何翼云

（中國石化 資本運營部，北京 100728）

氨法煙氣脫硫技術及其進展

何翼云

（中國石化 資本運營部，北京 100728）

闡述了氨法煙氣脫硫技術的原理和工藝特點。介紹了Walther氨法、AMASOX氨法、GE氨法、NADS氨-肥法、電子束氨法和流光放電氨法煙氣脫硫工藝，重點介紹了新型流光放電氨法煙氣脫硫技術的特點及其工程應用情況。展望了氨法煙氣脫硫技術的應用前景。

氨法；煙氣脫硫；硫酸銨；流光放電

我國SO2最大的排放來源是燃煤、燃油電廠以及城市中大量的燃煤、燃油供熱鍋爐。預計到2020年，我國SO2排放量將達到21 M t/a，SO2的超額排放每年給國家造成直接經濟損失達1 100億元以上，且呈逐年增加的趨勢［1］。盡管國家出臺了一系列節(jié)能減排措施，但我國的SO2排放量仍居世界首位。目前，國內煙氣脫硫主要采用石灰石-石膏濕法，隨著大量石灰石-石膏濕法脫硫裝置的投入運行，產生了大量的脫硫石膏。2011年，我國堆存的脫硫石膏和其他石膏副產品已超過150 M t，脫硫石膏的二次污染問題已越來越嚴峻。因此，迫切需要開發(fā)無二次污染、終產物資源化的煙氣脫硫新技術、新工藝。

近年來，氨法煙氣脫硫技術備受業(yè)界關注，該技術可充分利用我國豐富的氨源生產化肥，以減少大量的硫磺進口，既治理了大氣中的SO2污染，又變廢為寶，是一項較適應中國國情、完全資源化、適應長遠發(fā)展、極具推廣價值且更環(huán)保的脫硫技術。

本文對氨法煙氣脫硫技術的原理、工藝特點等進行了闡述，介紹了流光放電氨法煙氣脫硫新技術的特點及其應用情況。

1 氨法煙氣脫硫技術的原理

采用氨水或液氨等作為脫硫劑，煙氣中的SO2與氨反應生成（NH4）2SO3，（NH4）2SO3與空氣進行氧化反應生成（NH4）2SO4，吸收液經結晶、脫水、壓濾后制得（NH4）2SO4，反應原理見式（1）～式（4）。

在吸收液循環(huán)使用過程中，式（2）是吸收SO2最有效的反應。通過補充新鮮氨水，式（3）可保持（NH4）2SO3溶液的濃度。

2 氨法煙氣脫硫工藝

較成熟的、已工業(yè)化的氨法煙氣脫硫工藝有以下幾種類型［1-7］。

2.1 Walther氨法

Walther氨法煙氣脫硫工藝是20世紀70年代克盧伯公司開發(fā)的最早的濕法氨水脫硫工藝。其工藝過程為：除塵后的煙氣先經過熱交換器，從上方進入洗滌塔，與氨氣（體積分數25%）并流而下，洗滌液落入池中，用泵抽入吸收塔內循環(huán)噴淋煙氣，煙氣經除霧器后進入高效洗滌塔，最后經熱交換器加熱后的潔凈煙氣排入煙囪。

2.2 AMASOX氨法

傳統的氨法煙氣脫硫工藝的主要問題之一是凈化后的煙氣中存在氣溶膠。能捷斯-比曉夫公司對傳統氨法煙氣脫硫工藝進行了改造和完善，稱為AMASOX氨法，將傳統的多塔流程改為結構緊湊的單塔流程，并在塔內安置了濕式電除霧器以解決氣溶膠的問題。

