第３１卷第１ １期 化工时刊 Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．１１ ２０１７年１ １月 ＣｈｅｍｉｃａＩ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｔｉｍｅｓ ＮＯＶ．１１．２０１７ ｄｏｉ：１０．１６５９７／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００２—１５４ｘ．２０１７．１１．００９ 燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺 模拟及氨逃逸分析研究 徐 威 刘 丰 高李璩 肖国民 （江苏省（中圣）工业节能技术研究院，江苏中圣高科技产业有限公司，江苏南京２１１１１２； 东南大学化学化工学院，江苏南京２１１１８９） 摘要 以某热电联产项目２２０ ｔ／ｈ燃煤锅炉烟气氨法脱硫系统为模拟对象，基于Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ软件建立化学吸收系统 模型，分析研究了加氨工艺、工艺水喷淋对脱硫效果和氨逃逸的影响，模拟计算结果与工程设计运行数据基本吻合。 关键词 氨法脱硫燃煤烟气模拟Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｍｍｏｎｉａ Ｅｓｃａｐｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｍｍｏｎｉａ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ Ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏａｌ——ｆｉｒｅｄ Ｂｏｉｌｅｒ Ｘｕ Ｗｅｉ Ｌｉｕ Ｆｅｎｇ Ｇａｏ Ｌｉｊｉｎｇ Ｘｉａｏ Ｇｕｏｍｉｎ （Ｊｉａｎｇｓｕ（Ｓｕｎｐｏｗｅｒ）Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｓｕｎｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ １ １２； 术Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇ ２ １ １ １ ８９） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ａｓｐｅｎ—－Ｐｌｕｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｌｆｕｅ ｇａｓ ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｐ— ｔｕｒｅｄ ｆｒｏｍ ２２０ ｔ／ｈ ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｂｏｉｌｅｒ ｉｎ ｃｅｎｔｒａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｉ— ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｆｉｔｔｅｄ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｄａｔａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ａｍｍｏｎｉａ ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ 我国贫油、少气、富煤的能源消费结构特点决定 量达标比较容易。但氨容易挥发，系统的氨逃逸不易 了大多数企业仍以煤为主要燃料。煤燃烧过程所产 控制，在实际生产中往往超标。如何提高脱硫效率和 生烟气中含有大量的ＳＯ：、ＮＯ ＣＯ：等有害物质。其 消除氨逃逸将成为烟气氨法脱硫系统高效、环保、稳 中，ＳＯ 是各行业企业及国家严格控制的污染物之 定运行的关键。 一。ＳＯ 的大量排放会造成如酸雨、空气污染等严重 本文以某热电联产项目２２０ ｔ／ｈ燃煤锅炉烟气 的环境污染问题。烟气脱硫作为“末端控制”措施， 氨法脱硫系统为模拟对象，基于Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ软件建 是当今应用最有效的ＳＯ：减排技术。对于火电厂来 立化学吸收系统模型，重点研究加氨工艺与工艺水喷 说，在燃煤锅炉烟气排放治理和控制方法中，氨法脱 淋对脱硫效果和氨逃逸的影响，从理论上考察、分析 硫工艺因脱硫效率高、副产品可利用、还能脱除氮氧 控制氨逃逸的手段，以便对实际工程项目的操作和优 化物及初期投资低等优点，将得到广泛应用。＿１ 化提供理论指导。 氨法脱硫效率高且较容易控制，净烟气中ＳＯ，含 收稿日期：２０１７—０９—２１ 作者简介：徐威（１９９０～），男，博士，工程师，主要从事烟气处理、新能源研发相关研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｗｅｉ０１＠ｓｕｎｐｏｗｅｒ．ｔｏｍ．ａｎ 一３０— 徐威等燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺模拟及氨 ２０１７．Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．１１■圈 脱硫工艺及原理 定浓度后，吸收液定量排人氧化槽，亚硫酸铵被加压 鼓人的空气氧化为稳定的硫酸铵。为了保持吸收塔 １．