1、第 2 期氨法烟气脱硫工艺实验研究吴忠标*，刘越，盛重义，王海强，王岳军，唐念（浙江大学环境工程系，浙江 杭州 310027）摘要：利用亚硫酸铵作为吸收剂进行氨法烟气脱硫模拟实验，主要考察了吸收液进塔 pH 值、液气比、吸收液浓度、进口 SO2浓度、进口烟气温度等主要影响因素对脱硫效率的影响，并从理论上分析了它们之间的内在关系，得出了适宜的操作条件范围。关键词：烟气脱硫；氨法；亚硫酸铵；影响因素中图分类号：X701.3文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.02.031 文章编号：1003-6504(2010)02-0135-03Experimenta
2、l Study on Main Affecting Factors of Flue GasDesulphurization Process by Ammonia MethodWU Zhong-biao*,LIU Yue,SHENG Zhong-yi,WANG Hai-qiang,Wang Yue-jun,TANG Nian(Department of Environmental Engineering,Zhejiang University,Hangzhou310027,China)Abstract：Modeling experiments of flue gas desulphurizati
3、on(FGD)were performed using ammonium sulfite as adsorbent.The influence of main factors including pH and concentration of absorption liquid as well as ratio of liquid to gasvolume,SO2inlet concentration and inlet gas temperature on the efficiency of FGD by ammonia was studied.Relationships of affect
4、ing factors and desulphurization efficiencies were analyzed,and suitable operating conditions were achievedas well.Key words：flue gas desulphurization(FGD);ammonia method;ammonium sulfate;affecting factors;收稿日期：2008-09-25；修回 20081108基金项目：浙江省科技厅重点项目（2006C13069）作者简介：吴忠标（1966），男，教授，主要研究方向为大气污染控制，（电话）05
5、7187952459（电子信箱）；*通讯作者。目前，市场上占主导地位的大型锅炉脱硫工艺主要有炉内加钙干法脱硫技术、湿式钙法烟气脱硫技术、氧化镁法脱硫技术。其中，炉内加钙干法脱硫技术的效率较低、脱硫效果难以控制；钙基湿法脱硫则存在系统复杂、操作控制要求高、投资大、设备占地多、脱硫副产品利用困难和产生二次污染等缺陷1。近年来，氨法脱硫技术以其脱硫效率高、无二次污染、脱硫副产品可资源化等独特技术优势而倍受关注2。我国也计划在中、高硫煤大型火电机组或者化工、煤气联合企业中的燃烧烟气设备上建设氨法烟气脱硫示范工程3。可见，研究和开发具有我国自主知识产权的氨法烟气脱硫技术有重大的经济意义和现实意义。为此，
6、本文针对氨法烟气脱硫的主要影响因素在实验室进行了模拟实验，研究其对脱硫效率的影响。1氨法脱硫原理采用氨水作为脱硫剂，氨水与进入反应塔的烟气接触混合，烟气中 SO2与氨水反应生成亚硫酸铵，与空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经结晶、脱水、压滤后制得化学肥料硫酸铵，反应机理如下4：2NH4OH+SO2=（NH4）2SO3+H2O(1)（NH4）2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3(2)NH4HSO3+NH4OH=（NH4）2SO3+H2O(3)2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4(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）可保持亚硫
