烟气氨法脱硫技术的综合优势和存在问题分析及对策

屈战成

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南 714104）

1 概述

我国燃煤锅炉均配套安装了除尘、脱硝、脱硫等烟气处理装置，其中脱硫装置基本上采用钙法和氨法两种脱硫工艺。氨法技术全称为湿式氨-硫酸铵回收法脱硫技术，其工艺过程由氨水配制、烟气预洗、脱硫吸收、浆液脱泥和硫酸铵加工等5个工序构成，主要采用氨作为脱硫剂，吸收烟气中的SO2气体，并生产环保产品硫酸铵。

氨法脱硫的工艺流程为：除尘后的锅炉烟气经引风机送入预洗涤塔，经逆流喷淋和增湿降温后，再进入脱硫塔，与含新鲜氨水的循环浆液逆流接触反应，脱除其中的SO2，生成亚硫酸铵。氧化风机连续向脱硫塔内供给空气，将亚硫酸铵充分氧化成硫酸铵，用压滤机脱除浆液中的灰泥，得到相对纯净的硫酸铵溶液，再依次送入硫酸铵加工工序双效蒸发结晶器。硫酸铵溶液在真空状态下蒸发结晶，达到预定的硫酸铵固含量时，进入旋流器进行固液分离，分离后的硫酸铵浆液进入稠厚器，进一步增稠提浓至固含量（w）为40%～50%，再经过离心机脱水后，得到w（H2O）仅5%的结晶状硫酸铵，最后经干燥、计量、打包后，生产出符合DL/T 808—2002《副产硫酸铵》的硫酸铵产品。脱硫后的洁净烟气经塔顶除雾器除雾后由烟囱达标排放。

2 综合优势

2.1 脱硫产品优势

2.1.1 用作肥料

烟气氨法脱硫装置所生产的脱硫产品主要是硫酸铵 [（NH4）2SO4]，简称硫铵，俗称“肥田粉”，呈无色透明或白色斜方晶系结晶，其中总氮（w）为18%～21%，w（S）为21%～24%，可作为优质速效氮肥和硫肥为农作物提供氮元素和硫元素，具有提高农作物产量、改善农产品质量的作用。硫酸铵吸湿性相对较小，不易结块，具有优良的物理性质和化学稳定性，水溶液呈酸性，适用于碱性土壤和碳质土壤。硫酸铵用作速效氮肥可作基肥、追肥和种肥，但存在氮含量较低、单位面积农田的用量大的缺点；用作硫肥时，可有效改善土壤缺硫的状况，为农作物提供硫养分。洋葱、韭菜、大蒜、芥菜等均为喜硫蔬菜，油菜、甘蔗、花生、大豆、菜豆等均为缺硫敏感作物，施用硫酸铵可促使作物枝叶生长旺盛，增强抵抗病虫害的能力，提高果实品质和产量。

2.1.2 用于其他工业生产

纯品硫酸铵为无色或白色粉状结晶，无气味，相对密度为1.77 kg/m3，折光率1.521。280 ℃以上分解出氨气，加热到513 ℃以上完全分解成氨气、氮气、二氧化硫和水。硫酸铵除大量用作肥料外，还可用于纺织、皮革、医药等其它工业生产，用途较为广泛[1]。

2.1.3 产品价值高

氨法脱硫装置副产的硫酸铵具有较高的附加值，且使氨增值。其运行过程就是硫酸铵的生产过程，每脱除1 t SO2需消耗0.5 t NH3，可生产2 t硫酸铵产品。不考虑其他成本情况下，液氨价格以4 500元/t、硫酸铵价格以1 500元/t计，则所回收烟气中的SO2价值约为750元/t。因此，采用氨法脱硫技术，不仅充分利用氨资源，使之生成硫酸铵具有一定的市场价值，而且回收了硫资源，使含有SO2的废气增值。

2.2 技术优势

2.2.1 脱硫装置阻力小

在氨法脱硫过程中，氨的活性高，与烟气SO2反应的速率快，较常规湿法脱硫技术的液气比低，故脱硫塔阻力小，其系统阻力仅为0.8 kPa，一般不超过1.0 kPa。当安装和配备蒸汽加热器时，脱硫系统的设计总阻力也不超过1.2 kPa。

