氨法脱硫工艺物料平衡模型的研究

陈茂兵，缪明烽，卢作基，代旭东，于爱华

(中环(中国)工程有限公司，江苏南京 210008)

氨法脱硫工艺物料平衡模型的研究

陈茂兵，缪明烽，卢作基，代旭东，于爱华

(中环(中国)工程有限公司，江苏南京 210008)

0 引言

氨法烟气脱硫技术具有反应速度快、脱硫效率高、副产物价值高、无二次污染等优点，越来越受到业界的青睐［1－2］。与石灰石湿法脱硫工艺相比，氨法脱硫工艺有很多不同特点:石灰石湿法脱硫工艺在吸收塔内吸收区的反应为气、液、固三相反应，氨法脱硫为气、液两相反应;石灰石湿法脱硫的吸收剂为石灰石固体，其溶解度很低，属于难溶物质，氨法脱硫的吸收剂为氨水，挥发性很高［3－6］;此外，石灰石湿法脱硫工艺的副产品处理一般采用二级脱水，滤液水泵入吸收塔或者去制石灰石浆液［7－10］，而氨法脱硫的副产品是硫酸铵，一般采用蒸汽加热结晶或电加热结晶，其回收的蒸发水分可直接进入工艺水箱重复使用，而滤液水(离心机溢流)直接泵入母液箱(根据工艺不同，可排放适量废水以提高硫酸铵质量)，重复利用生产硫酸铵。

这些都表明氨法脱硫工艺的物料衡算过程与石灰石湿法脱硫工艺大不相同，因此，建立氨法脱硫工艺的物料衡算模型，实现各物料的程序化计算，对氨法脱硫工程设计和设备的选型意义重大。

1 氨法脱硫系统物料平衡

1.1 吸收塔区的物料平衡

氨法脱硫是将氨水或氨气通入吸收塔中，使其与含有SO2的烟气接触，发生反应，从而达到去除SO2的目的。吸收过程中，吸收剂以(NH4)2SO3和NH4HSO3混合溶液为基础，其中起吸收作用的是(NH4)2SO3，NH4HSO3与补充的新鲜氨水反应重新生成(NH4)2SO3。

吸收塔系统的进料有氨水溶液、烟气、工艺水和氧化空气。出料有两股，分别是净烟气和硫酸铵浓溶液。

图1 吸收塔区的物料平衡

以上为吸收塔区主要的物料衡算公式，其他如N2、Ca2+等的计算，在此不逐一列出。

实际过程中，副反应还有很多，这些副反应对衡算结果影响较小，因此计算时忽略这些反应。此外，飞灰和惰性物不参加反应，在计算时可以不予考虑。

1.2 硫铵结晶系统的物料平衡

母液箱内的母液经取出泵打入结晶器，经低压蒸汽加热浓缩(或电加热)，得硫酸铵浓缩液，蒸发水回收流入工艺水箱，浓缩液进入离心机脱水干燥，出料有两股，一股为硫酸铵产品，另一股为离心机溢流，除去部分废水排放，其余返回母液箱与吸收塔排出液混合，具体物料平衡详见图2。

由上述物料平衡图，可计算出结晶器单元的物料衡算公式:

图2 硫铵结晶系统物料平衡示意

通过蒸发水的参数可以计算出低压蒸汽的耗量，如为电加热，亦可计算出电耗。离心机单元的物料衡算公式同上，在此不逐一列举。

1.3 计算框图

根据前述物料平衡图，利用EXCEL VBA编制程序计算整个氨法脱硫系统的物料平衡，详细计算框架如图3所示。

图3 氨法脱硫系统物料平衡计算

图3的计算式中:T1为假定烟气出口温度;P1为T1对应饱和水蒸汽分压;V1为P1对应的出口烟气水蒸气百分含量;V2为T1条件下计算所得的出口烟气理论水蒸气百分含量;Q为假定最终出口产品质量流量;X1为最终产品中固体含量理论值;X2为最终产品中固体含量计算值。

2 实际应用

2.1 脱硫装置概述

某发电有限公司1号1000MW机组脱硫工艺采用氨水法，一炉一塔，设计脱硫效率不小于95%。在锅炉BMCR工况条件下，引风机出口干烟气量为3322656mg/m3，湿烟气量为3523140mg/m3。引风机出口处烟气温度为135℃，燃煤硫分为1.8%。采用氨法脱硫物料平衡计算软件对该脱硫系统物料平衡进行计算。锅炉BMCR工况烟气成分(标准状态，实际O2)见表1，烟气中污染物浓度(标准状态，干基，6%O2)见表2。

表1 锅炉BMCR工况烟气成分 %

表2 锅炉BMCR工况烟气中污染物浓度 mg/m3

输入上述条件，经软件计算输出物料平衡结果，脱硫系统水平衡计算结果见图4。

图4 脱硫系统水平衡结果

由图4可以看出，脱硫系统输入水包括除雾器冲洗水、氧化空气增湿水、工艺水补水、吸收剂用水、反应消耗水等，总量为247338kg/h。其中，工艺补水为204688kg/h，占总量82.7%。脱硫系统输出水主要包括烟气蒸发水、结晶器蒸发水、硫氨带水及废水等，总量为247338kg/h，其中烟气蒸发水量210977kg/h，结晶器蒸发水为33765kg/h。

2.2 SO2浓度变化对物料的影响

当保持其他参数不变，仅改变原烟气中SO2浓度时，离心机产出的硫酸铵产品的质量流量与原烟气中SO2的浓度成线性增长的关系，这与工程实际情况相符合，表明该物料计算软件的计算是正确的。

当保持其他参数不变，仅改变原烟气中SO2浓度时，脱硫系统工艺水耗量随原烟气中SO2的浓度的变化不大，几乎保持不变。这是因为系统工艺水耗量主要跟原烟气的流量和温度有关，原烟气中SO2的浓度对其影响甚小，这与实际工程情况相一致，也表明该物料计算软件的计算结果是可靠的。

3 结语

由氨法脱硫物料衡算模型计算可知，当保持其他参数不变，仅改变原烟气SO2浓度时，副产品硫酸氨的质量流量与原烟气中SO2浓度成线性增长关系，而工艺水耗量随原烟气SO2浓度变化不大。上述计算结果与工程实际情况相符。研究表明，氨法脱硫物料计算模型适用于氨法脱硫工程计算，可用于指导设备选型，还可供工程实际中研究工艺参数对物料衡算以及工程设计的影响，以优化参数的选择和工艺设计。

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Research on material balance model of desulfurization process by ammonia method

建立了氨法脱硫工艺的物料衡算模型，描述了物料计算软件的计算框图和开发过程，介绍了计算模型在实际脱硫工程中的应用，表明该模型对工程设计和设备选型具有一定的指导意义。

氨法;脱硫;物料平衡

The material balance model of desulfurization process by ammonia method was built.the calculation diagram and development process of the material calculation soft were described，and the application of the calculation model in the actual project was introduced.It indicated that the model has much guiding significance to project design and equipment selection.

ammonia method;desulfurization;material balance

X701.3

B

1674－8069(2011)02－046－03

2010-09-04;

2011-02-11

陈茂兵(1981-)，男，江苏南京人，工程师，硕士，主要从事大气污染及防治研究、环境保护设备开发等工作。E－mail:chenmaobing1981@gcl－ eng.com