氨法脱硫技术在燃煤锅炉烟气减排中的高效运用

孙 伟

（中海石油天野化工有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010070）

氨法脱硫技术主要是通过湿法回收烟气中的硫，氨法脱硫技术的吸收剂主要是利用氨或者氨水，对于烟气中的二氧化硫气体实施洗涤和吸收。氨法脱硫技术具有较快的反应速率，吸收剂的利用率也非常高，而且可以利用副产物，因此需要在燃煤锅炉烟气减排中高效利用氨法脱硫技术，并且结合实际情况不断完善和优化氨法脱硫装置，优化氨法脱硫技术的应用效果。

1 氨法脱硫技术的综合优势

1.1 脱硫产品优势

（1）用作肥料。氨法脱硫装置在实际运行过程中会产生硫酸铵，可以作为优质的氮肥和硫肥，可以为农作物生长提供氮元素和硫元素等，有利于提高农产品的产量和质量。硫酸铵具有较小的吸湿性，因此不容易结块，具有显著的物理性质和化学性质，水溶液具有酸性特点，可以应用于碱性土壤和碳质土壤中。硫酸铵可以作为基肥和追肥以及种肥，因为氮含量较低，因此单位面积使用量较大。作为硫肥的过程中，可以改善土壤硫需求，可以为农作物生长过程提供养分。利用硫酸铵可以促进农作物枝叶生长，同时可以提高农作物的抗病虫害能力，保障农作物的产量。

（2）用于工业生产。硫酸铵是一种粉状的结晶体，并没有特殊的气味和色彩，如果温度超过280℃，硫酸铵将会产生氨气，加热温度超过513℃，可以安全分解为氨气、氮气以及二氧化硫等。硫酸铵不仅可以作为肥料，而且可以在放置盒医药等工业生产中利用。

（3）产品价值较高。氨法脱硫装置产生的硫酸铵具有较高的价值，因此利用氨法脱硫技术的过程中，不仅需要充分利用氨资源，而且产生的硫酸铵具有较高的市场价格，可以高效回收硫资源，可以增加含有二氧化硫的废气价值。

1.2 技术优势

（1）脱硫装置阻力较小。在氨法脱硫过程中，氨具有较高的活性，可以快速和烟气二氧化硫产生反应，对比常规湿法脱硫技术，氨法脱硫的液气比更低，因此降低了脱硫塔的阻力。在蒸汽加热设备安装过程中，脱硫系统的总阻力在1.2kPa范围内。

（2）脱硫效率较高。在氨法脱硫过程中利用的脱硫剂主要是氨水，氨水具有较高的反应活性。在烟气二氧化硫吸收阶段，气液接触反应之后，将会提高整体化学反应效率，可以推动NH3和SO2反应，原烟气中二氧化硫浓度和烟气流速不会产生较大的影响，可以保障脱硫效率超过98%。

（3）自动化程度较高。氨法脱硫控制系统中利用分散控制系统，其中包括数据采集系统和模拟量控制系统以及顺序控制系统等，具有较高的自动化程度，可以满足氨法脱硫需求，同时可以实时监控全过程的控制点。如果装置设备产生问题，控制系统可以立即报警，保障整个脱硫装置的可靠性和安全性。在氨法脱硫过程中，原料氨和生成物等会溶入水中，因此不会产生结垢和堵塞等问题，有利于开展自动化控制工作，整体工作操作也非常简单。

（4）占地面积比较小。氨法脱硫装置简化了原料预处理工序，可以直接利用氨水，或者一些液氨储罐安装了氨水配置槽，并且可以忽视配置槽的占地面积。对比其他脱硫技术，利用氨法脱硫技术可以节省占地面积30%～50%。

1.3 环保优势

（1）可以超低排放烟气二氧化硫。我国近些年要求改造锅炉烟气处理装置，可以超低排放二氧化硫。利用氨法脱硫技术可以满足二氧化硫超低排放标准。

（2）不会产生二次污染。利用氨法脱硫技术的过程中不会产生废气和废水，因此减少了二次污染问题。氨法脱硫技术的不会排放较多的尾气，而且二氧化硫浓度较低，并且不会产生二氧化碳，不会污染大气环境。利用氨法脱硫技术可以实现无废水排放的目标，而且可以向脱硫塔中返回工艺水实现循环利用，无需利用专门处理措施。硫酸铵溶液脱泥工序中会产生一些灰泥，可以和炉渣共同处理，避免造成二次污染。

1.4 资源利用优势

（1）回收利用硫资源。利用氨法脱硫技术可以转换二氧化硫废气为硫酸铵，有利于实现硫资源回收目标。我国急需摆脱资源紧缺现状，避免过于依赖进口获取硫资源。通过推出环保政策，处理煤和石油等中的杂质硫，可以获得硫磺和硫酸等产品，其中硫资源回收利用中，氨法脱硫技术发挥着重要的作用。

