jīng)過(guò)脫硫的煙氣含有大量霧滴，霧滴由漿液液滴、凝結(jié)液滴和塵顆粒組成，當(dāng)這部分煙氣進(jìn)入高效除塵除霧器，高效除塵除霧器筒內(nèi)加設(shè)的氣旋板使脫硫氣旋轉(zhuǎn)起來(lái)，在氣旋器上方形成氣液兩相的劇烈旋轉(zhuǎn)及擾動(dòng)，從而使得煙氣中的小液滴、粉塵顆粒、氣溶膠等微小顆粒物相互碰撞團(tuán)聚凝聚成大液滴，其與氣旋筒壁碰撞，并被氣旋筒壁捕獲吸收，捕獲的液滴進(jìn)入多級(jí)氣旋設(shè)置的一個(gè)桶內(nèi)，脫硫后的煙氣可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)直排。