氨是壹種良好的堿性吸收劑。從吸收化學機理分析,二氧化硫的吸收是壹個酸堿中和反應。吸收劑的堿性越強,越有利於吸收。氨的堿性比鈣基吸收劑強。而且從吸收物理機理分析,鈣基吸收劑吸收二氧化硫是氣固反應,反應速度慢,反應不完全,吸收劑利用率低,需要研磨、霧化、循環等大量設備和能耗來提高吸收劑利用率,設備龐大,系統復雜,能耗高。氨吸收煙氣中的二氧化硫是氣液反應,反應速度快,反應完全,吸收劑利用率高,可以達到很高的脫硫效率。同時,與鈣基脫硫工藝相比,系統簡單,設備體積小,能耗低。
脫硫副產物硫酸銨是壹種農業廢棄物,銷售收入可以降低部分成本。就SO2吸收而言,氨比任何鈣基吸收劑都是理想的脫硫吸收劑。就工藝流程而言,整個脫硫系統的脫硫原料為氨和水,脫硫產物為固體硫酸銨。該工藝不產生新的廢氣、廢水和廢渣,既回收了硫資源,又不產生二次汙染。
1,氨蒸發系統
液氨從儲罐出來,蒸發成氣態氨,進入儲罐,供中和吸收系統使用。
2.吸收系統
煙氣進入吸收塔,被下部噴淋的含氨母液和漂浮層中的含氨母液充分吸收。反應後達標排放,母液循環使用。通過控制氨的加入量,將母液回收到壹定濃度,壹部分移入大功率中和罐,循環罐補充低濃度母液或清水繼續吸收。
3.中和系統
母液泵入中和槽後,根據比重和母液溫度確定母液溫度何時適合通氨,通氨後定期測量PH值和中和溫度。根據中和溫度控制氨氣流量,到達終點後,溶液溫度下降後通知包裝機出料,取樣送實驗室進行質量驗證。
4.循環水系統
由於母液吸收中和過程中有熱量,為了帶走熱量,在循環罐和中和罐內安裝冷卻管束,用循環水帶走多余的熱量,熱水經冷卻塔冷卻後循環使用。
氨法脫硫工藝主要由脫硫洗滌系統、濃縮系統、煙氣系統、氨儲存系統、硫酸銨生產系統(除氨-硫酸銨法為其工藝對應的副產品制造系統)、電氣自動控制系統等組成。
鍋爐排出的煙氣經引風機增壓後進入FGD系統,用於克服整個FGD系統的壓降。煙道上有擋板系統,便於FGD系統正常運行或旁路運行,不考慮增加脫硫增壓風機。煙氣經過引風機後進入脫硫塔。
吸收塔分為三個區域:吸收區、漿液池區和除霧區。煙氣向上通過脫硫塔,脫硫塔內噴淋管組噴出的懸浮液滴向下下落。煙氣與氨/硫酸銨漿液液滴逆流接觸,發生傳質和吸收反應,脫除煙氣中的SO2和SO3。脫硫後的煙氣經除霧器除去煙氣中夾帶的液滴後,從頂部離開脫硫塔,再經原煙道進入煙囪排放。脫硫塔下部漿液池中的氨/硫酸銨漿液由循環泵循環至漿液噴射系統的噴嘴,產生細小液滴並沿脫硫塔橫截面均勻向下噴射。SO2和SO3與漿液中的氨反應生成亞硫酸銨和硫酸銨。
向脫硫塔漿液池鼓入空氣,將生成的亞硫酸銨氧化成硫酸銨。由於充分利用了煙氣中的熱量,脫硫塔中的水蒸氣過飽和析出硫酸銨晶體。硫酸銨漿液經旋流器脫水增稠後,再經離心機進壹步脫水,最後經幹燥得到硫酸銨產品。
整個脫硫系統的脫硫原料為氨和水,脫硫產物為固體硫酸銨,過程中不產生新的廢氣、廢水和廢渣。硫資源得到回收,無二次汙染。其主要技術特征如下:
1)單塔設計,有效降低成本,節省空間;
2)空塔噴淋,降低系統壓降,節約電能;
3)大循環,提高液氣比以彌補因濃度升高導致脫硫效率下降的缺點,保證脫硫效率;
4)煙氣噴淋冷卻技術可以使煙氣溫度盡快達到氨法脫硫的最佳溫度,增加脫硫效率,從而盡可能降低塔的高度;
