氨法与石灰石—石膏法烟气脱硫技术比较分析

随着我国对大气污染和环境保护的日益重视,烟气脱硫技术得到了快速发展,脱硫技术越来越多,脱硫效率也越来越高。目前,我国烟气脱硫技术主要有干法、半干法和湿法三种。其中湿法脱硫工艺应用最广,湿法脱硫包括氨法(即氨-硫酸铵法)、石灰石法(石灰石-石膏法)、碱法(钠碱与双碱法)和金属氧化物吸收法等,我国90%以上的烟气脱硫工程采用的是石灰石-石膏湿法脱硫工艺。石灰石法主要应用在火电、钢铁和有色冶炼行业,而氮肥、焦化和煤化工行业多以氨法为主。
 　　1 石灰石-石膏法脱硫技术特点
 　　石灰石-石膏法脱硫技术已有几十年的运行经验,是目前世界技术上成熟、实用业绩最多、运行状况较稳定的脱硫工艺。
 　　石灰石-石膏法脱硫是把石灰石磨成粉后与水混合,职称石灰石浆液,不断补充道吸收塔内。烟气在吸收塔内向上流动北乡下流动的循环浆液以逆流方式洗涤,循环浆液则通过循环泵向上输送到喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中,气体和液体得以充分接触,一边脱除SO2、SO3、HCI和HF,同时生成的CaSO4在吸收塔底部与鼓入的氧化空气发生化学反应,最终生成石膏。吸收塔底部的石膏浆液先在水力激流器中脱水支含固量余额40%,然后经带式真空过滤机过滤,得到含水量小于10%的石膏。脱硫后的经验起经两级除雾器去除水分,通过烟道进入烟囱排向大气。
 　　石灰石-石膏法脱硫工艺系统主要包括:烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统等,脱硫效率高达95%,吸收器利用率90%,钙硫比低,脱硫塔阻力约2000kPa,脱硫副产品为石膏。在不同的烟气负荷及SO2浓度下均可保持较高的脱硫效率和较好的系统稳定性。
 　　2 氨法脱硫技术特点
 　　氨法脱硫工艺是将原烟气引入脱硫塔中,与循环吸收溶液逆流接触反应生成亚硫酸铵;脱硫后的净烟气经二级除雾器去除雾滴,由烟囱排向大气。亚硫酸铵在塔底被氧化成硫胺,35%的硫胺溶液由料液取出泵从脱硫塔打入母液箱,在进入设置有抽真空系统的政法结晶器,料液在70℃左右达到沸点,比正常蒸发下降了40℃,大大降低了蒸汽用量;蒸发洁净器出口为含固量30%的硫酸铵料浆,经离心机进一步分离后进入干燥剂糟熘,得到含水率3%的硫酸铵产品。
 　　氨法脱硫工艺主要包括:烟气系统、吸收氧化系统、脱水系统等,脱硫效率高达99%,并可同时脱除20%左右的NOX,吸收剂利用率100%脱硫塔阻力仅约1kPa,脱硫副产品为硫酸铵。
 　　3 综合分析
 　　3.1 技术分析
 　　(1)石灰石—石膏法占地面积相对较大,几乎是氨法的两倍;(2)脱硫塔阻力大,几乎是氨法的两倍;(3)石灰石—石膏法浆液循环量大,耗电量较高;(4)氨法脱硫效率高,且可脱除部分NOX;(5)氨法脱硫技术存在问题是爱出烟气中的按生成亚硫酸铵、硫酸铵和氯化铵等难以除去的气溶胶,造成氨损失和烟雾排放;硫胺结晶过程能耗大,对加热器材质要求较高;设备国产化程度较石灰石—石膏法较低。
 　　3.2 经济分析
 　　石灰石—石膏法所用脱硫剂石灰石价格低廉,二氨法脱硫技术吸收剂氨的费用较高,占运行成本的比重较大。随着工艺和设备国产化程度的不断提高,石灰石—石膏法造价已大幅降低,其运行费用主要集中在点好上,因此进一步降低电耗是石灰石—石膏法工艺技改的关键。氨法脱硫技术的副产品硫酸铵售价在800～1000元/吨,销售收入可以抵消大部分脱硫成本,时期发电成本低于石灰石—石膏法,可以预测当烟气中SO2含量更高时,氨法脱硫项目有可能实现盈利。
 　　3.3 安全性分析
 　　3.3.1 脱硫剂的安全性
 　　石灰石法烟气脱硫所使用的脱硫剂为石灰石,石灰石物化性质稳定,直接接触对人体无危害。加工时有扬尘,会刺激眼睛、呼吸系统和皮肤,应佩戴防尘口罩予以防护。石灰石不属于易燃、易爆、易中毒物品,便于运输、加工和贮存,使用安全可靠。
