基于火电厂氨法脱硫工艺的优化研究

崔凯

摘 要：火电厂脱硫技术的问题一直以来都是火电厂污染排放技术部门急需解决的问题。本文首先阐述了火电厂脱硫的意义，然后介绍了火电厂运用的氨法脱硫方法，最后提出了氨法脱硫系统设备结构与工艺的优化方案。对火电厂脱硫系统工艺的优化具有一定借鉴意义。

关键词：火电厂；氨法脱硫工艺；污染

火电厂是SO2排放的主要来源之一，据数据统计，火电厂排放的SO2占全国排放量的一半以上。然而煤电在火电中占着十分大的比重，同时在能源发展中，也占着很大的比例。所以，在解决好火电厂的脱硫问题，选用科学合理脱硫工艺，并且在较低的投资费用下保证SO2排放量达到国家标准是火电厂脱硫的工作重心。

一、火电厂脱硫的意义

燃煤产生了烟尘、SO2、氮氧化物等污染大气的污染物，煤炭的消耗量占我国能源消费的四分之三左右，并且会这样持续下去。与此同时，五分之四的煤炭直接用于燃烧，然而，火电厂消耗的燃煤量在煤炭总消耗量的一般以上。这样不仅无法做到能源高效循环利用，同时还会对大气环境产生很大的污染。

分析煤炭消耗量以及其产物的数据，可以预计到2020年左右，中国的SO2的排放量将会达到21Mt/a，SO2的无序无限量排放给国家带来的经济损失达上亿元人民币以及，并且这种状况有着持续增长的趋势。为控制这种状况的恶化，国家采取了一些节约能源、减少排放的措施，但是中国的SO2排放量仍然处于世界首位。所以，研究出无再生污染，以及产物可再利用化的脱硫工艺变得十分迫切[1]。最近几年，也研究出了一些技术，是利用中国氨源丰富的优势，把氨和煤炭中的硫进行反应，达到脱硫的目的，既减少中国SO2的排放量，同时又到达了资源合理利用的目的。这些技术符合中国国情，达到了火电厂脱硫的目的同时也有实现资源利用合理化，适合长远发展而且很具有推广的价值。

二、氨法脱硫工艺概述

二十世纪七十年代，日本和一些欧洲发达国家着力于氨法脱硫的工艺研究并且获得了突破性进展。氨法脱硫工艺的主要部分是属于农业化肥工业的范围，在火力发电方面应用很少。但是，随着合成氨和煤化工行业的持续发展以及氨法脱硫工艺的进一步改进，九十年代后，氨法脱硫工艺开始了规模性应用。

（一）Walther氨法

Walther氨法脱硫工艺由克卢伯公司在二十世纪七十年代开发[2]，是被最早开发的湿法氨水脱硫工艺。这种方法的主要工艺流程是：含硫烟气先进行除尘处理，然后进入热交换器换热处理，再从上方进入洗涤塔，与体积分数为百分之二十五的氨气混合流下，然后用专用的泵抽取洗涤液对需要处理的烟气进行喷淋操作，被处理后的烟气通过除雾器进入高效洗涤塔，最后经过热交换器加热成为干净的烟气排向烟囱，进入大气中。

（二）AMASOX氨法

AMASOX氨法主要是在传统的氨法烟气脱硫工艺的基础进行的改进，在反应塔塔内安装湿式电除雾设备，很好得解决了传统的脱硫方法中烟气净化后出现气溶胶现象，并且改变传统复杂的多塔模式为结构简单的单塔模式。

（三）GE氨法

GE氨法由美国GE公司开发，其工艺流程主要是经过除尘处理的火电厂烟气通过换热器后进入冷却装置，进行具有较高压力的洗涤水进行喷淋达到降温的目的，并且再次进行除尘，降温到接近烟气露点时再将烟气吸入有双层吸收层的洗涤塔，使烟气被充分清洗，此时，烟气经过了脱硫处理，再通过湿式电除尘器后再进入换热器换热升高温度，排入大气中。在此过程有产物（NH4）2SO4。

