1 FGD煙氣脫硫概況

　　我國清潔資源稀少，能源資源以煤炭為主，占一次能源消費(fèi)總量的75％。燃煤排放的二氧化硫連續(xù)多年超過2000萬噸，居世界首位，我國已成為世界上第三大酸雨區(qū)和世界上大氣環(huán)境污染最嚴(yán)重的國家之一，其中火電廠二氧化硫排放量占全國總量的65% 。同時(shí)近年來電力供應(yīng)緊張，電力裝機(jī)容量大量增加，預(yù)計(jì)到2020年我國二氧化硫排放量將達(dá)到每年3400萬噸。根據(jù)有關(guān)的研究結(jié)果，每排放1噸二氧化硫造成直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5000元，推算到2010年我國經(jīng)濟(jì)損失的累計(jì)數(shù)字將達(dá)到2萬　　多億元，嚴(yán)重制約我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。因此削減和控制燃煤二氧化硫污染、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏是我國能源和環(huán)境保護(hù)部門面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，任務(wù)十分艱巨和緊迫。

　　我國的FGD煙氣脫硫在20世紀(jì)70年代開始研究，相對(duì)發(fā)達(dá)國家起步較晚、起點(diǎn)很低。長(zhǎng)時(shí)間以來脫硫市場(chǎng)未形成規(guī)模，同時(shí)FGD變化因素較多、系統(tǒng)要求較高、投資和運(yùn)行消耗很大，所以目前我國脫硫裝置基本上都是引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備并以鈣法（石灰石-石膏法）為主。一是因?yàn)殁}法的脫硫劑-石灰石來源豐富且價(jià)格便宜，另外鈣法技術(shù)在國外相當(dāng)成熟且公開，獲取容易。但是由于鈣法技術(shù)設(shè)備易結(jié)垢阻塞、附產(chǎn)物石膏銷路不暢、系統(tǒng)復(fù)雜、投資多、占地面積大、產(chǎn)生二次污染、運(yùn)行費(fèi)用高等問題的日益顯現(xiàn)，使得這項(xiàng)技術(shù)在中國的推廣前景不容樂觀。

　　近年來氨法脫硫技術(shù)倍受業(yè)界關(guān)注，許多的企業(yè)、研究單位對(duì)氨法脫硫技術(shù)的前景作出了樂觀評(píng)價(jià)，諸如：“采用硫酸銨過程，煙氣脫硫可以實(shí)現(xiàn)自負(fù)盈虧” ——美國Ellison 咨詢公司；“通過大量、高價(jià)值的副產(chǎn)品生產(chǎn)，煙氣脫硫可以獲得卓越的投資效益”——美國John Brown公司；"氨法煙氣脫硫時(shí)代已經(jīng)到來了"--美國GE公司；"經(jīng)過二十多年一步一步地漫長(zhǎng)的發(fā)展，如今，氨法已進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。"--Krupp公司。由于氨法是回收法，可充分利用我國廣泛的氨源生產(chǎn)硫肥，以彌補(bǔ)我國大量進(jìn)口硫磺的缺口，這樣既治理了大氣二氧化硫的污染，又變廢為寶、滿足我們這一農(nóng)業(yè)大國長(zhǎng)期大量的化肥需求，并可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)氨法脫硫工藝在脫硫的同時(shí)又可脫氮，對(duì)減少溫室氣體起到非常重要的作用，是一項(xiàng)較適應(yīng)中國國情的、完全資源化的、適應(yīng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的、很具推廣價(jià)值的、更環(huán)保的脫硫技術(shù)。一些專家曾強(qiáng)調(diào)鈣法脫硫最終產(chǎn)物填埋處理方法不科學(xué)、造成資源浪費(fèi)、產(chǎn)生二次污染的問題，并提出氨法更符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念、會(huì)成為將來的一個(gè)發(fā)展方向；還有一些官員曾表示支持電廠上氨法脫硫示范工程，也曾提出在很多條件下，如煤的含硫量較高時(shí)，無論是從經(jīng)濟(jì)角度還是脫硫效果而言，都應(yīng)當(dāng)選擇氨法技術(shù)。本文擬對(duì)氨法脫硫技術(shù)的發(fā)展、原理、前景和各類氨法技術(shù)情況進(jìn)行淺析，并側(cè)重介紹江南氨回收法脫硫技術(shù)。

