氨法脱硫工艺技术研究与设计

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1、. 封面封面 1 目录目录 一、概述一、概述2 1.氨法烟气脱硫2 2.氨法脱硫原理2 3.氨法脱硫方法及特点3 二、确定工艺流程二、确定工艺流程5 1.方框流程图5 2.工艺流程说明6 三、物料衡算和热量衡算三、物料衡算和热量衡算6 1、工艺参数.6 2、技术指标.6 3、物料衡算.7 4、热量衡算.8 四、设备选型四、设备选型.10 1、脱硫塔10 2、循环泵和氧化风机11 3、旋流器12 4、离心机12 5、干燥机12 6、包装机13 参考文献参考文献.13 致谢致谢.13 附图附图.14 2 一、概述一、概述 1.1.氨法烟气脱硫氨法烟气脱硫 烟气脱硫（FGD）是指从烟道气或其他工业废

2、气中除去硫氧化物(SO2和 SO3)。 在 FGD 技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法：以 CaCO3（石灰石） 为基础的钙法，以 MgO 为基础的镁法，以 Na2SO3为基础的钠法，以 NH3为基础 的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。这里，主要介绍氨法烟气脱硫技术。氨 法脱硫即是根据氨与 SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的，是控制 SO2 排放的技术。 2.2.氨法脱硫原理氨法脱硫原理 任何 FGD 过程都包括两个基本的化学反应过程:吸收:SO2吸收生成为亚硫 酸盐；氧化:亚硫酸盐氧化为硫酸盐。氨法脱硫以水溶液中 SO2和 NH3的反应 为基础。脱硫塔是烟气脱硫和产生硫酸

3、氨盐的中间装置。烟气中的 SO2在脱硫 塔中被除去，脱硫塔中是 PH 值控制为 5.05.9 的饱和硫酸氨亚硫酸氨溶液， 与 SO2的反应，按照下列反应生成亚硫酸氢氨硫酸氢盐： （1）SO2 H2O = H2SO3 （2）H2SO3 （NH4)2SO4 = NH4HSO4 NH4HSO3 （3）H2SO3 （NH4)2SO3 = 2NH4HSO3 在反应（1）中，烟气中的 SO2溶于水中，生成亚硫酸。在反应（2）和 （3）中，亚硫酸与该溶液中溶解的硫酸氨亚硫酸盐反应。喷射到反应池底部 的氨水，按如下方式中和酸性物： （4）H2SO3 NH3 =（NH4)2SO3 （5）NH4HSO3 NH3

4、=（NH4)2SO3 （6）NH4HSO4 NH3 =（NH4)2SO4 喷射到脱硫塔底部的氧化空气，会按照如下方式将亚硫酸盐氧化为硫酸盐： （7） （NH4)2SO3 + 1/2O2 = (NH4)2SO4 至此，脱硫塔中生成了大量的硫酸氨，硫酸氨溶液饱和后，使硫酸氨从溶 液中以结晶形式析出。 3 3.3.氨法脱硫方法及特点氨法脱硫方法及特点 工业上氨法脱硫的方法很多，目前应用较广泛的有湿式氨法、电子束氨法、 脉冲电晕氨法、简易氨法等。各种方法都有一些共同的特点，具体如下： （1）脱硫塔不易结垢 由于氨具有更高的反应活性,且硫酸铵具有极易溶解的化学特性,因此氨法 脱硫系统不易产生结垢现象。

5、（2）氨法对煤中硫含量适应性广 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,脱硫副产品硫酸铵的产量越大,也就 越经济。 （3）无二次污染 氨是生产化肥的原料。以氨为原料,实现烟气脱硫,生产化肥,不消耗新的自 然资源,不产生新的废弃物和污染物,变废为宝,化害为利,为绿色生产技术,将产 生明显的环境、经济和社会效益。因此,氨法与钙法具有明显的区别。氨法属于 回收法,钙法属于抛弃法。抛弃

