氨法脱硫工艺的基本原理

    在本质上氨法脱硫工艺是采用NH3来吸收净化烟气的，包含着复杂的物理、化学过程。以下将从物理化学原理方面对工艺各阶段加以分析。烟气中的SO2从烟气主体进入吸收液的过程是物理吸收和化学反应的过程，通过这个过程，使SO2从气相进入液相而被捕获。该过程可分为如下几个步骤：

    氨法脱硫工艺中的化学步骤

    1.烟气中SO2溶解于水形成H2SO3。

    2.氨吸收剂溶解于水形成NH3˙H2O。

    3.溶解于水形成的NH3˙H2O与溶解于水形成的H2SO3进行化学反应形成(NH4)2SO3。

    4.形成的(NH4)2SO3在氧化空气的作用下氧化形成(NH4)2SO4

    氨法脱硫过程的总化学反应式可以综合表示为：

    SO2+H2O+XNH3=(NH4)xH2-xSO3

    (NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4

    虽然该综合反应式中列出了主要的反应物和生成物，但整个反应过程非常复杂，可以通过以下的一系列反应过程表示：

    A：脱硫塔中SO2的吸收

        烟气中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亚硫酸。

        SO2 + H2O → H2SO3 (1)

    B：亚硫酸同溶于水中的硫酸铵和亚硫酸铵起反应。

        H2SO3 +(NH4)2SO4 →NH4HSO4 + NH4HSO3 (2)

        H2SO3+(NH4)2SO3 →2NH4HSO3 (3)

    C：吸收剂氨的溶解

        NH3 + H2O → NH4OH →NH4+ + OH- (4)

        由于反应(4)的进行，可以不断提供中和用的碱度及反应用的铵离子。氨同溶于水中的亚硫酸、硫酸氢铵和亚硫酸氢铵起反应。

    D：中和吸收的SO2

        SO2极易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐;SO2过剩时形成酸式盐。

        SO2 + NH4OH→ NH4HSO3 (5)

        SO2 + 2NH4OH →(NH4)2SO3 + H2O (6)

        由于反应(5)、(6)的进行，可以使更多SO2可被吸收。

    E：吸收得到的(亚)硫酸(氢)铵氧化成硫酸(氢)铵

        亚硫酸盐不稳定，可被烟气及氧化空气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。

        2 NH4HSO3 + O2 → 2NH4HSO4 (7)

        2(NH4)2SO3 + O2 →2(NH4)2SO4 (8)

    F：硫酸铵溶液浓缩后结晶析出硫酸铵固体

        硫酸铵 + 水 → 硫酸铵固体 + 水蒸汽

    G：脱硝功能

        氨法脱硫在脱出二氧化硫的同时，对氮氧化物也有一定的脱除效果，其反应原理如下：

烟气中氮氧化物(NOx)主要以NO(占NOx的90%)形式存在，其次是NO2、N2O5等。在一定温度下，NO 在空气中部分氧化成NO2，建立如下平衡：NO+ 1/2O2 = NO2，在一定温度的水溶液中，亚硫酸铵(NH4)2SO3与水中溶解的NO2反应生成(NH4)2SO4 与N2，建立如下平衡：2(NH4)2SO3 + NO2 = 2(NH4)2SO4 + 1/2N2 ↑亚硫酸铵(NH4)2SO3与水中溶解的NO反应生成(NH4)2SO4与N2，建立如下平衡：

(NH4)2SO3+ NO= (NH4)2SO4+ 1/2N2↑亚硫酸氢铵NH4HSO3与水中溶解的NO2反应生成NH4HSO4 与N2，建立如下平衡：4NH4HSO3+2NO2→4NH4HSO4+N2↑。

    技术特点

    1、完全资源化--变废为宝、化害为利，氨回收法技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为化肥，不产生任何废水、废液和废渣，没有二次污染，是一项真正意义上的将污染物全部资源化，符合循环经济要求的脱硫技术。

    2、脱硫副产物价值高，氨回收法脱硫装置的运行过程即是硫酸铵的生产过程，每吸收1吨液氨可脱除2吨二氧化硫，生产4吨硫酸铵，按照常规价格液氨2000元/吨、硫酸铵700元/吨，则烟气中每吨二氧化硫体现了约400元的价值。因此相对运行费用小，并且煤中含硫量愈高，运行费用愈低。企业可利用价格低廉的高硫煤，同时大幅度降低燃料成本和脱硫费用，一举两得。

    3、装置阻力小，节省运行电耗，利用氨法脱硫的高活性，使液气比较常规湿法脱硫技术降低。脱硫塔的阻力仅为850Pa左右，无加热装置时包括烟道等阻力脱硫岛总阻力在1000Pa左右；配蒸汽加热器时脱硫岛的总设计阻力也只有1250Pa左右。因此，氨法脱硫装置可以利用原锅炉引风机的潜力，大多无需新配增压风机；即便原风机无潜力，也可适当进行风机改造或增加小压头的风机即可。系统阻力较常规脱硫技术节电50%以上。另外，循环泵的功耗降低了近70%。

    4、防腐运行可靠，氨回收法采用国外的重防腐技术，并选用可靠的材料和设备，装置可靠性达98.5%。脱硫剂及脱硫产物都是易溶性物质，装置内脱硫液为澄清溶液，无积垢无磨损，更容易实现PLC、DCS等自动控制，操作控制简单易行。

    5、装置设备占地小，便于老锅炉改造，氨回收法脱硫装置无需原料预处理工序，副产物的生产过程也相对简单，总配置的设备在30台套左右，且处理量较少，设备选型无需太大。脱硫部分的设备占地与锅炉的规模相关，75t/h-1000t/h的锅炉占地在150m2-500m2左右；脱硫液处理即硫铵工序占地与锅炉的含硫量有关，但相关系数不大，整个硫铵工序正常占地在500m2内。

    6、既脱硫又脱硝--适应环保更高要求，氨对NOX同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的亚硫铵对NOX还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现脱硝的目的，天津碱厂环保实测数据氮氧化物去除率为22.3% 。

    7、自主知识产权技术，适合长远推广，氨回收法烟气脱硫技术是拥有我国自主知识产权的脱硫技术，因此投资更少、从长远角度更有利于在我国长期和全面推广。目前应用较多的钙法基本上都是从国外引进，不但要支付较高的先期技术转让费和项目实施时的技术使用费，而且常常是多家国内脱硫公司引进同一种技术，造成资源浪费。

    氨法技术本身已经通过专家及工程实践证明是成熟可靠的，如果企业采用合成氨生产过程中产生废氨水作脱硫剂，将更符合循环经济和节能要求，可以申报发改委专项资金奖励。脱硫副产的亚硫铵溶液既可以通过后续装置干燥结晶制成硫铵化肥出售，也可以不用干燥，将亚硫铵溶液直接运去氮肥厂做复合肥原料，进一步降低能耗，成本低廉。