氨法脫硫工藝技術研究與設計知識分享

1、封面目錄一、概述 .21.氨法煙氣脫硫 .22.氨法脫硫原理 .23.氨法脫硫方法及特點 .3二、確定工藝流程 .51.方框流程圖 .52.工藝流程說明 .5三、物料衡算和熱量衡算 .61、工藝參數(shù) .62、技術指標 .63、物料衡算 .64、熱量衡算 .7四、設備選型 .101、脫硫塔 .102、循環(huán)泵和氧化風機 .113、旋流器 .124、離心機 .125、干燥機 .126、包裝機 .12參考文獻 .13致謝 .13附圖 .13、概述1. 氨法煙氣脫硫煙氣脫硫(FGD是指從煙道氣或其他工業(yè)廢氣中除去硫氧化物(SO2和SO)。在FGD技術中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法：以CaCO

2、 (石灰石) 為基礎的鈣法，以MgC為基礎的鎂法，以NS2SO為基礎的鈉法，以NH3為基礎的 氨法，以有機堿為基礎的有機堿法。這里，主要介紹氨法煙氣脫硫技術。氨法脫 硫即是根據(jù)氨與SQ、水反應成脫硫產物的基本機理而進行的，是控制SO排放的技術。2. 氨法脫硫原理任何FGD過程都包括兩個基本的化學反應過程：吸收:SO2吸收生成為亞硫 酸鹽；氧化：亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽。氨法脫硫以水溶液中SQ和NH的反應為基礎。脫硫塔是煙氣脫硫和產生硫酸氨鹽的中間裝置。煙氣中的SQ在脫硫塔中被除去，脫硫塔中是PH值控制為5.05.9的飽和硫酸氨/亞硫酸氨溶液， 與SO的反應，按照下列反應生成亞硫酸氫氨/硫酸氫鹽：(

3、1)SQ+H2O = H2SO(2)H2SO3+(NH)2SO= NH4HSO+NH4HS(3)H2SO+(NH)2SO= 2NH4HSO在反應(1)中，煙氣中的SQ溶于水中，生成亞硫酸。在反應(2)和(3) 中，亞硫酸與該溶液中溶解的硫酸氨/亞硫酸鹽反應。 噴射到反應池底部的氨水， 按如下方式中和酸性物：(4)H2SO3+NH3=(NH)2SO(5)NHHSO+NH3 =(NH)2SG3(6)NMHSO+NH3 =(NH4)2SO噴射到脫硫塔底部的氧化空氣，會按照如下方式將亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽：(7)(NH)2SO + 1/2O2= (NH4)2SO至此，脫硫塔中生成了大量的硫酸氨， 硫酸氨

4、溶液飽和后，使硫酸氨從溶液 中以結晶形式析出3.氨法脫硫方法及特點工業(yè)上氨法脫硫的方法很多，目前應用較廣泛的有濕式氨法、電子束氨法、 脈沖電暈氨法、簡易氨法等。各種方法都有一些共同的特點，具體如下：（1）脫硫塔不易結垢由于氨具有更高的反應活性,且硫酸銨具有極易溶解的化學特性,因此氨法 脫硫系統(tǒng)不易產生結垢現(xiàn)象。（2）氨法對煤中硫含量適應性廣氨法脫硫對煤中硫含量的適應性廣,低、中、高硫含量的煤種脫硫均能適應,特別適合于中高硫煤的脫硫。采用石灰石-石膏法時,煤的含硫量越高,石灰石用 量就越大,費用也就越高;而采用氨法時,特別是采用廢氨水作為脫硫吸收劑時,由于脫硫副產物的價值較高,煤中含硫量越高,脫

5、硫副產品硫酸銨的產量越大,也 就越經(jīng)濟。（3）無二次污染氨是生產化肥的原料。以氨為原料,實現(xiàn)煙氣脫硫,生產化肥,不消耗新的自 然資源,不產生新的廢棄物和污染物,變廢為寶,化害為利,為綠色生產技術,將產 生明顯的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。因此,氨法與鈣法具有明顯的區(qū)別。氨法屬于 回收法,鈣法屬于拋棄法。拋棄法的缺點是消耗新的自然資源、產生新的廢棄物 和污染污,具有明顯的二次環(huán)境問題 。（4）系統(tǒng)簡單、設備體積小、能耗低氨是一種良好的堿性吸收劑,從吸收化學機理上分析,SO2的吸收是酸堿中和 反應,吸收劑堿性越強,越利于吸收,氨的堿性強于鈣基吸收劑;而且從吸收物理 機理上分析,鈣基吸收劑吸收SO2是一種