2.2.2 脱硫效率高

氨法脱硫一般采用氨水作为脱硫剂，反应活性高。在吸收烟气中SO2的过程中，二者为气液两相接触反应，具有较高的化学反应速率，可在瞬间完成NH3和SO2的反应，既不受限于原烟气中SO2浓度的高低，对烟气流速的影响也不敏感，脱硫效率可达到98%以上，较其他脱硫技术高2%～3%。

2.2.3 自动化程度高

氨法脱硫控制系统采用了与机组控制系统相同的分散控制系统（FGD-DCS），主要功能包括数据采集处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）和顺序控制系统（SCS），自动化程度高，完全满足脱硫装置的运行和控制要求，对全过程主要控制点进行实时监控。当装置发生故障时，控制系统会及时报警，对整个脱硫装置的安全可靠性起到保障作用。因氨法脱硫属气液两相反应，且原料氨、生成物亚硫酸铵和硫酸铵均溶于水，脱硫装置一般不结垢，不堵塞，磨蚀小，更易实现PLC、DCS等自动化控制，工艺操作简单方便。

2.2.4 占地面积小

氨法脱硫装置一般不需要设置原料预处理工序，可直接利用氨水或废氨水，或在液氨储罐旁安装1台氨水配制槽即可，其占地面积可忽略不计。烟气脱硫吸收工序设备占地与锅炉规模有关，0.1～1.0 kt/h的锅炉占地面积可达200～500 m2。硫酸铵加工工序占地与锅炉用煤含硫量有关，占地面积约500 m2。整个氨法脱硫装置占地总面积为600～1 000 m2，与其他脱硫技术相比，占地面积可节省 30%～50%[2]。

2.3 环保优势

2.3.1 烟气SO2实现超低排放

从南方到北方，从发达地区到偏远地区，我国环保部门陆续提出了锅炉烟气处理装置应按期完成提标改造的要求，实现SO2超低排放。2018年12月，陕西省发布DB61/1226—2018《锅炉大气污染物排放标准》，要求自2020年1月1日起，笔者所在的关中地区工业锅炉的大气污染物SO2排放质量浓度限值为35 mg/m3，颗粒物排放质量浓度限值为10 mg/m3，NOx排放质量浓度限值为50 mg/m3。目前，陕西省所有烟气脱硫企业包括氨法脱硫企业均已达到上述超低排放标准。

2.3.2 不产生二次污染

氨法脱硫技术基本上不产生废气、废水和废渣，不会造成二次污染，主要体现在：①氨法脱硫的尾气排放量少，SO2浓度低，不产生CO2废气，对大气的污染小，当SO2质量浓度达到超低排放标准10～20 mg/m3时，不属于二次污染的范畴；②无废水排放，以燃煤锅炉3×260 t/h（2开1备）为例，氨法脱硫的工艺水用量为32 t/h，污水产生量仅5 t/h，且可作为工艺水返回脱硫塔循环利用，无需排出脱硫装置区进行专门处理；③硫酸铵溶液脱泥工序会产生少量的灰泥，其主要成分为SiO2，仅占锅炉粉煤灰总量的0.1%～0.5%，可与炉渣一起作为一般固体废物进行处置，不构成二次污染。

2.4 资源利用优势

2.4.1 回收利用硫资源

氨法脱硫技术是将SO2废气转化成硫酸铵产品，回收利用硫资源。以燃煤锅炉3×260 t/h（2开1备）为例，每年可生产硫酸铵肥料约29 000 t，回收利用硫资源（折S）为7 250 t；而钙法脱硫技术则是将SO2废气转化成工业废渣硫石膏，浪费了大量的硫资源。自2018年起，我国才彻底扭转了硫资源紧缺的被动局面，不再从国外大量进口硫黄、硫酸等硫资源，反而开始大量出口创汇，以满足国际市场硫资源的消费需求。这主要得益于国家环保政策的日趋收紧，将煤、石油、天然气中的杂质硫处理后制得硫黄、硫酸和硫酸铵等产品，其中氨法脱硫是回收利用硫资源的成熟技术之一。