5)煙氣直排技術徹底解決了原有煙囪腐蝕問題,降低了煙氣加熱的設備投資、運行費用和維護費用;
6)改進攪拌方式,降低成本,增強氨法脫硫技術的市場競爭力;
7)硫酸銨回收系統采用新工藝,從根本上解決了傳統的硫酸銨回收;
8)整個過程無廢水、廢氣、廢渣產生,無二次汙染;
9)工藝類似於石灰石-石膏,但副產品以硫酸銨的形式存在,硫酸銨是壹種重要的化肥產品,其工藝符合循環經濟原則。
1,氨逃逸
這裏所說的氨逃逸是指氣態氨隨煙氣從脫硫裝置中排出的現象。在氨法脫硫工程中,氨逃逸的主要原因是脫硫循環液中遊離氨含量高。氨是揮發性物質,常溫常壓下是氣體。因此,在氨法脫硫工程中,有必要盡可能降低氨的濃度和溫度。脫硫所需的氨是由煙氣中脫除的二氧化硫量決定的,所以為了降低吸收液中氨的濃度,只能增加吸收液的循環量,同時降低吸收液的溫度。
此外,亞硫酸銨氧化率低是氨逃逸嚴重的另壹個原因。脫硫產生的亞硫酸銨是壹種不穩定的化合物。如果不及時氧化成穩定的硫酸銨,就容易分解成二氧化硫和氨,導致煙氣中二氧化硫增加,氨逃逸加劇。
2.氣溶膠
在氨法脫硫法中,所謂氣溶膠是指氣態酸性氧化物與氣態氨在壹定條件下反應生成相應的超細銨鹽固體顆粒,就像氣體中漂浮的煙霧壹樣。根據生成的氣溶膠氧化物的酸性,可分為弱酸性氣溶膠和強酸性氣溶膠,主要是亞硫酸銨和硫酸銨。
氨法脫硫項目越來越多,規模越來越大。人們關註所謂的“白煙”問題,這主要是由氣溶膠引起的。在氣態氨和水的存在下,與煙氣中的二氧化硫和三氧化硫反應生成硫酸銨和亞硫酸銨的固體顆粒,不易脫除。
石灰石-石膏脫硫工程也出現了氣溶膠問題,特別是安裝了脫硝裝置的工程,會出現“藍煙”、“黃煙”現象。但這種氣溶膠是硫酸霧,與硫酸銨氣溶膠不同。
1,選擇合理的液氣比
氨的逸出和氣溶膠的形成與液氣比密切相關。從抑制氣溶膠的角度來說,選擇較大的液氣比,可以將液相中遊離氨的含量和氣相中氨的含量控制得很低,從而抑制氣溶膠的形成。美國Marsulex公司宣稱液氣比在10以上,這是長期研究的結論,應該有很高的參考價值。目前我國氨法脫硫液氣比為5-10。
2、氨濃度
避免脫硫過程中氣溶膠形成的措施是降低脫硫區氣態氨的含量。根據氣液平衡,降低氨濃度可以有效降低氣態氨的濃度。工業上壹般氨濃度控制在10%-20%。
3.設置氨回收工段。
在脫硫塔吸收段上方設置氨回收段,對減少氨逃逸有壹定作用。噴淋水將與脫硫後上升的煙氣逆向接觸,煙氣中的氨將被噴淋水吸收。脫硫塔的吸收段和氨回收段之間由壹塊橫貫塔體的隔板隔開,隔板上設有氣提帽。清洗後,噴淋水落在隔板上方,通過管道流回噴淋槽。洗滌水可作為補充水落入脫硫塔循環漿液中,噴淋水補充新鮮水以降低氨濃度。
4.脫硫塔入口處噴水
在脫硫塔的煙氣入口區域或入口煙道設置噴水設施。三氧化硫等強酸性氧化物極易溶於水,噴水可以使這些氧化物迅速溶於水,從而避免氣溶膠的產生。
5.脫硫塔出口高效除塵除霧裝置
脫硫煙氣中含有大量霧滴,霧滴由漿液滴、冷凝液滴和塵粒組成。當這部分煙氣進入高效除塵除霧器時,在高效除塵除霧器筒內增加的旋流板使脫硫後的氣體旋轉,在旋流器上方形成氣液兩相的劇烈旋轉和擾動,使煙氣中的小液滴、塵粒、氣溶膠等微小顆粒相互碰撞,凝結成大液滴,與旋流器筒壁碰撞,被旋流器筒壁捕獲和吸收。