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电厂运行跳不过的---氨法脱硫工艺

时间:2018-04-16 13:25

来源:除灰脱硫脱硝技术联盟

氨法脱硫工艺是采用氨作为吸收剂除去烟气中的SO2的工艺,该工艺过程一般分成三大步骤: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,又可分为氨-硫铵肥法、氨-磷铵肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等;氨法脱硫对煤中硫含量的适应性广,低、中、高硫含量的煤种脱硫均能适应,特别适合于中高硫煤的脱硫。采用石灰石/石膏法时,煤的含硫量越高,石灰石用量就越大,费用也就越高;而采用氨法时,特别是采用废氨水作为脱硫吸收剂时,由于脱硫副产物的价值较高,煤中含硫量越高,脱硫副产物硫酸铵的产量越大,也就越经济。

工艺流程

氨法脱硫工艺主要由脱硫洗涤系统、浓缩系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵生产系统(若非氨-硫铵法则是于其工艺相对应的副产物制造系统)、电气自动控制系统等组成。

锅炉排出的烟气通过引风机增压后进入FGD系统,引风机用来克服整个FGD系统的压降。烟道上设有挡板系统,以便于FGD系统正常运行或旁路运行,不考虑增设脱硫增压风机。烟气通过引风机后,进入脱硫塔。

吸收塔分为三个区域:分别为吸收区、浆池区和除雾区,烟气向上通过脱硫塔,从脱硫塔内喷淋管组喷出的悬浮液滴向下降落,烟气与氨/硫酸铵浆液液滴逆流接触,发生传质与吸收反应,以脱除烟气中的SO2、SO3。脱硫后的烟气经除雾器去除烟气中夹带的液滴后,从顶部离开脱硫塔,通过原烟道进入烟囱排放。脱硫塔下部浆池中的氨/硫酸铵浆液由循环泵循环送至浆液喷雾系统的喷嘴,产生细小的液滴沿脱硫塔横截面均匀向下喷淋。SO2和SO3与浆液中的氨反应,生成亚硫酸铵和硫酸铵。

在脱硫塔浆池中鼓入空气,将生成的亚硫酸铵氧化成硫酸铵,由于充分利用了烟气中的热量,使得脱硫塔中的水蒸气过饱和而析出硫酸铵结晶,硫酸铵浆液经过旋流器的脱水提浓厚再进入离心机进一步脱水,最后经干燥后得到硫酸铵产品。

反应过程

烟气中的SO2从烟气主体进入吸收液的过程是物理吸收和化学反应的过程,通过这个过程,使SO2从气相进入液相而被捕获。

该过程可分为如下几个化学步骤:

烟气中SO2溶解于水形成H2SO3。

氨吸收剂溶解于水形成NH3˙H2O。

溶解于水形成的NH3˙H2O与溶解于水形成的H2SO3进行化学反应形成(NH4)2SO3。

形成的(NH4)2SO3在氧化空气的作用下氧化形成(NH4)2SO4

氨法脱硫过程的总化学反应式可以综合表示为:

SO2+H2O+XNH3→(NH4)xH2-xSO3

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

 

虽然上述综合反应式中列出了主要的反应物和生成物,但整个反应过程非常复杂,可以通过以下的一系列反应过程表示:

A:脱硫塔中SO2的吸收

烟气中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亚硫酸。

SO2 + H2O → H2SO3 (1)

B:亚硫酸同溶于水中的硫酸铵和亚硫酸铵起反应

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

H2SO3+(NH4)2SO3→2NH4HSO3 (3)

C:吸收剂氨的溶解

NH3 + H2O→NH4OH →NH4+ + OH- (4)

由于反应(4)的进行,可以不断提供中和用的碱度及反应用的铵离子。氨同溶于水中的亚硫酸、硫酸氢铵和亚硫酸氢铵起反应。

D:中和吸收的SO2

SO2极易与碱性物质发生化学反应,形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐;SO2过剩时形成酸式盐。

SO2 + NH4OH→ NH4HSO3 (5)

SO2 + 2NH4OH→(NH4)2SO3 + H2O (6)

由于反应(5)、(6)的进行,可以使更多SO2可被吸收。

E:吸收得到的(亚)硫酸(氢)铵氧化成硫酸(氢)铵

亚硫酸盐不稳定,可被烟气及氧化空气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。

2 NH4HSO3 + O2 → 2NH4HSO4 (7)

2(NH4)2SO3 + O2 →2(NH4)2SO4 (8)

F:硫酸铵溶液浓缩后结晶析出硫酸铵固体

硫酸铵+ 水→ 硫酸铵固体+水蒸汽

G:脱硝功能

氨法脱硫在脱出二氧化硫的同时,对氮氧化物也有一定的脱除效果,其反应原理如下:

烟气中氮氧化物(NOx)主要以NO(占NOx的90%)形式存在,其次是NO2、N2O5等。在一定温度下,NO 在空气中部分氧化成NO2,建立如下平衡:

NO+ 1/2O2→NO2

在一定温度的水溶液中,亚硫酸铵(NH4)2SO3与水中溶解的NO2反应生成(NH4)2SO4 与N2,建立如下平衡:

2(NH4)2SO3 + NO2→2(NH4)2SO4 + 1/2N2 ↑

亚硫酸铵(NH4)2SO3与水中溶解的NO反应生成(NH4)2SO4与N2,建立如下平衡:

(NH4)2SO3+ NO→(NH4)2SO4+ 1/2N2↑

亚硫酸氢铵NH4HSO3与水中溶解的NO2反应生成NH4HSO4 与N2,建立如下平衡:

4NH4HSO3+2NO2→4NH4HSO4+N2↑

 

存在问题

1、氨逃逸

这里所述的氨逃逸专指气态氨随烟气排出脱硫装置的现象。在氨法脱硫工程中,通常造成氨逃逸的主要原因是脱硫循环液中游离氨含量高。氨是极易挥发的物质,常温常压下氨是气体。所以在氨法脱硫的工程中需要将氨的浓度和温度降到尽量低。脱硫所需要的氨是由脱除烟气中的二氧化硫的量所决定的,所以为了使吸收液中氨的浓度降低,只能加大吸收液的循环量,同时,吸收液温度降低。

另外,亚硫酸铵氧化率低也是造成氨逃逸严重的另一个原因。脱硫生成的亚硫酸铵是不稳定的化合物,如果不及时氧化成稳定的硫酸铵,容易分解成二氧化硫和氨,造成排放烟气中二氧化硫升高同时氨逃逸加剧。

编辑:张伟

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