（2）充分利用氨资源。在氨法脱硫装置运行过程中，氨属于重要的脱硫剂，将烟气中的二氧化硫脱除后将会产生硫酸铵，可以作为化肥产品，有利于高效利用氨。如果脱硝装置脱硝水平较低，还可以发挥出脱硫塔的二次脱硝作用，可以降低烟气NOx排放浓度。如果脱硝装置逃逸氨，可以利用脱硫装置继续吸收NH3，高效利用氨法脱硫装置的氨。

2 氨法脱硫技术流程概述

2.1 氨法脱硫技术的化学原理

氨法脱硫装置利用氨水作为脱硫剂，在脱硫塔循环液中补充，控制循环液的pH在5～6。在脱硫塔中进行反应会形成不同类型的溶液。融入压缩空气之后，在脱硫塔将浆液段压缩空气和亚硫酸铵之间进行反应，最终形成硫酸铵溶液。浓缩塔中输入产生的硫酸铵溶液，需要通过高温压缩溶液，再利用旋流浓缩、分离以及干燥等措施，最终获得硫酸铵产品[1]。

2.2 氨法脱硫工艺流程

2.2.1 双塔脱硫工艺

（1）浓缩流程。将锅炉烟气引入到浓缩塔中，烟气和浓缩循环液接触后，可以利用烟气的热量压缩液体，进一步提高融合的饱和度，浆液浓缩之后送入到硫酸盐处理环节中，可以因此产生硫酸铵化肥。经过脱离塔氧化处理之后将会产生硫酸铵浆液，可以用于补充浓缩循环液。

（2）脱硫塔。脱硫塔内部存在隔断板，上段是洗涤段，中段为脱硫段，下段为脱硫浆液段，顶部还设置了烟囱[2]。

（3）洗涤流程。烟气经过脱硫处理之后，可以向洗涤段引入烟气，利用循环洗涤水可以有效处理烟气中的粉尘，利用高效屋脊除雾器处理洗涤的烟气，将雾滴去除后，在塔顶烟囱中直接排放。在隔断板处向塔外的循环洗涤槽中排入洗涤循环水，优化整体洗涤效果[3]。

（4）晶体分离。在硫酸铵稠厚器和离心机有序引入硫酸铵溶液，可以将硫酸铵晶体脱离，等到符合相关标准之后可以将滤液返回到浓缩塔中[4]。

2.2.2 双塔工艺烟气脱硫处理过程

在双塔流程中，烟气有序进入到浓缩塔、脱硫塔中，整体系统的工作阻力较小，并且可以发挥出显著的脱硫效果和除尘效果，在这一过程中不会耗费较多的电能[5]。

2.2.3 可控制氧化率技术

该技术可以彻底分开吸收液液和氧化液，氧化液可以保障氧化率在99.5%以上，而且可以合理控制吸收液的氧化率，以脱硫效率为前提，有利于降低吸收液pH，避免发生氨逃逸问题，而且吸收液的氧化率比较低，可以突然向上波动原烟气参数，如果没有及时跟上加氨调节工作，也不会影响到污染物的浓度，保障二氧化硫排放符合相关标准，维持系统稳定运行。

2.2.4 液力喷射搅拌技术

通过利用液力喷射搅拌技术，在常规气流搅拌阶段，会引发泵气蚀和管道振动等问题，在塔界面覆盖喷射液力搅拌，避免产生沉积问题，集料不会沉积在塔底，否则将会堵塞循环泵，不利于发挥出过滤器的作用[6]。

3 燃煤锅炉烟气减排中常用的氨法脱硫技术

3.1 电子束氨法脱硫

利用电子束氨法脱硫，烟气有序经过除尘器后被引入到冷却塔中，利用冷却塔的冷却水，可以实现降低燃煤锅炉烟气的温度，同时可以提高烟气的湿度，随后利用反应器的辐照处理，喷入氨之后利用电子束，推动烟气和氨之间充分反应，最终生产硫酸铵和硝酸铵。完成所有的处理措施之后，在副产品收集装置中输送烟气，复查收集装置，可以收集其余的硫酸铵和硝酸铵，最后利用烟囱排除处理之后的烟气。

3.2 NKK氨法脱硫技术

NKK氨法脱硫技术最早是利用NH3作为吸收剂，可以脱硫处理尾气。利用NKK氨法脱硫技术的过程中，首先引出燃煤锅炉的烟气，利用脱硫风机增压之后，可以在吸收塔中引入烟气，在吸收塔中可以利用除尘降温工作，随后加入吸收剂，可以第二次吸收燃煤锅炉的烟气，只是加入工艺水，经过吸收处理之后，利用加热器升温烟气，最后通过烟囱排除[8]。

