串级式氨肥法烟气脱硫脱硝一体化工艺

蒋治君

(云南协和工业建设监理有限公司，云南昆明650000)

我国能源结构以煤为主，一次能源中煤炭约占70%，煤炭在燃烧过程中释放出大量的SO2和NOx，金属冶炼、化工生产等过程中也有大量的SO2和NOx排放。因此控制SO2和NOx的排放是亟待解决的问题，是防治大气污染的紧迫任务［1］。

常用的烟气脱硫技术有湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫3种，其中湿法脱硫工艺占已安装石灰石/石膏湿法烟气脱硫(FGD)机组总容量的85%左右，而美、日、德甚至达到了90%以上。烟气脱硝主要有干法和湿法烟气脱硝技术。烟气脱硝原理主要有选择性非催化还原法、选择性催化还原法、非选择性催化还原法、氧化铜法及电子束照射法等，湿法脱硝大多具有同时脱硫的效果［2］。

目前成熟的脱硝技术(SCR法)，都采用催化剂在300℃高温下将NOx还原为N2的工艺，但是其NH3消耗量大，对烟气中粉尘的脱除率要求很高，催化剂易中毒，运行费用高，并且脱硝与脱硫工艺条件差别大，只能分步运行，工艺线路长，成本高。氨肥法烟气脱硫脱硝一体化技术，能够在脱硫的同时，对NOx产生氧化、还原及吸收的协同作用，使NOx的脱除率达60%以上，从而达到脱硫脱硝的目的。

1 氨肥法脱硫脱硝原理

NOx污染物中 NO占80% ～90%，NO2占10%，氨肥法烟气脱硫脱硝一体化技术是用NH3在脱硫的同时，应用气－液催化氧化与还原的原理脱硝，使NOx中氨法湿法脱硫的部分NO氧化为NO2，NO2易被NH3·H2O溶液吸收，而另一部分NOx被脱硫生成的NH4HSO4、(NH4)2SO3还原为N2，达到脱硝目的［3］。脱除的SO2生成化肥(NH4)2SO4，NOx部分生成 NH4NO3、NH4NO2，大部分被还原为N2。

1.1 氨肥法脱硫原理

反应式(1)和(2)均为SO2吸收反应。pH小于一定值时，游离NH3含量低，SO2吸收以反应式(2)为主导，由于游离NH3含量低，NH3平衡分压也低，烟气逸氨小。pH较高时，游离NH3含量高，SO2吸收以反应式(1)为主导，SO2吸收虽好，但逸氨量大，氨耗大，烟囱气溶胶排放量大。因此，控制合理的pH是保证高的SO2吸收率和控制烟气逸氨的关键。

1.2 氨肥法脱硝原理

利用亚铵盐氧化催化的功能，使NO在剩余氧气的作用下氧化为NO2，从而被氨吸收，形成硝基氮肥，未氧化的NOX则被氧化还原为N2。

氧化吸收:

还原:

2 串级式氨法脱硫脱硝塔

脱硫脱硝塔是实现烟气脱硫脱硝的关键。传统的烟气脱硫塔由于塔内吸收液与蒸发浓缩液混合造成吸收液温度较高，液体中的氨易从溶液蒸发进入气相，形成气溶胶造成逸氨量增大，溶液中游离氨多，逸氨量大，氨雾去除能力下降，亚硫酸铵氧化不全。

串级式氨法脱硫脱硝塔，能够集热烟气冷却、洗涤除尘、硫酸铵液浓缩，SO2吸收及NOx还原脱除、亚硫酸盐氧化、除氨雾及气溶胶、水雾等功能于一体［4］。其结构示意图见图1。

图1 串级式氨法脱硫脱硝塔结构示意图Figure 1 Structure diagram of cascade ammonia fertilizer methods for desulphurization and denitration

经收尘后120～180℃的热烟气，进入脱硫脱硝塔洗涤降温段(5)，与上部喷淋的硫酸铵(含有硝酸铵)溶液逆流接触，烟气在此过程中因绝热蒸发而冷却。溶液因吸收烟气的热量，使其中部分水分蒸发而浓缩至饱和，送设置于塔外的晶浆槽，析出硫铵晶粒，晶浆槽内上清液由泵送洗涤降温段5循环再蒸发。晶浆槽含量达到规定工艺指标，送硫铵工序。脱硫工序送来的硫铵浓缩液，通过塔外负压蒸发结晶工艺、固液分离、干燥、包装等工艺过程，制成固体硫酸铵产品，产品达到国家标准(GB535－1995)一等品的要求。

吸收液的主要部分进入吸收液循环段(7)，补充氨水后用泵打入吸收段继续循环喷淋吸收。在吸收液循环段(7)设置液相催化剂分布器(8)，在微量催化剂的作用下能提高NOx的脱出效率。吸收液循环段(7)与氧化段(6)间设有隔板，能保证吸收、氧化互不影响。

吸收液部分进入氧化段(6)，氧化段(6)中部设置微孔曝气装置(10)，通入压缩空气，氧化塔内吸收液中的亚硫酸铵被氧化为硫酸铵，氧化率在99%以上。

净化烟气经吸收段上部进入强化除氨雾段(3)，在强化除氨雾段(3)顶部配置高效除雾器(17)，配套工艺水冲洗装置(18)除雾器采用成熟的波纹板片平行排列而成，配有工艺水冲洗喷淋器，冲洗和回收除雾器捕集的氨雾和气溶胶。高效除雾器(17)用工艺水按时序控制分区冲洗，以防除雾器堵塞，同时保证除沫效率，减少系统逸氨量，提高系统氨利用率，保证氨的回收利用率达到98%以上，确保氨逃逸量小于8 mg/m3。