（四）NADS氨-肥法

NADS氨-肥法是由我国华东理工大学开发出的一种火电厂烟气SO2回收净化技术，其不仅可以有效的解决SO2的排放污染问题，还可以生产硫酸铵等各种铵盐。过程中产生的亚硫酸铵可以与硫酸等强酸反应，得到硫酸盐、硝酸盐等各种盐，并且进行加热蒸发、干燥结晶、再次干燥后，产物是可用于商业应用的化肥产品。另外可以得到体积分数8%～10%的SO2和空气混合物，再加入催化剂V2O5-SiO2催化氧化，将SO2反应为成SO3，经过一定浓度的浓硫酸吸收，得到产物质量分数为98.3%的商品浓硫酸。

（五）电子束氨法

电子束氨法采用电子集束对水、氨和烟气的混合气体进行照射，产生强大电场烟气中组分的分子被电离，變成为具有很高能量的电子，继而能电离其他烟气组分产生多种活泼性很高的自由粒子，其中SO2和NO活泼性自由粒子氧化为SO3和NO2，和氨气反应生成（NH4）2SO4和NH4NO3。但是这种方法也有个很明显的缺点，就是此种方法能源消耗高，效率低下，过程中使用到重要的高效率、大功率设备仍在研制当中。

图1.氨法脱硫工艺流程图

三、氨法脱硫在火电厂的优化应用

（一）氯离子浓度控制优化

氯离子浓度在设备中要求非常严格，如果超标将对设备构成腐严重蚀，所以控制氯离子浓度成为在脱硫过程的十分重要的步骤。可运用质量守恒的法则，事先计算Cl-的物料平衡的方法，控制塔内Cl-浓度在40000ppm以下，采用抽取定量的处理液喷淋，喷在干燥系统中硫中调节系统中氯离子的平衡。

（二）氨逃逸、气溶胶问题的解决

在氨法脱硫工艺中会出现氨逃逸和铵盐气溶胶的问题，这些问题一直以来都是难以突破。可采取精简吸收塔的内部结构、精确计算出合理的气和液比例、不断调整pH值以达到适合范围以及利用氧化的方法把氨固定在工艺流程中和减少铵盐类气溶胶生成，根据工程实践可得出氨逃逸的速率应该要控制在小于8 mg/Nm3最为适合。

（三）烟气含尘量的控制

进入脱硫塔等设备的烟气的含灰量的大小会直接影响到产物硫酸铵的质量，同时对脱出的硫的颜色具有很大的影响，在含灰量较大的时候，脱出的硫的颜色会出现明显发黄的状况。在工程实践中，发现灰含量超过限值会造成脱硫系统管路的堵塞以及硫酸铵无法结晶的现象。所以，可以采用高效电除尘和袋式除尘和电袋除尘的方法减少脱硫工艺中烟气的灰含量，另外还可以采用对硫酸铵水溶液过滤除灰的方式得到高质量的硫酸铵结晶。

四、结论

在我国硫资源十分短缺，硫的来源依赖于外来进口，但是我国的火电厂又是向大气中大量得排放含硫的污染物。因此，在排放前把含硫污染物进行脱硫处理，并且得到可利用的副产品是一种解决这些问题的有效途径之一。氨法脱硫工艺是一种可行的脱硫技术，再对其进行氯离子浓度控制、氨逃逸、气溶胶问题和烟气含尘量的控制的优化可以很大程度上提高脱硫系统的工作效率以及提高副产物的质量。

参考文献

[1] 徐澎波.火电厂氨法烟气脱硫装置运行参数检测与控制系统设计[J].自动化技术与应用，2011（30）：10.

[2] 何翼云.氨法烟气脱硫技术及其进展[J].化工环保，2012（32）：2.