氨法烟气脱硫技术及其进展

何翼云

（中国石化 资本运营部，北京 100728）

氨法烟气脱硫技术及其进展

何翼云

（中国石化 资本运营部，北京 100728）

阐述了氨法烟气脱硫技术的原理和工艺特点。介绍了Walther氨法、AMASOX氨法、GE氨法、NADS氨-肥法、电子束氨法和流光放电氨法烟气脱硫工艺，重点介绍了新型流光放电氨法烟气脱硫技术的特点及其工程应用情况。展望了氨法烟气脱硫技术的应用前景。

氨法；烟气脱硫；硫酸铵；流光放电

我国SO2最大的排放来源是燃煤、燃油电厂以及城市中大量的燃煤、燃油供热锅炉。预计到2020年，我国SO2排放量将达到21 M t/a，SO2的超额排放每年给国家造成直接经济损失达1 100亿元以上，且呈逐年增加的趋势［1］。尽管国家出台了一系列节能减排措施，但我国的SO2排放量仍居世界首位。目前，国内烟气脱硫主要采用石灰石-石膏湿法，随着大量石灰石-石膏湿法脱硫装置的投入运行，产生了大量的脱硫石膏。2011年，我国堆存的脱硫石膏和其他石膏副产品已超过150 M t，脱硫石膏的二次污染问题已越来越严峻。因此，迫切需要开发无二次污染、终产物资源化的烟气脱硫新技术、新工艺。

近年来，氨法烟气脱硫技术备受业界关注，该技术可充分利用我国丰富的氨源生产化肥，以减少大量的硫磺进口，既治理了大气中的SO2污染，又变废为宝，是一项较适应中国国情、完全资源化、适应长远发展、极具推广价值且更环保的脱硫技术。

本文对氨法烟气脱硫技术的原理、工艺特点等进行了阐述，介绍了流光放电氨法烟气脱硫新技术的特点及其应用情况。

1 氨法烟气脱硫技术的原理

采用氨水或液氨等作为脱硫剂，烟气中的SO2与氨反应生成（NH4）2SO3，（NH4）2SO3与空气进行氧化反应生成（NH4）2SO4，吸收液经结晶、脱水、压滤后制得（NH4）2SO4，反应原理见式（1）～式（4）。

在吸收液循环使用过程中，式（2）是吸收SO2最有效的反应。通过补充新鲜氨水，式（3）可保持（NH4）2SO3溶液的浓度。

2 氨法烟气脱硫工艺

较成熟的、已工业化的氨法烟气脱硫工艺有以下几种类型［1-7］。

2.1 Walther氨法

Walther氨法烟气脱硫工艺是20世纪70年代克卢伯公司开发的最早的湿法氨水脱硫工艺。其工艺过程为：除尘后的烟气先经过热交换器，从上方进入洗涤塔，与氨气（体积分数25%）并流而下，洗涤液落入池中，用泵抽入吸收塔内循环喷淋烟气，烟气经除雾器后进入高效洗涤塔，最后经热交换器加热后的洁净烟气排入烟囱。

2.2 AMASOX氨法

传统的氨法烟气脱硫工艺的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶胶。能捷斯-比晓夫公司对传统氨法烟气脱硫工艺进行了改造和完善，称为AMASOX氨法，将传统的多塔流程改为结构紧凑的单塔流程，并在塔内安置了湿式电除雾器以解决气溶胶的问题。

2.3 GE氨法

20世纪90年代，美国GE公司开发的氨法烟气脱硫工艺流程为：除尘后的电厂锅炉烟气经换热器后进入冷却装置，经高压水喷淋降温、除尘，冷却到接近露点温度的洁净烟气再进入吸收洗涤塔。吸收洗涤塔内布置有两段吸收洗涤层，洗涤液和烟气得以充分的混合接触，脱硫后的烟气经过塔内的湿式电除尘器后再进入换热器升温，达到排放标准后经烟囱排入大气。脱硫后含有（NH4）2SO4的吸收液经结晶形成副产品（NH4）2SO4。

2.4 NADS氨-肥法

华东理工大学完成了国家“九五”科技攻关项目“SO2废气回收净化新技术的工程化”，开发了一种新的火电厂烟气中SO2回收净化技术，简称NADS氨-肥法。NADS氨-肥法不仅能生产硫酸铵，还能生产磷酸铵和硝酸铵，同时联产高浓度硫酸（质量分数98.3%）。亚硫酸铵溶液可以分别与硫酸、硝酸、磷酸进行反应，得到硫酸铵、硝酸铵和磷酸铵溶液，再经蒸发、结晶、干燥后，得到商品级的化肥产品，同时得到体积分数8%～10%的SO2和空气混合物，再经催化氧化（催化剂为V2O5-SiO2），将SO2变为SO3，再经浓硫酸吸收后得到质量分数为98.3%的商品浓硫酸。