2.4.2 充分利用氨资源

氨作为氨法脱硫装置的脱硫剂，经脱除烟气SO2后变成硫酸铵，回归为化肥产品，提高了氨的利用率。当脱硝装置的脱硝效果不佳时，脱硫塔还具有二次脱硝的功能，可进一步降低烟气NOx排放浓度。当脱硝装置有氨逃逸时，脱硫装置也可再次吸收烟气中的NH3，最终整体提高了脱硫脱硝装置氨的利用率。

3 存在问题及解决办法

3.1 氨的安全风险和管控措施

氨法脱硫通常使用氨水作脱硫剂，一般由液氨汽化后用水稀释而成。液氨和气氨均属于危险化学品，具有易燃易爆、强腐蚀性和刺激性等特点，人员接触后易发生中毒窒息或灼烫事故，吸入高浓度的氨后可致人死亡。氨在空气中易形成爆炸气体，遇到点火源会发生火灾或爆炸，故必须采用密闭容器和管道进行装卸、运输、储存、输送和使用。若出现氨泄漏，则存在火灾、爆炸、中毒和冻伤等事故风险，致使部分企业不愿意采取氨法脱硫而选择钙法脱硫技术。

由上述可知，氨的使用风险高，发生事故的概率大，应依据危险化学品、重大危险源的管理规范和标准，建设、完善各类气防和消防设施，配置、补充必要的劳动防护用品，制定符合企业实际的安全管理制度和操作规程，并严格落实到位。坚持手指口述和岗位练兵，定期组织专项应急演练和综合救援演练，持续强化安全管理，突出事先预防，不断提升安全操作技能和事故应急处置能力，可有效防范火灾、爆炸、中毒等事故发生。

笔者根据多年的工作经验认为，在氨法脱硫技术使用较多的石化、焦化、煤化工行业，其脱硫装置和配套的氨站基本上不会发生一般及以上火灾、爆炸、中毒等事故，只是火电、钢铁、冶炼等行业的从业人员对氨有畏惧心理，可通过专业团队的严格管理，有效保证脱硫装置的安全稳定运行。

3.2 氨逃逸及其管控措施

在氨法脱硫装置运行过程中，普遍存在氨逃逸现象，不利于生态环境保护。氨极易溶于水，又极易挥发成气氨，氨逃逸即是指气态氨随烟气从脱硫装置和烟囱排出而进入大气。尽管在氨法脱硫中所使用的脱硫剂为氨水，但在实际运行过程中，随着脱硫塔内温度、液气比、压力、氨水用量及亚硫酸铵氧化效果的变化，尤其是当塔内温度越高、液气比越小、负压越高、氨水用量越大、氧化风量越小时，氨水和亚硫酸铵中的氨越容易挥发出来，和烟气一道从脱硫装置和烟囱排出，形成长长的蓝色烟羽和拖尾，久久难以消散。

氨逃逸的管控措施如下：

1）加强氨法脱硫装置的运行管理，严格控制工艺指标，确保指标合格率达到99%以上。

2）严格控制液气比在工艺指标控制范围内，一般为 5～7。

3）脱硫塔温度的高低主要取决于脱硫塔入口的烟气温度，为减少氨的挥发，应严格控制入口烟气温度在130～140 ℃，禁止超过150 ℃；同时，严格控制其出口烟气温度在50 ℃以下。

4） 控 制 排 放 尾 气 的ρ（SO2）在 20～35 mg/m3。SO2排放浓度控制越低，氨水用量越大，则氨的挥发性越强，尤其是当排放尾气的ρ（SO2）降为0时，氨水达到过饱和，其挥发量很大。陕西省发布的DB61/1226—2018规定SO2质量浓度排放限值为35 mg/m3，将排放尾气的ρ（SO2）控制在 20～35 mg/m3有利于控制氨逃逸和消耗成本。

5）保持氧化风机稳定运行，保证风管、过滤器和喷枪畅通，以提供稳定的风压和充足的风量。当3×260 t/h锅炉2开1备运行时，其风量应保持在6 800 m3/h以上。