6、法的缺点是消耗新的自然资源、产生新的废弃物 和污染污,具有明显的二次环境问题。 （4）系统简单、设备体积小、能耗低 氨是一种良好的碱性吸收剂,从吸收化学机理上分析,SO2的吸收是酸碱中和 反应,吸收剂碱性越强,越利于吸收,氨的碱性强于钙基吸收剂;而且从吸收物理 机理上分析,钙基吸收剂吸收 SO2是一种气-固反应,反应速率慢、反应不完全、 吸收剂利用率低,需要大量的设备和能耗进行磨细、雾化、循环等以提高吸收剂 利用率,往往设备庞大、系统复杂能耗高;而氨吸收烟气的 SO2是气-液反应,反 应速度快、反应完全,吸收剂利用率高;可以做到很高的脱硫效率,同时相对钙基 脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、能

7、耗低。 （5）氨法具有丰富的原料 氨法以氨为原料，其形式可以是液氨、氨水和碳铵。目前我国火电厂年排 4 放二氧化硫约 1000 万吨，即使全部采用氨法脱硫，用氨量不超过 500 万吨/年， 供应完全有保证。 （6）SO2的可资源化 可将污染物 SO2回收成为高附加值的商品化产品。其脱硫副产品硫酸铵是 一种农用肥料,在我国具有很好的市场前景，硫酸铵的销售收入能冲抵吸收剂的 成本,甚至是整个运行成本,特别是对于自身副产液氨或有废氨水的企业来说,可 以利用液氨或废氨水作为脱硫吸收剂,达到用废水治理废气的目的,副产品的销 售收入还可以给脱硫装置带来一定的经济效益。 5 二、确定工艺流程二、确定工艺流程

8、 1.1.方框流程图方框流程图 2.2.工艺流程说明工艺流程说明 烟气进入脱硫塔与循环浆液逆流接触进行洗涤、降温和吸收，在此过程中 含氨吸收剂的循环液将烟气中的 SO2吸收，反应生成亚硫酸铵；含亚硫酸铵的 液体再与从脱硫塔底部鼓入的空气进行氧化反应，将亚硫酸铵氧化成硫酸铵， 形成硫酸铵稀溶液； 含硫酸铵的稀溶液流至循环槽，通过二级循环泵再送入脱硫塔，再进一步 浓缩、结晶后，得到一定含量的硫酸铵浆液，从而形成闭合循环，这样在循环 槽中使硫酸铵浓度达到规定值后，通过铵排出泵将生成的硫酸铵浆液送入硫铵 后处理系统。 反应后的净烟气经除雾器进行净化达标后再经主烟囱直接排出。 硫铵溶液通过硫酸铵排出泵送

9、入旋流器进一步浓缩后，依靠重力进入离心 机，浆液经离心机分离后得到含水率 4.0%的固体硫酸铵，经重力送入干燥机， 干燥后含水小于 1.0%，干燥后的硫铵经包装后即可得到商品硫酸铵；离心分离 预洗塔脱硫塔 旋流器离心机干燥器包装机 原烟气 溢流 氨气 氧化空气 净烟气 溢流 分离液 底流 氨法脱硫方框流程图 流程图 6 母液进入循环槽重复使用。 三、物料衡算和热量衡算三、物料衡算和热量衡算 1 1、工艺参数、工艺参数 （1）入口烟气量：6.5105Nm3/h； （2）SO2浓度：1000mg/Nm3； （3）烟气入口温度：T=126、常压。 （4）脱硫率95% 2 2、技术指标、技术指标 脱硫

10、保证效率 95% 出口 SO2排放浓度 200mg/Nm3 出口烟尘排放浓度 50mg/Nm3 NOX脱除效率 30 % 烟气排放温度 60 烟气通过脱硫系统的压降 1500Pa 脱硫系统耗电量 187kWh 脱硫系统耗水量 9t/h 脱硫系统耗汽量 0.2t/h 脱硫系统液氨耗量 280Kg/h 脱硫系统设备的噪音不高于 85dB(A)（距离设备外 1m， 操作平台 1.2m 处测试） 脱硫除尘系统设备可用率不低于 95 脱硫除尘系统漏风率 3 除雾器除雾效率 98% 脱硫塔等主体设备使用寿命 30 年 3 3、物料衡算物料衡算 前面已经详细地介绍了脱硫反应的机理，为了确保脱硫率，使氨气过量