 　　氨属于危险化学品,有强烈的刺激气味,易燃、易爆、有毒、有腐蚀,极易溶于水,对皮肤粘膜有刺激和腐蚀作用,高浓度的氨可引起化学性咽喉炎、肺炎等,吸入后可引起反射性呼吸停止、心脏停搏、直接接触时可致皮肤冻伤。氨通常储存在密闭容器和管道内,即使在使用过程中,也必须处于完好密闭状态,应采取有效的安全措施予以防范。
 　　3.3.2 产品的安全性
 　　石灰石-石膏法烟气脱硫的产品是脱硫石膏,脱硫石膏对人体无直接危害,也不存在火灾、爆炸和中毒危险,多用于建筑行业,也用作工业材料,但总体消耗量有限。火电、钢铁和冶炼企业均运出厂外,填沟筑路,覆土造田;或租地存放,堆积如山,存在溃坝、塌方的危险,应予以防范。硫酸铵为工业产品,广泛应用于农业生产,不属于危险化学品,无燃烧、爆炸、有毒等风险,使用安全、可靠、无不良影响。
 　　3.3.3 工艺的安全性
 　　与氨法烟气脱硫工艺相比,石灰石-石膏法不涉及易燃、易爆、有毒等危险作业,发生一般以上事故的可能性小,无特种工种,无危险工序,风险系数低,安全优势大,尤其是非化工从业人员对“氨”的人事不足,认为其安全风险大,事故几率高。因此,火电、钢铁和冶炼行业基本上不采用氨法而采用石灰石-石膏法脱硫技术。
 　　3.3.4 环保性分析
 　　(1)脱硫剂的环保性
 　　石灰石属于天然原材料,只需采取简易的通风、防尘措施,对环境污染和健康危害小。氨泄漏存在污染作业环境和大气环境的风险,可能危害人体健康和伤害动植物。氨水泄漏应及时用酸中和处理。
 　　(2)产品的环保性
 　　脱硫石膏是工业废渣,其回收利用已成为世界性难题,大多数情况下只能作为工业垃圾予以废弃和存放,且随时存在污染环境的可能;而硫酸铵是化学肥料,广泛应用于农业生产,使硫资源得到再生利用。显然,硫酸铵的环保优势大大高于脱硫石膏。
 　　(3)工艺的环保性
 　　氨法烟气脱硫工艺较石灰石-石膏法脱硫工艺具备以下优势:一是大气污染小,无CO2排放,SO2排放浓度低,尾气总排量少;二是无废水排放,无需处理;三是灰泥废渣排量很少,仅占脱硫石膏总排量的1%～3%。
 　　3.3.5 分析结论
 　　氨法烟气脱硫的综合优势很大,主要是变废为宝、低碳环保,可再生利用硫资源,符合循环经济发展战略,这是石灰石-石膏法烟气脱硫技术所无法比拟的。尤其是氮肥和煤化工企业副产5%～8%废氨水,可直接用作脱硫剂,既解决了废水处理问题,回收但资源,且无运输、装卸、储存和使用液氨的安全风险。这也是氮肥、焦化和煤化工等行业采用氨法烟气脱硫技术为主的根本原因。
 　　4 建议
 　　我国硫资源紧缺,60%需要进口,对外依存度高。与此同时,我国SO2排放量却高居世界首位,提高SO2利用率可大幅减少硫资源的进口量。通常,大气中SO2主要来源于煤炭燃烧,占SO2总排量的94%,而火电厂SO2排放量又占总排量的60%。这里所指的SO2排放量不包含已转化成难以回用的脱硫石膏等含硫废渣。同时,我国优势世界氮肥大国,土壤严重缺硫,硫铵具有较大的市场潜力。氨法脱硫适合我国国情、负荷循环经济发展,而且具有脱硫脱硝一体化的特点,其应用前景将越来越广阔。因此,建议通过行政、立法等手段推广和普及氨法石灰石-石膏法烟气脱硫技术;鼓励火电、钢铁和冶炼行业实施烟气脱硫项目的氨法脱硫改造。
 　　参考文献
 　　【1】段付岗,王变雪.氨法和石灰石法烟气脱硫技术的综合分析及建议【J】.硫磷设计与粉体工程,2014(2):9-13.
 　　【2】黄丽娜,缪明烽,陈茂兵,秦翠娟.石灰石-石膏法与氨法脱硫技术比较【J】.电力科技与环保,2011(5):26-28.
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