7、酸铵溶液的浓度。2实验装置实验主体设备为 150mm 的喷淋塔，塔高 1.2m，共装 2 个喷淋头，两喷头间的距离为 40mm，处理烟气量 160250L/min。工艺流程如下：由风机鼓入的空气与来自钢瓶的SO2经缓冲罐混和后进入喷淋塔下部，与液滴逆流接触，其中 SO2大部分被吸收液吸收，经除雾后排出。循环槽中配置一定浓度的吸收液，用潜水泵打入喷淋塔Environmental Science&Technology第 33 卷第 2 期2010 年 2 月Vol.33No.2Feb.2010第 33 卷与混和气体接触后，从塔底排入循环槽再循环利用。3氨法烟气脱硫主要影响因素的实验与分析氨法脱硫工
8、艺运行稳定阶段的脱硫剂是亚硫酸铵。和双碱法脱硫工艺类似，氨水作为启动阶段的吸收剂和运行阶段的补充剂。运行阶段，加入的氨水与亚硫酸氢铵反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵与烟气中的 SO2反应生成亚硫酸氢铵从而将其脱除。因此，作为模拟实际吸收过程，本实验详细考察了亚硫酸铵作为吸收剂时的脱硫情况。3.1吸收液进塔 pH 值对脱硫效率的影响实验测定了 pH 值与脱硫率之间的关系，如图 2。效率对 pH 值曲线大致可分为三个阶段。pH7.0，效率随 pH 值减小迅速下降；5.5pH7.0，效率随 pH 值升高变化缓慢；pH5.5，效率又随 pH 值的减少迅速下降。第二阶段吸收平稳，主要由于体系的缓冲能力较强，与
9、第一阶段缓冲体系尚未建立及第三阶段缓冲体系被破坏相比，第二阶段是理想的吸收阶段。从脱硫率的角度来看，pH 值越高越好，但由于高pH 值时，吸收液的利用率不高，还会造成过多氨逃逸，综合考虑，pH 值选择 5.56.5 较为适宜。3.2液气比对脱硫效率的影响亚硫酸铵吸收液的液气比(L/G)与脱硫率的关系如图 3 所示，从图 3 可以看出，脱硫效率随 L/G 值的增大而增大。液气比高时，吸收液足够多，与烟气中二氧化硫的接触面就大，传质系数高，反应时间长，所以脱硫率就高。在 L/G1.9L/m3时，脱硫率仅有51，当 L/G4.9 L/m3时，脱硫率增至 94。当 L/G 达到 4 L/m3左右时，脱
10、硫率达到 85，再继续增大 L/G，效率增加的幅度已不大，因此液气比可选择 4 L/m3左右。3.3吸收液浓度对脱硫效率的影响亚硫酸铵吸收液浓度对脱硫率的影响实验结果如图 4 所示。从图 4 中可以看出：吸收液浓度小于 4时，吸收效率随吸收液的浓度增大而迅速增加；当吸收液浓度大于 4后，吸收效率随浓度的变化不大，始终保持在 85以上，并且在 6左右处出现最大值。结合经济因素分析，选择吸收液浓度为 4左右。3.4进气 SO2浓度的影响由于各种工艺条件下的锅炉烟气中 SO2浓度各不相同，实验还测定了不同 pH 值下进气 SO2浓度与脱硫率的关系，结果如图 5 所示。从图 5 中可以看出，脱硫效率随
11、进气浓度的增加而降低。当进气浓度增大时气相 SO2分压增大，气相传质推动力增大，吸收效率有所增加。但这也导致了脱硫液 pH 值下降增快，而脱硫液的 pH 值对脱硫效率起着关键的作用，因此，在相同 pH 值条件下，脱硫液实际整体 pH 值在下降，脱硫效率随之下降。3.5进口烟气温度对脱硫效率的影响实际锅炉运行过程中，烟气温度变化较大，因此考察了烟气温度对吸收效率的影响。实际烟气温度约在 120左右，本实验考察的温度为 30、60、80、110、120。136第 2 期吴忠标，等 氨法烟气脱硫工艺实验研究从图 6 可以看出，温度对吸收效果的影响不大，主要由于亚硫酸铵吸收 SO2的反应是传质控制的反
12、应，并非反应控制。鉴于此结果，实验室模拟烟气的温度为工作条件下的气温，没有另外再加热。3.6氨逃逸氨法脱硫工艺的另一重要参数是氨逃逸量，国家对氨的排放有着严格的控制。因此本实验研究了在脱硫过程中氨的逃逸情况。氨逃逸量与吸收液 pH值间的关系如图 7 所示。随着 pH 值的升高，氨的逃逸量迅速增加，在 pH 值大于 7.0 的时候，氨的逃逸量超过了国家的标准 10mg/m3。当 pH 值小于 6.5 时，氨逃逸量约为 10mg/m3，并且随着 pH 值的降低，逃逸量逐渐减少。由于实际的工艺条件中，pH 值一般维持在 6.5 以下，因此能满足工艺要求。通过在除雾器前喷入清水，可以在一定程度上减少氨
13、的逃逸量。在pH 值在 5.56.5 之间时，可使氨逃逸量降至 56mg/m3。4结论（1）实验研究了主要参数对脱硫率的影响，结果显示：吸收液的进塔 pH 值、L/G 及吸收液浓度越大，脱硫率越高；二氧化硫进口浓度越高，脱硫率越低；烟气温度对脱硫率影响不大。（2）综合考虑实验结果和经济性，适宜的工艺参数为：pH5.56.5，L/G45L/m3，吸收液浓度 4。在进口 SO2浓度为 2500mg/m3时，以上工艺参数下的脱硫率可达 85以上。（3）当 pH 值在 5.56.5 之间时，氨逃逸量约为10mg/m3，能满足工艺要求，若在除雾板处加水洗层，可使氨逃逸量降至 56mg/m3。参考文献1
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