3.3 NADS氨法工艺

NADS氨法工艺主要是利用氨吸收烟气中的二氧化硫，从而形成亚硫酸氢铵和亚硫酸铵，并且根据实际生产需求等合理回收氨法脱硫装置的产物，推动工业生产可持续发展。

4 氨法脱硫技术暴露的问题和原因

4.1 脱硫塔浓缩段

（1）喷淋层严重冲刷塔壁。塔壁出现了穿孔问题，出现这一问题是因为脱硫塔浓缩段喷淋层的最外侧喷嘴和塔壁相距较近；设计人员在选择喷嘴类型的过程中，没有分配选择外侧喷嘴和内圈喷嘴的型号，普遍利用120°空心锥切线型喷嘴；没有防冲刷处理脱硫塔浓缩段喷淋层下方塔壁内，主要是利用3mm厚的玻璃鳞片开展防腐处理。

（2）浓缩循环泵叶轮严重磨损。严重腐蚀浓缩循环泵叶轮之后，将会显著降低流量和扬程。这是因为没有在浓缩循环泵叶轮表面设置耐磨涂层。或者在实际操作过程中，浓缩循环液固含量超过35%之后，才向处理系统中输送浆液，提高了浆液中的固含量，严重磨蚀叶轮。

（3）硫酸铵母液氧化率较低。去除硫酸铵之后，处理系统硫酸铵母液氧化率较低，这是因为在装置运行过程中，浓缩段浆液pH在5～6，整体pH偏高，浓缩段浆液吸收烟气中的二氧化硫，从而形成亚硫酸根，但是因为缺乏氧化空气量，一些亚硫酸根没有被氧化，导致硫酸铵母液氧化率低于工作标准。

4.2 脱硫塔氧化和吸收段

（1）吸收液氧化率较低。通常情况下吸收液的氧化率在96%左右，但是锅炉燃烧的煤质硫含量超过设计标准之后，将会降低装置吸收液的氧化率在90%范围内。这是当前主要是利用孔管形式的氧化空气分布管，为了避免堵塞分布孔，将会扩大氧化空气分布管的孔径，并且在塔底设置氧化槽无氧化空气再分布设施，导致氧化空气气泡在分布孔逸出之后，迅速抬升，降低了气液接触面积，同时会降低氧化空气利用率。

（2）二氧化硫吸收率不稳定。吸收段二氧化硫吸收率不稳定，而且还存在超标问题、这是因为原吸收段的喷淋层包括两层，烟气经过吸收喷淋层之后，因为异物堵塞部分喷头，导致烟气只能经过一层喷淋液，烟气中二氧化硫浓度非常高。

4.3 脱硫塔水洗和除雾段

（1）水洗喷淋液浓度较高。水洗喷淋液浓度较高，这是因为脱硫塔系统冲洗水利用工艺水，整体补水液比较少，吸收段吸收的二氧化硫需要在水洗段进一步吸收富集。

（2）电除雾器运行效果不理想。电除雾器的除雾效率为60%，不利于保障烟气均布效果。

5 氨法脱硫技术改进措施

5.1 改造浓缩段

重新选择浓缩段喷淋层的喷嘴，并且在浓缩段喷淋层下方塔壁内衬设置护板，避免喷淋液冲刷塔壁。及时更新浓缩循环泵，并且选用闭式叶轮，叶轮上要设置耐磨涂层，选用六级的电动机，降低叶轮转速，同时增设塔壁冲洗水环管，并且要定期冲洗塔壁。

5.2 改造氧化和吸收段

为了提高氧化效率，减少氧化空气使用量，可以分层控制氧化段的pH，在氧化段需要设置两层的分布筛板。因为脱硫塔吸收段的喷淋液气比较小，吸收能力有待提高，需要增设循环泵和喷淋层，增加总循环喷淋量，利用三用一备的吸收段循环泵运行模式。

5.3 改造水系和除雾段

通过更新水系循环泵，可以增大喷淋量，在脱硫系统冲洗中利用水循环液。合理减小水洗层填料厚度，同时整下下移水洗喷淋层和支撑梁，将原水洗喷淋层更换，合理增加喷嘴的数量，因此提高喷淋的覆盖率。将原有的电除雾底部填料取消，并且在电除雾器的入口设置气流均布导流板。

6 氨法脱硫技术应用前景

当前我国利用的钙法脱硫主要是在国外引进，需要支付高昂的技术转让费和技术使用费，而且通常是在多家企业引进同一技术。因为气溶胶和氨损以及氯离子富集等问题，影响到氨法脱硫技术的发展。不断发展氨法脱硫技术，可以推进氨法脱硫技术的应用，改变钙法垄断的局面，可以保障我国氨法脱硫技术的多元化发展。我国拥有氨法脱硫技术的自主知识产权，可以节省整体投资，而且占地面积比较小，系统运行过程非常简单，不仅可以脱硫还可以脱硝，在实际应用过程中不会产生二次污染，整体运行费用比较低，副产物还具有较高的应用价值，有利于改造老旧锅炉，因此在未来发展过程中我国需要全面推广氨法脱硫技术。

7 结束语

分析了氨法脱硫技术在燃煤锅炉烟气减排中的应用，提出针对性的应用流程和应用技术，对于实际工作起到参考作用，实现燃煤锅炉烟气减排的目标，推动相关行业健康发展。