6、氣-固反應,反應速率慢、反應不完全、 吸收劑利用率低,需要大量的設備和能耗進行磨細、霧化、循環(huán)等以提高吸收劑 利用率,往往設備龐大、系統(tǒng)復雜能耗高；而氨吸收煙氣的SQ是氣-液反應,反應 速度快、反應完全,吸收劑利用率高;可以做到很高的脫硫效率,同時相對鈣基脫 硫工藝來說系統(tǒng)簡單、設備體積小、能耗低。（5）氨法具有豐富的原料氨法以氨為原料， 其形式可以是液氨、 氨水和碳銨。 目前我國火電廠年排放 二氧化硫約1000萬噸，即使全部采用氨法脫硫， 用氨量不超過500萬噸/年，供 應完全有保證。(6)SQ的可資源化可將污染物SO2回收成為高附加值的商品化產品。其脫硫副產品硫酸銨是一 種農用肥料,在我國

7、具有很好的市場前景，硫酸銨的銷售收入能沖抵吸收劑的成 本,甚至是整個運行成本,特別是對于自身副產液氨或有廢氨水的企業(yè)來說,可以 利用液氨或廢氨水作為脫硫吸收劑,達到用廢水治理廢氣的目的,副產品的銷售 收入還可以給脫硫裝置帶來一定的經(jīng)濟效益。、確定工藝流程1. 方框流程圖氨法脫硫方框流程圖2. 工藝流程說明煙氣進入脫硫塔與循環(huán)漿液逆流接觸進行洗滌、降溫和吸收，在此過程中含氨吸收劑的循環(huán)液將煙氣中的SQ吸收，反應生成亞硫酸銨；含亞硫酸銨的液體 再與從脫硫塔底部鼓入的空氣進行氧化反應，將亞硫酸銨氧化成硫酸銨，形成硫酸銨稀溶液；含硫酸銨的稀溶液流至循環(huán)槽，通過二級循環(huán)泵再送入脫硫塔，再進一步濃 縮、結

8、晶后，得到一定含量的硫酸銨漿液，從而形成閉合循環(huán)，這樣在循環(huán)槽中 使硫酸銨濃度達到規(guī)定值后，通過銨排出泵將生成的硫酸銨漿液送入硫銨后處理 系統(tǒng)。反應后的凈煙氣經(jīng)除霧器進行凈化達標后再經(jīng)主煙囪直接排出。硫銨溶液通過硫酸銨排出泵送入旋流器進一步濃縮后，依靠重力進入離心 機，漿液經(jīng)離心機分離后得到含水率4.0%的固體硫酸銨，經(jīng)重力送入干燥機， 干燥后含水小于1.0%，干燥后的硫銨經(jīng)包裝后即可得到商品硫酸銨；離心分離 母液進入循環(huán)槽重復使用。三、物料衡算和熱量衡算1、工藝參數(shù)(1)入口煙氣量：6.5X105Nnr/h;(2)SO2濃度：1000mg/Nm3；(3)煙氣入口溫度：T=126C、常壓。前面

9、已經(jīng)詳細地介紹了脫硫反應的機理，為了確保脫硫率，使氨氣過量，由 此可知反應的物料比例為：SQNHH2Q(NH4)2SQQ2：2：2：1：0.5(4)脫硫率95%2、技術指標脫硫保證效率 出口SO2排放濃度 出口煙塵排放濃度NQ脫除效率煙氣排放溫度 煙氣通過脫硫系統(tǒng)的壓降 脫硫系統(tǒng)耗電量 脫硫系統(tǒng)耗水量 脫硫系統(tǒng)耗汽量 脫硫系統(tǒng)液氨耗量 脫硫系統(tǒng)設備的噪音不高于 操作平臺1.2m處測試)脫硫除塵系統(tǒng)設備可用率不低于 脫硫除塵系統(tǒng)漏風率 除霧器除霧效率脫硫塔等主體設備使用壽命3、物料衡算95%200mg/Nrm330 %60r1500Pa187kW h9t/h0.2t/h280Kg/h85dB(A