2 氨法脫硫的發(fā)展歷史

　　70年代初，日本與意大利等國開始研制氨法脫硫工藝并相繼獲得成功。氨法脫硫工藝主體部分屬化肥工業(yè)范籌，對(duì)電力企業(yè)而言比較陌生，這是氨法脫硫技術(shù)未得到廣泛應(yīng)用的主要因素。隨著合成氨工業(yè)的不斷發(fā)展以及廠家對(duì)氨法脫硫工藝自身的不斷完善和改進(jìn)，進(jìn)入90年代后，氨法脫硫工藝漸漸得到了應(yīng)用。

　　國外研究氨法脫硫技術(shù)的企業(yè)主要有：美國：GE、Marsulex、Pircon、Babcock & Wilcox；德國：Lentjes Bischoff、Krupp Koppers；日本：NKK、IHI、千代田、住友、三菱、荏原；等等。不同工藝的氨法脫硫自20世紀(jì)80-90年代開始應(yīng)用，日本NKK（日本鋼管公司）在70年代中期建成了200MW和300MW兩套機(jī)組，目前已累計(jì)運(yùn)行二十多年。美國GE（通用環(huán)境系統(tǒng)公司）于1990年開始建成了多個(gè)大型示范裝置，規(guī)模從50MW至300MW。德國Krupp Koppers（德國克虜伯公司）也于1989年在德國建成65MW示范裝置，目前已累計(jì)運(yùn)行十多年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界目前使用氨法脫硫的機(jī)組大約在 10000MW左右。

　　但是，氨法脫硫技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間存在著氣溶膠、氨損、副產(chǎn)品穩(wěn)定性的問題，加上氨法起步晚、業(yè)績(jī)少，這些都是制約氨法在煙氣脫硫上推廣的因素，一直沒有被企業(yè)和環(huán)保部門完全接受。1995年國家計(jì)委和科技部將氨法脫硫技術(shù)作為國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目并列入"十五"863項(xiàng)目，經(jīng)過一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的多年煙法和工業(yè)試驗(yàn)，逐漸形成了適合我國國情的氨回收法脫硫技術(shù)并樹立了工程業(yè)績(jī)。目前國內(nèi)氨法脫硫最大的業(yè)績(jī)是鎮(zhèn)江江南環(huán)保工程建設(shè)有限公司在天津堿廠建設(shè)的 60MW機(jī)組氨回收法煙氣脫硫裝置，該裝置的成功應(yīng)用，徹底解決了困擾氨法脫硫技術(shù)在鍋爐煙氣脫硫工程上使用的難題，為氨法脫硫技術(shù)在我國的全面應(yīng)用拉開了序幕。

3 氨法分類及各類氨法簡(jiǎn)介

　　氨法脫硫工藝皆是根據(jù)氨與SO2、水反應(yīng)成脫硫產(chǎn)物的基本機(jī)理而進(jìn)行的，主要有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡(jiǎn)易氨法等。

　　3.1 電子束氨法（EBA法）與脈沖電暈氨法（PPCP法）

　　電子束氨法與脈沖電暈氨法分別是用電子束和脈沖電暈照射噴入水和氨的、已降溫至70℃左右的煙氣，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，部分煙氣分子電離，成為高能電子，高能電子激活、裂解、電離其他煙氣分子，產(chǎn)生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應(yīng)器里，煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物SO3、NO2，與煙氣中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情況下生成（NH4）2SO4/NH4NO3的氣溶膠，再由收塵器收集。脈沖電暈放電煙氣脫硫脫硝反應(yīng)器的電場(chǎng)本身同時(shí)具有除塵功能。這兩種氨法大的能耗和低的效率尚要改進(jìn)，同時(shí)設(shè)備容易阻塞，主要設(shè)備如大功率的電子束加速器和脈沖電暈發(fā)生裝置還在研制階段。

　　3.2 簡(jiǎn)易氨法

　　簡(jiǎn)易氨法已商業(yè)化的有TS、PS氨法脫硫工藝等，主要利用氣相條件下的H2O、NH3與SO2間的快速反應(yīng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易反應(yīng)裝置，嚴(yán)格地講簡(jiǎn)易氨法是一種不回收的氨法，其脫硫產(chǎn)物大部分是氣溶膠狀態(tài)的不穩(wěn)定的亞銨鹽，回收十分困難，氨法的經(jīng)濟(jì)性不能體現(xiàn)；且脫硫產(chǎn)物隨煙氣排空后又會(huì)有部分分解出 SO2，形成二次污染。所以，該工藝只能用在環(huán)保要求低、有廢氨水來源、不要求長(zhǎng)期運(yùn)行的裝置上。