2.3 GE氨法

20世紀90年代，美國GE公司開發(fā)的氨法煙氣脫硫工藝流程為：除塵后的電廠鍋爐煙氣經換熱器后進入冷卻裝置，經高壓水噴淋降溫、除塵，冷卻到接近露點溫度的潔凈煙氣再進入吸收洗滌塔。吸收洗滌塔內布置有兩段吸收洗滌層，洗滌液和煙氣得以充分的混合接觸，脫硫后的煙氣經過塔內的濕式電除塵器后再進入換熱器升溫，達到排放標準后經煙囪排入大氣。脫硫后含有（NH4）2SO4的吸收液經結晶形成副產品（NH4）2SO4。

2.4 NADS氨-肥法

華東理工大學完成了國家“九五”科技攻關項目“SO2廢氣回收凈化新技術的工程化”，開發(fā)了一種新的火電廠煙氣中SO2回收凈化技術，簡稱NADS氨-肥法。NADS氨-肥法不僅能生產硫酸銨，還能生產磷酸銨和硝酸銨，同時聯產高濃度硫酸（質量分數98.3%）。亞硫酸銨溶液可以分別與硫酸、硝酸、磷酸進行反應，得到硫酸銨、硝酸銨和磷酸銨溶液，再經蒸發(fā)、結晶、干燥后，得到商品級的化肥產品，同時得到體積分數8%～10%的SO2和空氣混合物，再經催化氧化（催化劑為V2O5-SiO2），將SO2變?yōu)镾O3，再經濃硫酸吸收后得到質量分數為98.3%的商品濃硫酸。

2.5 電子束氨法

電子束氨法煙氣脫硫工藝是用電子束照射噴入水和氨的煙氣，在強電場作用下，部分煙氣分子電離，成為高能電子，高能電子激活、電離其他煙氣分子，產生 ·OH，·O，HO2·等多種活性粒子和自由基。煙氣中的SO2和NO被活性粒子和自由基氧化為SO3和NO2，在有NH3的情況下生成（NH4）2SO4和NH4NO3等。電子束氨法的能耗高、效率低，主要設備如大功率的電子束加速器還在研制階段。

2.6 流光放電氨法

流光放電氨法煙氣脫硫技術是國家高技術研究發(fā)展計劃（“863”計劃）成果，是我國自主研發(fā)的煙氣凈化新技術，它充分結合了等離子體自由基的強氧化性和氨吸收的化學特性，實現脫硫、副產銨肥。當在流光放電反應器上施加高電壓時，電極尖端產生的強電場能夠形成一個線狀的流光通道，在流光放電區(qū)域激發(fā)的電子能量可達到10 eV以上，使O2和H2O等氣體分子發(fā)生電離，產生·OH、·H、·O及O3等強氧化性自由基物質［3］，這些活性自由基在溶液中引發(fā)復雜的鏈反應，在有O2條件下，將四價硫氧化為六價硫，生成（NH4）2SO4。

3 流光放電氨法煙氣脫硫技術的應用

3.1 工程概況

中國石化巴陵石化公司（簡稱巴陵石化公司）動力部1＃鍋爐煙氣脫硫裝置改造采用流光放電氨法煙氣脫硫技術，2011年3月2日一次開車成功，順利通過連續(xù)168 h的驗收考核和環(huán)保驗收監(jiān)測。目前裝置運行穩(wěn)定，經當地環(huán)保部門檢測，排放的煙氣達到GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》［8］的要求，其他指標全部達到設計要求。

3.2 工藝流程

巴陵石化公司流光放電氨法煙氣脫硫技術工藝流程示意見圖1［6］。

除塵后的鍋爐煙氣經風機進入預洗塔，經增濕、降溫、吸收后，NH3與SO2反應生成（NH4）2SO3和NH4HSO3，在吸收塔內，通過加NH3保持溶液pH在一定范圍內，循環(huán)吸收SO2。補充工藝水使脫硫系統保持水平衡，在O2及自由基作用下，（NH4）2SO3、NH4HSO3進一步氧化成（NH4）2SO4。在保持物料平衡的條件下，適量地將一定濃度的（NH4）2SO4母液通過旋流器、離心分離后送至（NH4）2SO4干燥、蒸發(fā)工序，脫水干燥后生產農用（NH4）2SO4化肥。脫硫后的煙氣經電除霧器除霧凈化，經煙囪排放。