11、， 由此可知反应的物料比例为： 7 SO2 NH3 H2O (NH4)2SO4 O2 2 ： 2 ： 2 ： 1 ： 0.5 在标准状态下、单位时间内烟气中含有二氧化硫质量为 hkghmghmgMSO/650/105 . 6/1000105 . 6 85 2 对应的 NH3的质量为 650kg/h，工艺水的质量为 650kg/h。 综合以上计算结果，本部分给出的是一些近似的简化物料平衡计算方法， 物料点涵盖了一些主流程。 （1）吸收塔出口烟气量 G2 hNmG/1045 . 4 000650 126273 273 35 2 ， （2）氨气的量 hkgMM SONH /650 23 （3）工艺水

12、的量 hkgMM SOOH /650 22 （4）氧化空气量 假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后，当中的氧气完全用于氧化亚硫酸铵， 即最终这部分空气仅仅剩下氮气、惰性气体组分和水汽。理论上氧化 1mol 亚硫 酸铵需要 0.5mol 的氧气。 其数值为hkghkgMM SOO / 5 . 162/65025 . 0 25 . 0 22 而换算为压缩空气的流量为kom/h28kmol/h 29 5 . 1625 5 2 空气 空气 M M n O （5）吸收塔的硫酸铵产量（干态） hkghkgMM SOSONH /325/6505 . 05 . 0 2424) ( 4 4、热量衡算、热量衡算 从锅

13、炉来的热烟气经增压风机增压后进入烟气换热器(GGH)降温侧，经 GGH 冷却后，烟气进入吸收塔（烟气温度为 100），向上流动穿过喷淋层， 8 在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的 SO2被石灰石浆液吸收。除去 SO 及其 2 它污染物的烟气经 GGH 加热至 60以上，通过烟囱排放。设置一套密封系统 保证 GGH 漏风率小于 1%。 GGH 是利用热烟气所带的热量加热吸收塔出来的冷的净烟气。在设计条件 下且没有补充热源时，GGH 可将净烟气的温度提高到 60以上。 在热烟气的进口与 GGH 相连的烟道出口安置一套可伸缩的清洗设备，用 来进行常规吹灰和在线水冲洗。清洗装置都有单独的、可伸缩的矛状

14、管和带有 单独的辅助蒸汽和水喷嘴的驱动机械。GGH 配一台在线的冲洗水泵 ，该泵为 在线清洗提供高压冲洗水。自动吹灰系统可保证 GGH 的受热面不受堵塞，保 持净烟气的出口温度。 当 GGH 停机后，换热元件可用一低压水清洗装置进行清洗。此低压水清 洗装置每年使用两次。每台 GGH 上的两个固定的水冲洗装置用来进行离线冲 洗。每一个固定的水清洗装置配有带喷嘴的直管，从有一定间隔的喷嘴中均匀 地向换热面喷冲洗水。 烟道上设有挡板系统，以便于 FGD 系统正常运行和事故时旁路运行。FGD 装置的挡板系统包括一台 FGD 进口原烟气挡板，一台 FGD 出口净烟气挡板和 一台旁路烟气挡板，挡板为双百叶

15、式。在正常运行时，FGD 进出口挡板开启， 旁路挡板关闭。在故障情况下，开启烟气旁路挡板门，关闭 FGD 进出口挡板， 烟气通过旁路烟道绕过 FGD 系统直接排到烟囱。所有挡板都配有密封系统，以 保证“零”泄露。密封空气设两台 100%容量的密封空气风机（一台备用）和二 级电加热器，加热温度不低于 70。 对于换热器，进入换热器的烟气分成两种，包括要进入脱硫塔（喷淋塔） 的原烟气（温度为 126）和经过喷淋塔石灰石浆液淋洗后的净化烟道气（出 口温度 50） ，两股流体在换热器内传热。 原烟气的热流量 Qi= = ipi iiipi i mc tvc thkJhkJ/1065 . 1 /)100126(975 . 0 105 . 6 75 净化烟气的热流量 9 hkJhkJtctcmQ pp /1034 . 6 /)5060(975 . 0 105 . 6 65 000000 00 平均传热温差 C t t tt tm 74.16 5060 100126 ln )5060()100126( ln 2 1 21 考虑换热器的热量损失,则换热器的传热