10、)(距離設備外1m，9598%30年在標準狀態(tài)下、單位時間內煙氣中含有二氧化硫質量為MSQ6.5 1051000mg/h6.5 108mg/h 650kg/h對應的NH的質量為650kg/h，工藝水的質量為650kg/h。綜合以上計算結果，本部分給出的是一些近似的簡化物料平衡計算方法，物料點涵蓋了一些主流程。（1）吸收塔出口煙氣量G2273G2650,000 4.45 105Nm3/h273 126（2）氨氣的量MNH3MSC2650kg /h（3）工藝水的量MH2CMSC2650kg / h（4）氧化空氣量假設空氣通過氧化風機進入噴淋塔后，當中的氧氣完全用于氧化亞硫酸銨， 即最終這部分空氣僅

11、僅剩下氮氣、惰性氣體組分和水汽。理論上氧化1mol亞硫酸銨需要0.5mol的氧氣。其數(shù)值為 MQ0.25MSO20.25650kg / h162.5kg/hn空氣5M?5 162.5kmol/h 28kom/h29而換算為壓縮空氣的流量為M空氣（5）吸收塔的硫酸銨產量（干態(tài)）M(NH4)2SO4.5MSO20.5 650kg / h325kg/h4、熱量衡算從鍋爐來的熱煙氣經(jīng)增壓風機增壓后進入煙氣換熱器（GGH）降溫側，經(jīng)GGH冷卻后，煙氣進入吸收塔（煙氣溫度為100C），向上流動穿過噴淋層， 在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2被石灰石漿液吸收。除去SO2及其 它污染物的煙氣經(jīng)GGH加熱

12、至60C以上，通過煙囪排放。設置一套密封系統(tǒng)保 證GGH漏風率小于1%。GGH是利用熱煙氣所帶的熱量加熱吸收塔出來的冷的凈煙氣。在設計條件 下且沒有補充熱源時，GGH可將凈煙氣的溫度提高到60C以上。在熱煙氣的進口與GGH相連的煙道出口安置一套可伸縮的清洗設備，用來 進行常規(guī)吹灰和在線水沖洗。清洗裝置都有單獨的、可伸縮的矛狀管和帶有單獨 的輔助蒸汽和水噴嘴的驅動機械。GGH配一臺在線的沖洗水泵， 該泵為在線清 洗提供高壓沖洗水。 自動吹灰系統(tǒng)可保證GGH的受熱面不受堵塞，保持凈煙氣 的出口溫度。當GGH停機后，換熱元件可用一低壓水清洗裝置進行清洗。此低壓水清洗 裝置每年使用兩次。每臺GGH上的

13、兩個固定的水沖洗裝置用來進行離線沖洗。每一個固定的水清洗裝置配有帶噴嘴的直管， 從有一定間隔的噴嘴中均勻地向換 熱面噴沖洗水。煙道上設有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運行和事故時旁路運行。FGD裝置的擋板系統(tǒng)包括一臺FGD進口原煙氣擋板，一臺FGD出口凈煙氣擋板和一 臺旁路煙氣擋板，擋板為雙百葉式。在正常運行時，F(xiàn)GD進出口擋板開啟，旁路擋板關閉。在故障情況下，開啟煙氣旁路擋板門，關閉FGD進出口擋板，煙氣通過旁路煙道繞過FGD系統(tǒng)直接排到煙囪。所有擋板都配有密封系統(tǒng)，以保 證“零”泄露。密封空氣設兩臺100%容量的密封空氣風機（一臺備用）和二級 電加熱器，加熱溫度不低于70 C。對于換熱器，