　　3.3 濕式氨法

　　濕式氨法是目前較成熟的、已工業(yè)化的氨法脫硫工藝，并且濕式氨法既脫硫又脫氮。濕式氨法工藝過程一般分成三大步驟：脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。根據(jù)過程和副產(chǎn)物的不同，濕式氨法又可分為氨-肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等。其中氨-肥法又可根據(jù)附產(chǎn)物不同分為氨-硫酸銨肥法和氨-磷酸銨肥法，本文詳述的氨-肥法特指附產(chǎn)物為硫酸銨肥。

　　濕法氨水脫硫工藝最早是由克盧伯（krupp kroppers）公司開發(fā)于七八十年代的氨法Walther工藝。傳統(tǒng)的氨法工藝遇到的主要問題之一是凈化后的煙氣中存在氣溶膠問題沒得到解決。能捷斯 -比曉夫公司對(duì)傳統(tǒng)氨法進(jìn)行了改造和完善為氨法AMASOX工藝。90年代，美國的GE公司也開發(fā)了氨法GE工藝，并在威斯康辛州的kenosha電廠建一個(gè)500MW的工業(yè)性示范裝置。之后日本鋼管公司又開發(fā)了氨法NKK工藝。

　　3.4 江南氨回收法脫硫工藝

　　“九五”期間，在國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)、國家科技部、國家教育部的共同支持下，華東理工大學(xué)成功地完成了國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“二氧化硫廢氣回收凈化新技術(shù)的工程化”，開發(fā)了一種新的火電廠煙氣SO2回收凈化技術(shù)。該技術(shù)于1999年9月17日通過了由國家科技部、國家教育部、國家環(huán)保局和電力公司共同主持的專家鑒定和驗(yàn)收，具有多項(xiàng)適合我國國情的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，被專家一致評(píng)價(jià)為"國際領(lǐng)先水平"。2001年，江南公司與華東理工大學(xué)國家 863高新計(jì)劃課題組合作，由江南公司總承包建設(shè)了天津堿廠260t/h鍋爐氨回收法脫硫示范工程，于2004年4月份投產(chǎn)運(yùn)行、2004年9月份通過天津環(huán)保局的驗(yàn)收，并且取得了這項(xiàng)863技術(shù)的獨(dú)家使用權(quán)。

　　目前江南公司已經(jīng)擁有各項(xiàng)專利14項(xiàng)，幾乎覆蓋了氨法脫硫技術(shù)的所有內(nèi)容，形成了一套完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的江南氨回收法煙氣脫硫技術(shù)。江南氨回收法脫硫技術(shù)吸納了化學(xué)工程、化工設(shè)備和化工材料等多方面的先進(jìn)成果，繼承了傳統(tǒng)氨法脫硫技術(shù)反應(yīng)速度快、工藝流程短、裝置占地少等優(yōu)點(diǎn)，徹底解決了氨法脫硫中的氣溶膠、氨損失、設(shè)備腐蝕、亞氨氧化、操作可靠性等方面的重大問題。

4 江南氨法煙氣脫硫的原理和工藝流程

　　4.1 工藝原理

　　以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：

　　SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3 （1）

　　得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品，亞硫酸銨再進(jìn)行氧化：

　　(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 （2）

　　4.2 工藝流程

　　鍋爐引風(fēng)機(jī)（或脫硫增壓風(fēng)機(jī)）來的煙氣，經(jīng)換熱降溫至100℃左右進(jìn)入脫硫塔用氨化液循環(huán)吸收生產(chǎn)亞硫酸銨；脫硫后的煙氣經(jīng)除霧凈化入再熱器（可用蒸汽加熱器或氣氣換熱器）加熱至70℃左右后進(jìn)入煙囪排放。脫硫塔為噴淋吸收塔是專利設(shè)備，主要引用在濕式石灰石/石膏脫硫中常用的結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)段、除霧段增加了相應(yīng)的構(gòu)件增大反應(yīng)接觸時(shí)間。吸收劑氨水（或液氨）與吸收液混合進(jìn)入吸收塔。吸收形成的亞硫酸銨在吸收塔底部氧化成硫酸銨溶液，再將硫酸銨溶液泵入過濾器，除去溶液中的煙塵送入蒸發(fā)結(jié)晶器。硫酸銨溶液在蒸發(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)結(jié)晶，生成的結(jié)晶漿液流入過濾離心機(jī)分離得到固體硫酸銨(含水量2～3%)，再進(jìn)入干燥器，干燥后的成品入料倉進(jìn)行包裝，即可得到商品硫酸銨化肥。