2.5 电子束氨法

电子束氨法烟气脱硫工艺是用电子束照射喷入水和氨的烟气，在强电场作用下，部分烟气分子电离，成为高能电子，高能电子激活、电离其他烟气分子，产生 ·OH，·O，HO2·等多种活性粒子和自由基。烟气中的SO2和NO被活性粒子和自由基氧化为SO3和NO2，在有NH3的情况下生成（NH4）2SO4和NH4NO3等。电子束氨法的能耗高、效率低，主要设备如大功率的电子束加速器还在研制阶段。

2.6 流光放电氨法

流光放电氨法烟气脱硫技术是国家高技术研究发展计划（“863”计划）成果，是我国自主研发的烟气净化新技术，它充分结合了等离子体自由基的强氧化性和氨吸收的化学特性，实现脱硫、副产铵肥。当在流光放电反应器上施加高电压时，电极尖端产生的强电场能够形成一个线状的流光通道，在流光放电区域激发的电子能量可达到10 eV以上，使O2和H2O等气体分子发生电离，产生·OH、·H、·O及O3等强氧化性自由基物质［3］，这些活性自由基在溶液中引发复杂的链反应，在有O2条件下，将四价硫氧化为六价硫，生成（NH4）2SO4。

3 流光放电氨法烟气脱硫技术的应用

3.1 工程概况

中国石化巴陵石化公司（简称巴陵石化公司）动力部1＃锅炉烟气脱硫装置改造采用流光放电氨法烟气脱硫技术，2011年3月2日一次开车成功，顺利通过连续168 h的验收考核和环保验收监测。目前装置运行稳定，经当地环保部门检测，排放的烟气达到GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》［8］的要求，其他指标全部达到设计要求。

3.2 工艺流程

巴陵石化公司流光放电氨法烟气脱硫技术工艺流程示意见图1［6］。

除尘后的锅炉烟气经风机进入预洗塔，经增湿、降温、吸收后，NH3与SO2反应生成（NH4）2SO3和NH4HSO3，在吸收塔内，通过加NH3保持溶液pH在一定范围内，循环吸收SO2。补充工艺水使脱硫系统保持水平衡，在O2及自由基作用下，（NH4）2SO3、NH4HSO3进一步氧化成（NH4）2SO4。在保持物料平衡的条件下，适量地将一定浓度的（NH4）2SO4母液通过旋流器、离心分离后送至（NH4）2SO4干燥、蒸发工序，脱水干燥后生产农用（NH4）2SO4化肥。脱硫后的烟气经电除雾器除雾净化，经烟囱排放。

图1 流光放电氨法烟气脱硫技术工艺流程示意

3.3 装置运行指标和消耗情况

巴陵石化公司流光放电氨法烟气脱硫技术装置运行指标见表1。

表1 装置运行指标

3.4 流光放电氨法烟气脱硫技术的特点

（1）采用双塔结构，分段吸收、分区控制溶液浓度，多种技术手段实现优化的气液布局和雾源控制，防腐能力强，防结垢，抗磨损，低阻力，全自动控制，高效脱硫。能有效解决铵盐结晶、管道堵塞、设备腐蚀等问题。

（2）采用脱硫电除雾技术，将雾滴的捕捉范围从传统的粒径40 μm以上大幅扩大至粒径2 μm以上，成功解决了铵盐夹带、气溶胶排放超标等问题，进一步抑制了尾气的氨排放，有效减少了氨损耗，降低了生产成本，减少了二次污染。

（3）协同利用氨的强吸收作用和等离子体自由基的强氧化性。等离子体自由基与微泡技术相结合，可实现自由基及O2的高效传质，高浓度（NH4）2SO3被高效氧化，减小了氧化槽体积，降低了氧化反应的能耗。

（4）由于等离子体对SO2的强化吸收作用，在较低的氨硫物质的量比条件下获得了较高的气相脱硫率；通过强制逸氨吸收和电除雾器的超强捕雾能力，有效抑制氨雾滴夹带。

（5）充分利用企业废氨水资源替代液氨作为脱硫吸收剂，以（NH4）2SO4化肥为终产物，实现“以废治废”。为企业节省高额排污费及液氨外购费，节省了废氨水后处理费用，减少了新鲜水消耗，增加了（NH4）2SO4化肥的收益，具有明显经济效益。