6）采取双塔流程、选择合适的加氨位置、在脱硫塔顶部设置水喷淋设施等措施，均可有效防止氨逃逸。企业应结合生产实际进行技术改造，最终使氨逃逸处于可控状态。

7）DB61/1226—2018中未对氨的排放浓度进行规定，而GB 31573—2015《无机化学工业污染物排放标准》规定氨的排放浓度限值为20 mg/m3，企业应严格执行GB 31573—2015的规定。

3.3 气溶胶现象及其管控措施

通常，氨逃逸和气溶胶是同时存在的。气溶胶是在氨法脱硫过程中，受限于一定的气相条件，SO2和氨反应生成的极其细小的亚硫酸铵和硫酸铵等固体的微粒，不能被除雾器除去而悬浮在烟气中，最终排放至大气。气溶胶现象严重时，同样会形成白色烟羽和拖尾，甚至在烟囱周边下“硫铵雨”。

预防和减轻气溶胶现象的有效措施如下：

1）降低脱硫塔内气相中氨浓度，是减少氨逃逸和气溶胶现象的有效手段，故应严格控制液气比，使液气比保持在指标上限。

2）脱硫系统负压越高，氨水及其夹带的亚硫酸铵和硫酸铵的蒸发量就越大，故应将负压控制在100 Pa以内。

3）在确保烟气SO2浓度达标排放的前提下，严格控制脱硫塔内硫酸铵溶液的pH值不高于5.2，并尽可能控制得低一些。硫酸铵溶液的pH值为3.8～4.2时，可基本消除气溶胶现象。

4）当烟气中粉尘浓度较高时，脱硫后的烟气中未除去的粉尘为亚硫酸铵和硫酸铵提供了悬浮载体，易于形成和加剧气溶胶现象，故应严格控制脱硫塔入口的粉尘（ρ）不高于10 mg/m3。

5）脱硫塔顶部设置除雾器可有效降低烟气中亚硫酸铵和硫酸铵的浓度，减少气溶胶的排放量，故应保持除雾器良好运行，防止烟气短路[2]。

6）在脱硫塔后增加冷却器和静电除尘器，可除去烟气中残留的硫酸铵气溶胶颗粒，改善排烟质量，杜绝出现气溶胶现象，是目前国内普遍采取的消除有色烟羽技术，应大力推广和应用。

4 结语

氨法脱硫技术既具有附加值高、市场需求大的硫酸铵产品优势，又具有脱硫效率高、系统阻力小、自动化和国产化程度高的技术优势；既具有不排放CO2、不产生二次污染的环保优势，又具有变废为宝、可再生利用硫和氨的资源优势。氨法脱硫技术的综合优势具体表现在化害为利，低碳环保，可再生利用硫、氨资源，符合循环经济、永续发展的国家战略，有利于2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的国家目标。同时，氨法脱硫技术也存在一定的安全风险，还存在氨逃逸和气溶胶现象，但通过强化过程管理、严控工艺指标、实施技术改造等措施，均可使其处于可控状态，从而达到生态环保和安全生产的目的。为了更好地发挥烟气氨法脱硫技术的优势，笔者提出以下建议：

1）合成氨、尿素、氮肥和煤化工等企业，应充分发挥行业优势，充分利用廉价的废氨水、尿素废液等作为脱硫剂，洗涤和吸收燃煤锅炉烟气的有害成分SO2，变双废为双宝，以再生利用氮、硫资源，实现环保效益、经济效益和社会效益最大化[3]。

2）在制定、修订标准规范时，应与时俱进，设定更严格的碳排放和氨排放指标，重点控制和杜绝脱硫装置CO2乱排乱放现象，限制、淘汰非生态环保型和非资源利用型的脱硫技术，以确保早日实现碳达峰和碳中和目标。

3）加大政策扶持力度，推动氨法脱硫技术持续发展，促进技术升级和提标改造；在巩固好超低排放的基础上，最终实现烟气超净排放，以适应国家日趋严格的标准提升和生态环保要求。