净化烟气经强化除氨雾段(3)上部进入高效除沫段(2)。含有雾滴的烟气流经除沫器(19)的撞击作用、惯性作用、转向离心力及其与波形板的摩擦作用、吸附作用使得液滴被捕集。除沫后的液滴含量平均值小于75 mg/m3(液滴粒径大于15 μm)。

串级式脱硫脱硝塔与现有技术相比，各段功能清晰，净化和吸收效率高，同时简化了工艺路线，减少了设备数量和占地面积，大幅降低了烟气治理工程的投资和运行费用。

3 经济效益和社会效益

氨肥法脱硫、脱硝技术无废渣、废水、废气排放，可与电力、煤炭、化肥工业链相结合，为脱硫用户带来可观的经济效益［5］。

3.1 经济效益

以串级式脱硫脱硝塔在某电厂应用情况为例，核算脱硫脱硝一体化技术运行后产生的经济效益。

锅炉烟气排量:100万m3/h;锅炉烟气SO2排放质量浓度:2 100 mg/m3;烟气 NOx排放质量浓度:1 500 mg/m3;锅炉年运行时间:6 000 h。

年排放SO2为:1 000 000 m3/h×0.002 1 kg/m3×6 000 h=1.26万t，一般脱硫效率达95%，烟气即可达标排放，则年脱硫量为1.197万t。根据反应式:2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3

34∶64=X1∶1.197

年需氨量X1=0.636万t/年

硫铵产生量:2NH3→(NH4)2SO4

34∶136=0.636∶X2

硫铵量X2=2.544万吨/年。

水耗:水按 2.3元/t计，2.3元/t×6 t/h×6 000 h/y=8.28万元/年;

电耗:电按0.29元/kWh计，0.29元/kWh×160 kWh/h×6 000h/y=27.84万元/年;

氨水费用:液氨市价按1 500元/t计，1 500元/t×0.636 万 t/年 =954 万元/年;

节省SO2排污费:按1.26元/kg计，1.197×107×1.26=150 8.2万元;

节省NOX排污费:脱硝率按60%，年脱硝量为1 000 000 m3/h×0.001 5 kg/m3×6 000h×0.6=0.54万 t/年，按 1.26元/kg计，0.54×107×1.26=680.4万元;

硫酸氨销售收益:按750元/t计，2.544×104×750=1 908万元;

总收益:1 908+680.4+150 8.2－954－27.84－8.28=310 6.48万元。

3.2 社会效益

当前，我国大气污染形势严峻，国务院2013年印发的《大气污染防治行动计划》指出:“加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造工程建设。所有燃煤电厂、钢铁企业的烧结机和球团生产设备、石油炼制企业的催化裂化装置、有色金属冶炼企业都要安装脱硫设施，每小时20蒸吨及以上的燃煤锅炉要实施脱硫。除循环流化床锅炉以外的燃煤机组均应安装脱硝设施，新型干法水泥窑要实施低氮燃烧技术改造并安装脱硝设施。”

氨肥法烟气脱硫脱硝一体化技术，脱硫效率高，同时具有脱硝、除尘的作用;氨法的剩余废水输送到吸收塔，可以循环利用，不产生二次污染;铵盐极易溶于水，吸收塔内物固体沉淀，避免了结垢和堵塞现象;该工艺适用范围广，既能用于北方的低硫煤，也适用于南方含硫量高的煤炭;副产物硫酸铵可以作为化肥单独使用，也可以作为复合肥的原料。串级式脱硫脱硝塔，简化了工艺路线，减小了占地面积，降低了设备投入，具有较高的净化和吸收效率［6］。

脱硫脱硝一体化技术工艺完整，设计排放指标符合国家环保法规，脱硫脱硝系统不影响锅炉生产，做到烟气脱硫系统的清洁生产［7］。SO2及NOX排放浓度均符合国家相关标准排放要求，对改善区域空气环境质量具有积极作用和重要意义，具有较好的社会效益。

［1］陈颖，李慧，李金莲等.氨法烟气脱硫脱硝一体化工艺的研究进展［J］.化工科技，2010，18(2):65－69.

［2］郑淑芳.氨肥法烟气脱硫、脱硝、除尘一体化技术的研究［D］.北京:华北电力大学，2005.

［3］曾子平，刘应隆.燃煤烟气湿法脱硫脱硝一体化的方法:中国，CN101773778［P］.2010－07－14.

［4］曾子平，刘应隆.等.串级式氨法脱硫脱硝塔:中国，CN202962224［P］.2013－0－05.

［5］高福祥，周国松，郑红氨.法烟气脱硫技术的可行性探讨［J］.节能，2007(8):40－42.

［6］申林艳，李文彦，陈军，等.氨法烟气脱硫技术及几个问题的探讨［J］.煤矿现代化，2005(6):60－61.

［7］邵申，孙在柏，万皓，等.氨法烟气脱硫技术的工艺研究［J］.环境工程，2011(5):71－74.

［8］吴泓.氨法脱硫生产氨肥的清洁生产研究［J］.环境保护与循环经济，2013(7):31－38.