氨法烟气脱硫脱硝的技术特征
The technical characteristics of the amm onia process for rem oving SO x and NO x from flue gas
雷士文1,雷世晓2,王德敏2
(11南京明斯顿能源化工有限公司,江苏南京 210037;21遵义师范学校,贵州遵义 563003)摘要:氨法烟气脱硫脱硝具有显著的技术优势:脱硫效率高,脱硫脱硝一举两得,不耗费热量不产生废渣,脱硫剂利用充分用量小,不损害设备有节能功效。
关键词:烟气脱硫脱硝;氨法
Abstract:Ammonia proce ss removing SO x and NO x from flue ga s po sse sse s many remarkable technical advantage s: de sulfurization efficient,simultaneously removing SO x and NO x,no heat consumption and no wa ste re sidue s,used de sulfurizer fewer and the utilization ratio higher,no equipment damaged and saving power.
K ey words:SO x and NO x removed from flue ga s;ammonia proce ss
中图分类号:X701.3 文献标识码:B 文章编号:1009-4032(2006)02-0032-03
氨法脱硫脱硝,就是以氨(NH3)为吸收剂将工业废气中的气态硫化合物固定为铵盐或还原为单质硫、将氮氧化物转化为氮气而实现清洁排放的工程技术。自20世纪70年代以来,国外将氨法脱硫脱硝方法应用于大型电站锅炉的烟气治理。2000年鞍钢第二发电厂在220t/h煤粉炉上加装氨法脱硫脱硝装置获得成功,至今运行正常,取得了良好的技术经济效益。
1 氨法脱硫脱硝的技术原理
1.1 吸收二氧化硫、三氧化硫
液氨溶于水后喷入烟气中,吸收烟气中S O2和S O3而形成铵盐,具体反应如下:
NH3+H2O→NH4OH(1)
2NH4OH+S O2→(NH4)2S O3+H2O(2)
(NH4)2S O3+S O2+H2O→2NH4HS O3(3)
NH4HS O3+NH4OH→(NH4)2S O3+H2O(4)
当废气中含有O2、C O和S O3时(如电厂烟气),还会发生如下反应;
NH4OH+C O2→NH4HC O3(5)
2NH4OH+C O2→(NH4)2C O3(6)
2NH4OH+C O2→H2NC ONH2+3H2O(7)
2NH4HC O3+S O2→(NH4)2S O3+H2O+C O2(8)
NH4HC O3+NH4HS O3→
(NH4)S O3・H2O+C O2(9)
2NH4OH+S O3→(NH4)2S O4+H2O(10)
2(NH4)2S O3+O2→2(NH4)2S O4(11)
2NH4HS O3+O2→2NH4HS O4(12)
在吸收液循环使用过程中,式(3)是吸收S O2最有效的反应。通过补充新鲜氨水(式4)或其他置换方法可保持亚硫酸铵的浓度。
1.2 对硫化氢的吸收
烟气中有H2S存在时,氨水吸收H2S,将其还原成单质S;反应如下:
NH4OH+H2S→NH4HS+H2O(13)
经催化氧化,氨水再生,并得单质硫。
2NH4H2S+O2→2NH4OH+2S(14) 1.3 对氮氧化物的转化
氨水和烟气中的NO x发生反应生成氮气: 2NO+4NH4HS O3→
N2+(NH4)2S O4+S O2+H2O(15)
2NO+4NH4HS O3→
N2+4(NH4)2S O4+S O2+4H2O(16)
4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2(17)
4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2(18)
4NH3+6NO→6H2O+5N2(19)
8NH3+6NO→12H2O+7N2(20) 2 氨法脱硫脱硝的技术优势
2.1 氨利用充分脱硫效率高
2.1.1 选择性反应
氨与硫氧化物、氮氧化物之间的反应是选择性