圖1 流光放電氨法煙氣脫硫技術工藝流程示意

3.3 裝置運行指標和消耗情況

巴陵石化公司流光放電氨法煙氣脫硫技術裝置運行指標見表1。

表1 裝置運行指標

3.4 流光放電氨法煙氣脫硫技術的特點

（1）采用雙塔結構，分段吸收、分區(qū)控制溶液濃度，多種技術手段實現優(yōu)化的氣液布局和霧源控制，防腐能力強，防結垢，抗磨損，低阻力，全自動控制，高效脫硫。能有效解決銨鹽結晶、管道堵塞、設備腐蝕等問題。

（2）采用脫硫電除霧技術，將霧滴的捕捉范圍從傳統的粒徑40 μm以上大幅擴大至粒徑2 μm以上，成功解決了銨鹽夾帶、氣溶膠排放超標等問題，進一步抑制了尾氣的氨排放，有效減少了氨損耗，降低了生產成本，減少了二次污染。

（3）協同利用氨的強吸收作用和等離子體自由基的強氧化性。等離子體自由基與微泡技術相結合，可實現自由基及O2的高效傳質，高濃度（NH4）2SO3被高效氧化，減小了氧化槽體積，降低了氧化反應的能耗。

（4）由于等離子體對SO2的強化吸收作用，在較低的氨硫物質的量比條件下獲得了較高的氣相脫硫率；通過強制逸氨吸收和電除霧器的超強捕霧能力，有效抑制氨霧滴夾帶。

（5）充分利用企業(yè)廢氨水資源替代液氨作為脫硫吸收劑，以（NH4）2SO4化肥為終產物，實現“以廢治廢”。為企業(yè)節(jié)省高額排污費及液氨外購費，節(jié)省了廢氨水后處理費用，減少了新鮮水消耗，增加了（NH4）2SO4化肥的收益，具有明顯經濟效益。

4 氨法煙氣脫硫技術的應用前景

我國煙氣脫硫技術有巨大的市場需求，預計火電行業(yè)新增和改造煙氣脫硫技術市場容量約達242.5億元，非火電行業(yè)煙氣脫硫技術市場容量約達216億元。但目前氨法煙氣脫硫技術所占比例較小，根據國家發(fā)展改革委員會公布的《火電廠煙氣脫硫產業(yè)信息》（發(fā)改環(huán)資［2005］757號），2008年底前我國累計投運的脫硫裝置容量超過3.79×108kW，其中采用氨法煙氣脫硫技術的裝置容量約占總容量的0.8%。

氨法煙氣脫硫技術作為高效濕法脫硫工藝的一種，在我國已建成幾十套工業(yè)化裝置。由于其副產物為我國市場容量較大的（NH4）2SO4化肥，不但沒有固體廢物的產生，同時回收了硫資源，因此，該技術是一項可實現循環(huán)經濟的綠色脫硫工藝，將帶來顯著的經濟效益和社會效益，應用前景廣闊。

4.1 有良好的氨源保障

按照氨法煙氣脫硫技術市場份額的10%估算，每年需要脫硫劑液氨約2 M t，副產（NH4）2SO4約8 M t。我國目前有合成氨企業(yè)500家左右，廣泛分布于全國各地。預計2015年，我國合成氨產能將達到70 M t/a，氨法煙氣脫硫有較好的氨源保障。

