氨法脱硫副产物亚硫酸铵的塔外氧化
摘要:根据氨法脱硫反应机理,提出了将脱硫生成的亚硫酸铵溶液排放到吸收塔外进行氧化的方法,一方面可以减少脱硫塔的注氨量,有效控制吸收塔出口烟气中的逸氨及硫酸铵气溶胶,避免二次污染;另一方面,可以提高吸收塔内亚硫酸铵浓度,保持较高的脱硫率。塔外氧化对于氨法脱硫是一种比较合理的氧化方法。
关键词:氨法脱硫,氧化,注氨
随着氨法脱硫工艺的应用日益增多,该工艺特有的优势越来越受到重视。在安徽合肥金源热电厂脱硫工程项目中,我公司采用北京中自控能源环境工程技术有限公司自主研发的氨法—塔外氧化脱硫工艺,采用氨水作吸收还原剂。共设置3套脱硫装置,每套装置收集1台220 t/h锅炉烟气进行脱硫。烟气脱硫系统主要由烟气系统和吸收塔组成,所有 3套脱硫装置共用1套工艺水系统和亚硫酸铵氧化系统。氧化后的副产品铵盐被送往副产物干燥车间进行结晶干燥。
1 工艺原理
氨法脱硫工艺就是将氨通入脱硫吸收塔中,以 (NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 混合溶液为基础,与烟气中的SO2 发生如下反应,实现对SO2 的去除:
SO2 + (NH4 ) 2 SO3 + H2O —> 2NH4HSO3 (1)
NH3 + NH4HSO3 —> (NH4 ) 2 SO3 (2)
中间反应还包括:
SO2 + H2O —> H2SO3 H+ + HSO3- (3)
HSO3- —> H+ + SO32 - (4)
NH3 + H2O —> OH- + NH4+ (5)
H2O —> H+ + OH- (6)
反应中生成的(NH4 ) 2 SO3 必须被氧化成 (NH4 ) 2 SO4 ,以免其分解重新生成SO2 :
2 (NH4 ) 2 SO3 + O2 2 —> (NH4 ) 2 SO4 (7)
2NH4HSO3 + O2—> 2NH4HSO4 (8)
2 工艺流程
安徽合肥金源热电厂氨法脱硫系统工艺流程为:锅炉烟气经过布袋除尘器除尘后,由引风机引出,通过烟气入口挡板门引入脱硫吸收塔。在脱硫吸收塔中, (NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 混合脱硫吸收剂脱除烟气中90%以上的SO2。脱硫后的湿烟气先通过吸收塔顶部的除雾器,去除其中绝大部分的夹带液滴,洁净烟气再经出口烟气挡板门排入主烟道,经烟囱排至大气。
吸收塔底部是一个溶液池,用来贮存循环喷淋液。喷淋液循环运行一段时间后,当其浓度达到设计值时,通过排出泵排至铵盐氧化装置,再用氧化风机将其中的亚硫酸铵氧化成硫酸铵,氧化后的硫酸铵从氧化装置排至副产物结晶、干燥系统,经浓缩、结晶、离心分离、干燥等工序形成颗粒状。干燥后的结晶颗粒物为氮分大于20%、水分低于1. 5%的商品硫酸铵。
3 塔外氧化
氨法脱硫技术的塔内强制氧化,是将氧化空气通入吸收塔,在吸收塔内将亚硫酸铵氧化成硫酸铵, 再排至干燥或离心系统。但是,这种氧化方法会造成烟气中夹带大量逸氨及硫酸铵气溶胶。
(1)氨法脱硫工艺对SO2 的吸收主要是依靠 (NH4 ) 2 SO3 生成NH4HSO3 的反应,注氨的目的是为了将NH4HSO3 还原成(NH4 ) 2 SO3 ,继续保持对 SO2 的吸收能力。为了保证脱硫系统的脱硫率及将出口逸氨率控制在最低,需要保持塔内吸收溶液中亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的比例。如果直接采用氨与 SO2 反应,其产物为不稳定的亚硫酸氢铵,很容易发生分解,造成脱硫系统出口烟气中夹带大量逸氨及硫酸铵气溶胶。采用塔内氧化工艺时,溶液内的亚硫酸铵被氧化成硫酸铵,而硫酸铵是没有吸收SO2 能力的,这样就大大减少了溶液内吸收剂的数量,造成脱硫效率下降。为了维持系统脱硫效率,只能向塔内多注氨,造成出口烟气中的逸氨增加,带来二次污染问题;另一方面,为了保证排至副产物干燥系统的溶液内亚硫酸氢铵含量很小甚至没有(亚硫酸氢铵在加热过程中很容易分解) ,也势必向塔内注入过量氨,来维持溶液的高pH值,这也不可避免地造成脱硫系统出口逸氨增加。
(2)塔外氧化可以保证脱硫吸收塔内的溶液成分主要是(NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 ,这样,可通过向溶液注氨来调整(NH4 ) 2 SO3、NH4HSO3 的比例,即利用(NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 与pH值之间的关系来调整注氨量。由于(NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 混合溶液中不会有游离的SO2 和NH3 ,从而使吸收SO2 的效率达到最高而氨逃逸量又最小。又由于溶液中主要是(NH4 ) 2 SO3 —NH4HSO3 ,就可以根据后续干燥、结晶系统所需的浓度要求定期排出一定浓度的塔釜溶液至氧化罐内进行氧化。氧化的同时必须注入一定量的氨,以便将溶液中的亚硫酸氢铵还原成亚硫酸铵,再氧化成硫酸铵,氧化后的硫酸铵溶液进入干燥系统,经过结晶、干燥,生产出脱硫副产物———硫酸铵化肥。
综上所述,将亚硫酸铵的氧化过程由塔内改成塔外,先向氧化装置内注氨,将塔内排出溶液中的亚硫酸氢铵还原成亚硫酸铵,然后再将其氧化成硫酸铵,这样既可以保持塔内有足够比例的吸收剂,可以在不提高注氨量的前提下有效提高系统脱硫效率, 同时又能保证脱硫系统出口烟气逸氨及气溶胶的含量最低。因此,将亚硫酸铵的氧化改在塔外进行是氨法脱硫工艺副产物处理的合理选择。
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