14、進入換熱器的煙氣分成兩種，包括要進入脫硫塔（噴淋塔）的 原煙氣（溫度為126C）和經(jīng)過噴淋塔石灰石漿液淋洗后的凈化煙道氣（出口溫 度50C），兩股流體在換熱器內傳熱。原煙氣的熱流量57Qi=mijCpitjiviCpiti=6.5 10 0.975 （126 100）kJ /h 1.65 10 kJ/h凈化煙氣的熱流量QoP000 0CP0t06.5 1050.975 (60 50)kJ/h6.34 106kJ/h平均傳熱溫差tm.t?In t2(126 100) (60 50)1674C,126 100 In60 50而換熱器的傳熱效率一般都大于該數(shù)值，因此傳熱效率滿足設計要求考慮換熱器的熱

15、量損失，則換熱器的傳熱效率為Q0100%6.34 1061.65 107100%38.4%四、設備選型1、脫硫塔脫硫塔是氨法脫硫的核心設備，脫硫塔集氣液傳質、化學吸收、氧化、結晶 等多種化工單元功能于一體，具有較高操作彈性和較高的脫硫脫硝功能,塔內流速：v3m/ s文丘里塔壓力損失:g 9.8m/s2脫硫塔總壓力損失：1+15+4=20mmH2O 新增加煙道阻力損失：20mmH2O（估）總壓力損失（阻力損失）：+=28+20+20=68mmH2O，即686.8Ra氮氧化物脫除率在45%,二氧化硫的脫除率可達95%以上。273標態(tài)：Q0273 126273 62650,000273 126Qi6

16、50,000 4.45 105Nm3/h5.46 105Nm3/hQ1vs v55.4610 /36004.01m3.14 32S 18.85m2方形L B 5 4m2.83H=16mL 液氣比 1rg0.85kg/m3氣體比重60 C值)Vt25m/ sp (0.25 0.8L)rg2Vt(0.25 0.8 1) 0.852522g2 9.827.29mmH2O28mmH2O脫硫塔壓力損失：w2m/sL m脫硫塔R(0.25 0.824) 0.85 22 9.80.6mmH2O 1mmH2O煙氣分配板R215mmH2O(估)排煙囪R24mmH2O(估)2、循環(huán)泵和氧化風機脫硫塔一級、二級循環(huán)

17、泵為離心泵，泵的殼體采全金屬，葉輪和入口軸套采 用雙向鋼相當材料。每個塔共配置3臺一級循環(huán)泵，每臺泵可將硫銨溶液以足夠 的壓力送到塔內的吸收段。每個塔設置2臺二級循環(huán)泵，一運一備，正常情況下將塔內的硫銨溶液泵入 塔內濃縮段的噴淋層。液氣比L/G= 4（循環(huán)液量與煙氣量的比值，單位：升/標準立方米） 煙氣 中水氣含量設為8%，則循環(huán)水泵流量： 循環(huán)水泵電耗量:總電耗量 2 76152KW集水池中PH值控制在5.8-6.2范圍內燃煤：18t/h取煤的平均含硫量0.9%9%18 103 106冬 1296mg/m3250,00032鍋爐出口 SO2濃度 180mg/m3計算條件：煙氣量：33250,

18、000m /h(166058Nm / h)溫度:138C-Q HG31000(1/m )4 203,777.29 (1 0.08)10003749.878m /h取每臺循環(huán)泵流量Q750m3/h揚程H30mH2O2臺一用一備NQ HO635230 0.16356080%1.291.97KW選用90KW電機實際消耗功率95 0.8 76KW鍋爐入口 SO2濃度31300mg / m灰塵：180 mg/m3出口50mg/ Nm3(72.3%)SO2：1300mg/m3出口195mg/Nm3(85%)SO2去除量 250,000 (1300 195) 106276.25kg/hr灰塵去除量 250,000 (180 50) 10632.5kg/hr3、 旋流器共設置3套旋流器。旋流器的材料選用PU或KM材料，內表面光滑。旋流器 的總容量按設計煤種下4臺爐BMC工況和硫回收工段尾氣脫硫產生的硫銨漿液 量的100%選擇。每個旋流器的處理量為80m3/h,共5個旋流子(備用1個)。4、 離心機共配置3臺可連續(xù)也可斷續(xù)運行的離心脫水機