1、氨法脱硫工艺物料平衡模型的研究Research on material balance model of desulfurization process by ammonia method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)摘要: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。关键词:氨法;脱硫;物料平衡Abstract:The material balance model of desulfurization process
2、by ammonia method was built the calculation di-agram and development process of the material calculation soft were described，and the application of the calcu-lation model in the actual project was introduced It indicated that the model has much guiding significance toproject design and equipment sel
3、ectionKey words:ammonia method;desulfurization;material balance中图分类号:X701 3文献标识码:B文章编号:1674 8069(2011)02 046 030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
4、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
5、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吸收塔内的主要反应如下7 10:SO2+(NH4)2SO3+H2O2NH4HSO3(1)NH3+NH4HSO3(NH4)2SO3(2)塔釜吸收液在过量空气的作用下，氧化后生成硫酸铵，最后排出吸收塔:2(NH4)2SO3+O22(NH4)2SO4(3)2NH4HSO3+O22NH4HSO4(4)本物料计算模型
6、考虑的副反应主要有:642011 年4 月电力科技与环保第27 卷第2 期2F+Ca2+CaF2(5)2F+Mg2+MgF2(6)SO3+2NH3+H2O(NH4)2SO4(7)由上反应式可得出吸收塔区的物料衡算公式:MI+MG+ME+MA=MO+MWMAXNH3，A=MOXNH3，O+MWXNH3，W式中:XNH3，A为氨水中 NH3含量;XNH3，O为净烟气中NH3含量;XNH3，W为硫酸氨溶液中 NH3的含量。MAXH2O，A+MEXH2O，E+MGXH2O，G+MIXH2O，I=MOXH2O，O+MWXH2O，WMIXSO2，I=MOXSO2，O+MWXSO2，WCSO2，I 1=CS
7、O2，O式中:1为 SO2脱除效率;CSO2，I、CSO2，O为折算成6%含氧量下的 SO2浓度。MIXSO3，I=MOXSO3，O+MWXSO3，WCSO3，I 2=CSO3，O式中:2为 SO3脱除效率;CSO3，I、CSO3，O为折算成6%含氧量下的 SO3浓度。MIXHF，I=MOXHF，O+MWXF，WCHF，I 3=CHF，O式中:3为 HF 脱除效率;CHF，I、CHF，O为折算成 6%含氧量下的 HF 浓度。MIXO2，I+MGXO2，G MO2=MOXO2，O式中:MO2为反应中消耗的氧气量。MO2=MWXSO2，W4式中:4为亚硫酸铵的氧化效率。以上为吸收塔区主要的物料衡算
8、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:MC=MP+MV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
9、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
10、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742011 年陈茂兵等:氨法脱硫工艺物料平衡模型的研究第2 期态，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%项目数值干基湿基CO213 371261O26 40603N280 107554SO20 13013H2O569表
11、2锅炉 BMCR 工况烟气中污染物浓度mg/m3项目数值SO23900SO380Cl(HCl)50F(HF)25烟尘浓度(引风机出口)120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/
12、h。2 2SO2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
13、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。参考文献:1 钟 秦 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例M 北京:化学工业出版社，2002 2 徐长香，傅国光 氨法烟气脱硫技术综述J 电力环境保护，2005，21(2):17 20 3 王志轩，朱法华，刘思湄，等 火电二氧化硫环境影响与控制对策 M 北京:中国环境科学出版社，2002 4 闫晓光，熊理想，马宏金，等 FCL 氨法烟气脱
14、硫技术特点及应用 J 电力环境保护，2008，24(2):11 12 5 王 浩，陈书建，王永生，等 浅谈 FCL 氨法脱硫技术在小型燃煤锅炉烟气脱硫中的应用J 电力环境保护，2009，25(1):24 26 6 肖文德，袁渭康 洁净煤技术的新发展:一种火电厂 SO2的资源化技术J 中国工程科学，2000，2(5):77 83 7 涂晋林，吴志泉 化学工业中的吸收操作:气体吸收工艺与工程 M 上海:华东理工大学出版社，1994 8郝吉明，王书肖，陆永琪 燃煤二氧化硫污染控制技术手册M北京:化学工业出版社，2001 9孙克勤，钟 秦 火电厂烟气脱硫系统设计、建造及运行M 北京:化学工业出版社，2005 10 冯 玲，杨景玲 烟气脱硫技术的发展及应用现状J 环境工程，2007，(2):19 24收稿日期:2010-09-04;修回日期:2011-02-11作者简介: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 com842011 年4 月电力科技与环保第27 卷第2 期