4 氨法烟气脱硫技术的应用前景

我国烟气脱硫技术有巨大的市场需求，预计火电行业新增和改造烟气脱硫技术市场容量约达242.5亿元，非火电行业烟气脱硫技术市场容量约达216亿元。但目前氨法烟气脱硫技术所占比例较小，根据国家发展改革委员会公布的《火电厂烟气脱硫产业信息》（发改环资［2005］757号），2008年底前我国累计投运的脱硫装置容量超过3.79×108kW，其中采用氨法烟气脱硫技术的装置容量约占总容量的0.8%。

氨法烟气脱硫技术作为高效湿法脱硫工艺的一种，在我国已建成几十套工业化装置。由于其副产物为我国市场容量较大的（NH4）2SO4化肥，不但没有固体废物的产生，同时回收了硫资源，因此，该技术是一项可实现循环经济的绿色脱硫工艺，将带来显著的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

4.1 有良好的氨源保障

按照氨法烟气脱硫技术市场份额的10%估算，每年需要脱硫剂液氨约2 M t，副产（NH4）2SO4约8 M t。我国目前有合成氨企业500家左右，广泛分布于全国各地。预计2015年，我国合成氨产能将达到70 M t/a，氨法烟气脱硫有较好的氨源保障。

4.2 （NH4）2SO4市场需求潜力大

近年来，世界农业及肥料组织积极推动硫肥在中国、印度等发展中国家的应用，对硫肥的需求不断增加。2009年，世界（NH4）2SO4消费量约19 M t，我国（NH4）2SO4产量约2.8 M t，出口880 kt，用于工业原料约300 kt，国内用于肥料的（NH4）2SO4消费量只有1.6～1.7 M t，仅占氮肥消费总量的1%，与世界平均水平相比，（NH4）2SO4消费比例偏低。预计2015年，我国用于肥料的（NH4）2SO4需求量将达9 M t/a，进一步考虑出口及工业领域的消费，我国（NH4）2SO4的市场潜力在10 M t/a以上。因此，氨法烟气脱硫技术的推广在我国有较好的市场保障。

4.3 推广氨法烟气脱硫技术有利于氮肥行业的结构调整

2009年，我国氮肥总产量105 M t，其中尿素产量63 740 kt，占氮肥产量的60.7%；碳酸氢铵、氯化铵、硝酸铵和（NH4）2SO4产量分别为26 320，9 185，3 357，2 820 kt。目前，我国氮肥产能已呈现过剩态势，中小氮肥生产企业生存困难。其中重要的原因之一就是产品结构不合理，小合成氨生产企业仍以低浓度的碳铵作为主导产品，市场空间和利润空间非常有限。而企业销售液氨的利润比碳铵产品高得多，且脱硫副产物（NH4）2SO4产能的增加不会改变氮肥总量，只是调整了产品结构，减少了碳铵的产量，增加了（NH4）2SO4的比例。因此，大力推广氨法烟气脱硫，对改善我国氮肥行业的产品结构，提高经济效益具有积极的推动作用，符合我国节能减排和产业结构调整的要求。

4.4 燃煤硫分适应性强

氨法烟气脱硫技术可用于硫质量分数为0.4%～8.0%的燃煤，且用于中、高硫煤时经济性更加突出，锅炉也因为使用中、高硫煤而降低了成本，既能提高经济效益又有较好的环境效益［9］。

5 结语

氨法烟气脱硫技术属于资源回收型技术，产品为（NH4）2SO4化肥。我国拥有发展氨法烟气脱硫技术的优越条件，国内巨大的合成氨供应量为氨法烟气脱硫提供了强有力的原料保障，同时，脱硫产品（NH4）2SO4化肥具有较大的市场。在氨法烟气脱硫的过程中，氨作为原料来自于化肥工业，又以一种高效的载体形式回到化肥工业，不消耗额外资源，也不产生废水、废渣等环境污染，吸收剂利用率高，脱硫效率高，设备体积小，能耗低且环境友好，副产物价值高。

流光放电氨法烟气脱硫技术是在常规氨法烟气脱硫技术基础上结合等离子体技术开发的新型脱硫工艺，是对常规氨法烟气脱硫技术的创新和发展。该技术脱硫效率高，除雾能力强，氨排放低，副产（NH4）2SO4化肥无二次污染，适合具备氨源的企业，经济、社会、环保效益明显。

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［8］ 环境保护部. GB13223—2011火电厂大气污染物排放标准［S］. 北京：中国标准出版社，2011.

［9］ 傅国光，徐长香. 资源回收型湿式氨法烟气脱硫技术［J］. 中国环保产业，2010，9：29 - 34.

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，湖南省平江县人，硕士，高级工程师，主要从事安全环保管理工作。电话010 - 59968176，电邮 heyiyun@sinopec.com。

（编辑 祖国红）