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江南氨回收法烟气脱硫技术

编辑:河南宏大脱硫有限公司   时间:2014/08/16   字号:
摘要:江南氨回收法烟气脱硫技术

【摘 要】本文简述了江南氨回收法烟气脱硫的生产原理、工艺流程、发展历史、技术特点、前景分析以及各类氨法技术情况,为烟气脱硫技术的选择特别是选用氨法烟气脱硫技术提供参考。

  1、FGD烟气脱硫概况
  我国清洁资源稀少,能源资源以煤炭为主,占一次能源消费总量的75%。燃煤排放的二氧化硫连续多年  超过2000万吨,居世界首位,我国已成为世界上第三大酸雨区和世界上大气环境污染最严重的国家之一,其中火电厂二氧化硫排放量占全国总量的65% 。同时近年来电力供应紧张,电力装机容量大量增加,预计到2020年我国二氧化硫排放量将达到每年3400万吨。根据有关的研究结果,每排放1吨二氧化硫造成直接和间接经济损失高达5000元,推算到2010年我国经济损失的累计数字将达到2万多亿元,严重制约我国经济和社会的发展。因此削减和控制燃煤二氧化硫污染、实现经济与环境双赢是我国能源和环境保护部门面临的严峻挑战,任务十分艰巨和紧迫。
  我国的FGD烟气脱硫在20世纪70年代开始研究,相对发达国家起步较晚、起点很低。长时间以来脱硫市场未形成规模,同时FGD变化因素较多、系统要求较高、投资和运行消耗很大,所以目前我国脱硫装置基本上都是引进国外技术和设备并以钙法(石灰石-石膏法)为主。一是因为钙法的脱硫剂—石灰石来源丰富且价格便宜,另外钙法技术在国外相当成熟且公开,获取容易。但是由于钙法技术设备易结垢阻塞、附产物石膏销路不畅、系统复杂、投资多、占地面积大、产生二次污染、运行费用高等问题的日益显现,使得这项技术在中国的推广前景不容乐观。
  近年来氨法脱硫技术倍受业界关注,许多的企业、研究单位对氨法脱硫技术的前景作出了乐观评价,诸如:“采用硫酸铵过程,烟气脱硫可以实现自负盈亏”——美国Ellison 咨询公司;“通过大量、高价值的副产品生产,烟气脱硫可以获得卓越的投资效益”——美国John Brown公司;“氨法烟气脱硫时代已经到来了”——美国GE公司;“经过二十多年一步一步地漫长的发展,如今,氨法已进入工业化应用阶段。”——Krupp公司。由于氨法是回收法,可充分利用我国广泛的氨源生产硫肥,以弥补我国大量进口硫磺的缺口,这样既治理了大气二氧化硫的污染,又变废为宝、满足我们这一农业大国长期大量的化肥需求,并可产生一定的经济效益,同时氨法脱硫工艺在脱硫的同时又可脱氮,对减少温室气体起到非常重要的作用,是一项较适应中国国情的、完全资源化的、适应长远发展的、很具推广价值的、更环保的脱硫技术。一些专家曾强调钙法脱硫最终产物填埋处理方法不科学、造成资源浪费、产生二次污染的问题,并提出氨法更符合循环经济理念、会成为将来的一个发展方向;还有一些官员曾表示支持电厂上氨法脱硫示范工程,也曾提出在很多条件下,如煤的含硫量较高时,无论是从经济角度还是脱硫效果而言,都应当选择氨法技术。本文拟对氨法脱硫技术的发展、原理、前景和各类氨法技术情况进行浅析,并侧重介绍江南氨回收法脱硫技术。

  2、 氨法脱硫的发展历史   
  70年代初,日本与意大利等国开始研制氨法脱硫工艺并相继获得成功。氨法脱硫工艺主体部分属化肥工业范筹,对电力企业而言比较陌生,这是氨法脱硫技术未得到广泛应用的主要因素。随着合成氨工业的不断发展以及厂家对氨法脱硫工艺自身的不断完善和改进,进入90年代后,氨法脱硫工艺渐渐得到了应用。   
  国外研究氨法脱硫技术的企业主要有:美国:GE、Marsulex、Pircon、Babcock & Wilcox;德国:Lentjes Bischoff、Krupp Koppers;日本:NKK、IHI、千代田、住友、三菱、荏原;等等。不同工艺的氨法脱硫自20世纪80-90年代开始应用,日本NKK(日本钢管公司)在70年代中期建成了200MW和300MW两套机组,目前已累计运行二十多年。美国GE(通用环境系统公司)于1990年开始建成了多个大型示范装置,规模从50MW至300MW。德国Krupp Koppers(德国克虏伯公司)也于1989年在德国建成65MW示范装置,目前已累计运行十多年。据不完全统计,全世界目前使用氨法脱硫的机组大约在10000MW左右。   
  但是,氨法脱硫技术长时间存在着气溶胶、氨损、副产品稳定性的问题,加上氨法起步晚、业绩少,这些都是制约氨法在烟气脱硫上推广的因素,一直没有被企业和环保部门完全接受。1995年国家计委和科技部将氨法脱硫技术作为国家重点科技攻关项目并列入“十五”863项目,经过一些科研机构和企业的多年烟法和工业试验,逐渐形成了适合我国国情的氨回收法脱硫技术并树立了工程业绩。目前国内氨法脱硫成功的业绩是镇江江南环保工程建设有限公司在河南、云南、江苏和湖北建设的几个中大规模的氨回收法烟气脱硫装置,这些装置的成功应用,彻底解决了困扰氨法脱硫技术的应用难题,证明氨法技术的优势,也使得氨法脱硫技术在我国的全面展开。   