4.2 （NH4）2SO4市場需求潛力大

近年來，世界農業(yè)及肥料組織積極推動硫肥在中國、印度等發(fā)展中國家的應用，對硫肥的需求不斷增加。2009年，世界（NH4）2SO4消費量約19 M t，我國（NH4）2SO4產量約2.8 M t，出口880 kt，用于工業(yè)原料約300 kt，國內用于肥料的（NH4）2SO4消費量只有1.6～1.7 M t，僅占氮肥消費總量的1%，與世界平均水平相比，（NH4）2SO4消費比例偏低。預計2015年，我國用于肥料的（NH4）2SO4需求量將達9 M t/a，進一步考慮出口及工業(yè)領域的消費，我國（NH4）2SO4的市場潛力在10 M t/a以上。因此，氨法煙氣脫硫技術的推廣在我國有較好的市場保障。

4.3 推廣氨法煙氣脫硫技術有利于氮肥行業(yè)的結構調整

2009年，我國氮肥總產量105 M t，其中尿素產量63 740 kt，占氮肥產量的60.7%；碳酸氫銨、氯化銨、硝酸銨和（NH4）2SO4產量分別為26 320，9 185，3 357，2 820 kt。目前，我國氮肥產能已呈現過剩態(tài)勢，中小氮肥生產企業(yè)生存困難。其中重要的原因之一就是產品結構不合理，小合成氨生產企業(yè)仍以低濃度的碳銨作為主導產品，市場空間和利潤空間非常有限。而企業(yè)銷售液氨的利潤比碳銨產品高得多，且脫硫副產物（NH4）2SO4產能的增加不會改變氮肥總量，只是調整了產品結構，減少了碳銨的產量，增加了（NH4）2SO4的比例。因此，大力推廣氨法煙氣脫硫，對改善我國氮肥行業(yè)的產品結構，提高經濟效益具有積極的推動作用，符合我國節(jié)能減排和產業(yè)結構調整的要求。

4.4 燃煤硫分適應性強

氨法煙氣脫硫技術可用于硫質量分數為0.4%～8.0%的燃煤，且用于中、高硫煤時經濟性更加突出，鍋爐也因為使用中、高硫煤而降低了成本，既能提高經濟效益又有較好的環(huán)境效益［9］。

5 結語

氨法煙氣脫硫技術屬于資源回收型技術，產品為（NH4）2SO4化肥。我國擁有發(fā)展氨法煙氣脫硫技術的優(yōu)越條件，國內巨大的合成氨供應量為氨法煙氣脫硫提供了強有力的原料保障，同時，脫硫產品（NH4）2SO4化肥具有較大的市場。在氨法煙氣脫硫的過程中，氨作為原料來自于化肥工業(yè)，又以一種高效的載體形式回到化肥工業(yè)，不消耗額外資源，也不產生廢水、廢渣等環(huán)境污染，吸收劑利用率高，脫硫效率高，設備體積小，能耗低且環(huán)境友好，副產物價值高。

流光放電氨法煙氣脫硫技術是在常規(guī)氨法煙氣脫硫技術基礎上結合等離子體技術開發(fā)的新型脫硫工藝，是對常規(guī)氨法煙氣脫硫技術的創(chuàng)新和發(fā)展。該技術脫硫效率高，除霧能力強，氨排放低，副產（NH4）2SO4化肥無二次污染，適合具備氨源的企業(yè)，經濟、社會、環(huán)保效益明顯。

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Flue Gas Ammonia Desulfurization Technology and Its Development

He Yiyun

（Department of Capital Operation，SINOPEC，Beijing 100728，China）

The principle and technical characteristics of flue gas ammonia desulfurization technology are expounded. The ammonia desulphurization processes of Walther process，AMASOX process，GE process，NADS process，electron beam process and streamer discharge process are introduced on focusing the new streamer discharge process and its application. The applications of flue gas ammonia desulphurization technology are prospected.

ammonia process；flue gas desulphurization；ammonium sulphate；streamer discharge

X701

A

1006 - 1878（2012）02 - 0141 - 04

2011 - 11 - 03；

2011 - 12 - 07。

何翼云（1963—）， 女，湖南省平江縣人，碩士，高級工程師，主要從事安全環(huán)保管理工作。電話010 - 59968176，電郵 heyiyun@sinopec.com。

（編輯 祖國紅）