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2006年4月 电 力 环 境 保 护 第22卷 第2期
优先反应,只要反应条件控制得当,不会与其他物质化合。
2.1.2 均相反应
氨无论是以液态还是以气态参与反应,同硫氧化物、氮氧化物之间都呈均相反应;而钙质脱硫剂无论是以粉状还是以浆状投入,同反应物之间均是异相反应,反应仅在其表面进行,反应产物封闭表面后,颗粒内部成分很难得到利用,即使延长反应时间,也仅能获得在扰动中颗粒破碎的好处。这种情况也不能用催化剂加以改善。从反应动力学上看,二者在反应速率、反应进行完全程度上相差数个数量级。
2.1.3 充分循环
氨水在脱硫脱硝工艺过程中可以不断循环,只有反应完成的产物(硫酸铵)才移出系统。从实际经验来看,氨法脱硫脱硝工艺中氨的利用率可达90%以上,脱硫效率在90%以上、脱硝效率在80%以上。
2.2 脱硫剂用量小无废渣废水
从反应物质的量来看,吸收1m ol的S O2,需2 m ol的NH3。商品液氨的纯度近似达到100%,因此脱硫剂利用率高,脱硫产物量少,易处理。氨法与钙脱硫对比见表1。
从反应生成物看,等摩尔的CaS O4虽只略重于(NH4)2S O4,但钙脱硫剂中的大量杂质和未能有效参与反应的成分必须作为废渣处理,由CaC O3产生的大量C O2也是污染物。
表1 吸收同量S O2的反应物和反应产物
项 目S O2NH3CaO Ca(OH)2CaCO3(NH4)2S O4CaS O4CO2摩尔数12111111质量1/t10.5310.875 1.156 1.563 2.063 2.1250.688质量2/t---1.750 2.312 3.126---质量3/t-0.590------质量4/t-- 3.500 4.624----质量5/t--8.75011.56015.630---
注:质量1是吸收1t二氧化硫实际参加反应的量;质量2是计算脱硫剂中杂质后的量;质量3是利用率90%时的量,仅氨法有此利用率;质量4是利用率50%时的量,对应于湿法钙脱硫工艺;质量5是利用率20%时的量,对应于炉内喷钙法和类似工艺。
每吸收1t S O2,需NH30.59t;若采用炉内喷钙工艺并以石灰石粉作脱硫剂,需石灰石粉15.63t。后者是前者的26.5倍。改用石灰或熟石灰后,情况有所改善,但还相当于氨用量的14.8倍和19.6倍之多。若采用钙利用率较高的湿法脱硫工艺,生石灰和熟石灰的用量分别是氨用量的5.9倍和7.8倍。
将上述情况放大为一个年烧煤100万t的电厂考察:设煤硫分为2%,其中20%的硫被燃煤灰分本身吸收固定。为了使烟气中的二氧化硫浓度降到国家允许排放标准,还需要脱除50%的二氧化硫,具体量是1万t,氨法工艺需要氨0.59万t;石灰浆湿法工艺需熟石灰4.6万t;炉内喷钙工艺需石粉15.6万t。从产物看,氨法工艺产生2.06万t硫酸铵,无其他废渣;钙法工艺除了以石灰粉为脱硫剂时有部分转化为二氧化碳排空以外,投入的脱硫剂加上被吸收固定的二氧化硫以及在反应中结合的氧元素,一起成了废渣,即废渣的量大于投入的脱硫剂量。2.3 氨法工艺的热利用效率高
分别以氨水、石灰、熟石灰和石灰石粉作脱硫剂,吸收1m ol的S O2的焓变如下式所示:
2NH3(g)+H2O(1)+S O2(g)+1/2O2→
(NH4)2S O4(ag)+543.4k J/m ol(21) CaO(s)+S O2(g)+1/2O2→
CaS O4(ag)+520.1k J/m ol(22) Ca(OH)2(s)+S O2(g)+1/2O2→
CaS O4(ag)+H2O(1)+454.9k J/m ol(23) CaC O3(s)+S O2(g)+1/2O2→
CaS O4(ag)+C O2(g)+341.9k J/m ol(24)可见,以氨为脱硫剂时,热效应最好。
此外,氨剂可达到充分利用,不会无效地带走热量;钙质脱硫剂未有效利用部分(包括其中的杂质和未参加反应的成分)以环境温度进入炉膛或烟道,然后以某一较高温度移出系统,带走大量热能;如果是碳酸钙或氢氧化钙,还将在炉内耗费热能将它们反
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2006年 雷士文等:氨法烟气脱硫脱硝的技术特征 第2期