  3、 氨法分类及各类氨法简介
  氨法脱硫工艺皆是根据氨与SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的,主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。
  3.1 电子束氨法(EBA法)与脉冲电晕氨法(PPCP法) 
  电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的、已降温至70℃左右的烟气,在强电场作用下,部分烟气分子电离,成为高能电子,高能电子激活、裂解、电离其他烟气分子,产生OH、O、HO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里,烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2,与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情况下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的气溶胶,再由收尘器收集。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。这两种氨法大的能耗和低的效率尚要改进,同时设备容易阻塞,主要设备如大功率的电子束加速器和脉冲电晕发生装置还在研制阶段。
  3.2 简易氨法
  简易氨法已商业化的有TS、PS氨法脱硫工艺等,主要利用气相条件下的H2O、NH3与SO2间的快速反应设计的简易反应装置,严格地讲简易氨法是一种不回收的氨法,其脱硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定的亚铵盐,回收十分困难,氨法的经济性不能体现;且脱硫产物随烟气排空后又会有部分分解出SO2,形成二次污染。所以,该工艺只能用在环保要求低、有废氨水来源、不要求长期运行的装置上。
  3.3 湿式氨法
  湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺,并且湿式氨法既脱硫又脱氮。湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤:脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造。根据过程和副产物的不同,湿式氨法又可分为氨-肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等。其中氨-肥法又可根据附产物不同分为氨-硫酸铵肥法和氨-磷酸铵肥法,本文详述的氨-肥法特指附产物为硫酸铵肥。
  湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯(krupp kroppers)公司开发于七八十年代的氨法Walther工艺。传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶胶问题没得到解决。能捷斯-比晓夫公司对传统氨法进行了改造和完善为氨法AMASOX工艺。90年代,美国的GE公司也开发了氨法GE工艺,并在威斯康辛州的kenosha电厂建一个500MW的工业性示范装置。之后日本钢管公司又开发了氨法NKK工艺。
  3.4 江南氨回收法脱硫工艺
  “九五”期间,在国家发展计划委员会、国家科技部、国家教育部的共同支持下,华东理工大学成功地完成了国家“九五”重点科技攻关项目“二氧化硫废气回收净化新技术的工程化”,开发了一种新的火电厂烟气SO2回收净化技术。该技术于1999年9月17日通过了由国家科技部、国家教育部、国家环保局和电力公司共同主持的专家鉴定和验收,具有多项适合我国国情的关键技术创新,被专家一致评价为“国际领先水平”。

    目前江南公司已经拥有各项专利28项,几乎覆盖了氨法脱硫技术的所有内容,形成了一套完全自主知识产权的江南氨回收法烟气脱硫技术。江南氨回收法脱硫技术吸纳了化学工程、化工设备和化工材料等多方面的先进成果,继承了传统氨法脱硫技术反应速度快、工艺流程短、装置占地少等优点,彻底解决了氨法脱硫中的气溶胶、氨损失、设备腐蚀、亚氨氧化、操作可靠性等方面的重大问题。

  4、 江南氨法烟气脱硫的原理和工艺流程
  4.1 工艺原理
  以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础:
  SO2+H2O+xNH3 = (NH4) xH2-XSO3 (1)
  得到亚硫酸铵中间产品,亚硫酸铵再进行氧化:
  (NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2)
  4.2 工艺流程
  锅炉引风机(或脱硫增压风机)来的烟气,经换热降温至100℃左右进入脱硫塔用氨化液循环吸收生产亚硫酸铵;脱硫后的烟气经除雾净化入再热器(可用蒸汽加热器或气气换热器)加热至70℃左右后进入烟囱排放。脱硫塔为喷淋吸收塔是专利设备,主要引用在湿式石灰石/石膏脱硫中常用的结构,在反应段、除雾段增加了相应的构件增大反应接触时间。吸收剂氨水(或液氨)与吸收液混合进入吸收塔。吸收形成的亚硫酸铵在吸收塔底部氧化成硫酸铵溶液,再将硫酸铵溶液泵入过滤器,除去溶液中的烟尘送入蒸发结晶器。硫酸铵溶液在蒸发结晶器中蒸发结晶,生成的结晶浆液流入过滤离心机分离得到固体硫酸铵(含水量2~3%),再进入干燥器,干燥后的成品入料仓进行包装,即可得到商品硫酸铵化肥。

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