１ 氨法脱硫工艺流程 内吸收液浓度在所要求的范围，持液槽中的浆液不断 燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺流程如图１所示，从 被取出送至回收系统，依次进入蒸发结晶器、冷却结 除尘器出来的热烟气经洗涤、增湿降温处理后进入脱 晶器、离心机、干燥机进行结晶、脱水处理，最终得到 硫塔上部吸收段，烟气与喷淋而下的吸收液逆流接 副产物硫酸铵。氨水通过泵直接加入到加氨室，因此 触，烟气中的ＳＯ 被吸收，净烟气除去雾滴后从吸收 工艺中一级喷淋液的ｐＨ值随塔高增加而降低。＿２ 塔顶部排空。Ｓ０ 吸收反应生成的亚硫酸铵达到一 泵 ＼ 受ｌ刀 、 除雾 ＼ ，■■■■ｏ●■■ａ■ａ口口■■■５嘲 、Ｌ，、 、Ｉ，、Ｉ， ，｜、 ｎ＾＾－＿ ｖ－ｖ＿＿ｌ－－－■口Ⅻ 吸收段 个１１个个呵’个个 ……… 一… ｒＰ ＿Ｊ 装液回沉霄 ～…１＇。Ｐ 一 浓缩段 １ｌ烟气 一级循环泵 ） （ 》 （ ） 氧化循环槽 二级循环泵 一 ｒ （ ）（ 》 △ 一 段 图１ 氨法脱硫工艺流程示意 Ｆｉｇ １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｄｅｓｕＩｐｈｕ ｒｉｚａｔｉ０ｎ ｐｒｏｃｅｓｓ １．２反应吸收过程分析 ＮＨ ） ＳＯ，，为吸收ｓＯ：提供吸收剂。［３， ］ 学吸 学吸收，又存在物理吸收，并在液相中伴随发生各种—ＩＬ 兰 享 目 拯 玺鲑 化学反应。其中吸收过程主要发生下列化学反应： 输人条件：当地大气压１０１．３ ｋＰａ，温度２５℃；吸 ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２— ＮＨ ＨＳＯ３ 收剂为２０ ｗｔ．％的氨水，工艺水为２５℃的纯水。 ２ＮＨ ＋Ｈ２０＋ｓ０２一（ＨＮ４）２ＳＯ３ 烟气工况：人口烟气流量４２３ ５００ ＩＴＩ ／ｈ，温度１３６ （ＮＨ ） ＳＯ ＋Ｈ ０＋Ｓ０ ＮＨ ＨＳＯ， ｏＣ，入１：３烟气压力１０３．５ ｋＰａ，烟气组成见表１，该工 ＮＨ ＨＳＯ ＋ＮＨ， （ＮＨ ），ＳＯ 况下对应烟气Ｓ０２含量为３ ５００ ｍｇ／Ｎｍ 。 氧化过程主要发生下列反应： 表１ 烟气组成（体积分数） ２（ＮＨ４）２ＳＯ３＋０２ （ＮＨ４）２ＳＯ４ Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｅ ｇａｓ ２ＮＨ４ ＨＳＯ３＋０２ ＮＨ４ ＨＳＯ３ 组分 Ｎ２ ＣＯ２ ０２ ＳＯ２ ＨＣ１ Ｈ２Ｏ ＮＨ４ＨＳＯ４＋ＮＨ３ （ＮＨ４）２ＳＯ４ 数值 ７３．６５ １３．３４ ５．５３１５ ０．１２２５ ０．００４ ７．３５２ 由吸收过程发生的反应可知，实际对ＳＯ 起吸收 作用的是（ＮＨ４）２ＳＯ３，ＮＨ ＨＳＯ３不吸收ＳＯ２，而ＮＨ３ 囵 猩 建童． 主要是调节吸收液的ｐＨ值，将ＮＨ ＨＳＯ，转化为（ 根据工艺流程，用Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ软件建立如图２ —３１— ２０１７．Ｖｏ１．３１．Ｎｏ．１１ 工艺试验（Ｔｅｃｈ ｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｅｒｉ ｍｅｎｔ） 所示的模拟流程，采用ＲａｄＦｒａｃ模块模拟吸收段，采 用Ｒｓｔｏｉｃ模块模拟氧化段，采用Ｆｌａｓｈ模块模拟气液 分离过程，模拟不考虑烟尘的影响，在吸收段只考虑 吸收过程。物性选用Ｅｌｅｃｎｒｔｌ模型，综合考虑固体、 盐析、离子平衡过程。 图２氨法脱硫工艺流程Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ模拟 Ｆｉｇ ２ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ Ａｓｐｅｎ‘Ｐｌｕｓ ｓ０ｆｔｗａｒｅ 一 …。 …一 如表２所示，计算液气比为１．１６ Ｌ／ｍ ，从表２可以看 出系统消耗２０％氨水２．７ ｔ，系统脱硫效率达到９９． ５％，氨利用率为９９．４％。 表２模拟计算结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ 根搌上述的模拟流程和烟气条件，模拟计算结果 固体 ３２— 一徐威等燃煤锅炉烟气氨法脱硫工艺模拟及氨…… ２０１７．Ｖｏ１．３１，Ｎｏ，１ １＿固目圆 ｎ模拟工艺需对出口烟气中ＳＯ：和ＮＨ 的含量进 量，出口烟气中ＳＯ 和ＮＨ，的含量如图４所示。一 目 ⅡＩ／Ⅱ０ 霉ＩⅡｏｏ口０ 行综合考虑，其中加氨的位置和比例对出口烟气组成 ∞ ∞ Ｏ 般经验认为脱硫塔塔顶喷淋的工艺水量大可起到控 影响显著。流程中加氨分别在Ｂ２（模拟氧化循环槽） 制氨逃逸的效果，但从图４可看出，工艺水量对氨逃 和Ｂ４（模拟加氨室及相应循环泵）模块，在总加氨量 逸量的影响不显著，增大工艺水的喷淋量，烟气中 一定的前提下，改变两处位置的加氨比例，净烟气中 ＮＨ 的含量几乎不变化。分析原因在于烟气相对于 ＳＯ：和ＮＨ 的含量如图３所示。从图３中可以看出 工艺水的量非常少，在塔顶的温度（一５２℃）下，氨几 Ｂ４处加氨比例对烟气排放影响显著，当加氨比例高 乎不会被喷淋的水吸收。根据物料平衡计算和模拟 于０．３７时，净烟气ｓＯ 符合超净排放标准；净烟气中 分析，氨逃逸主要受加氨量和加氨位置、方式的影 ＮＨ 含量随加氨比例的增加呈现先降低后增加的趋 响 ， 。 势，当加氨比例在０．２６—０．５５之间时，氨逃逸量符合 国家标准（ＨＪ ２００１—２０１０）。因此，在工程设计和实 际生产中要严格控制加氨室中氨水的循环量，以满足 （１）基于Ａｓｐｅｎ—Ｐｌｕｓ软件模拟了２２０ ｔ／ｈ燃煤 达标排放的要求。 锅炉烟气氨法脱硫工艺流程，模拟得到在液气比为 １．１６ Ｌ／ｍ ，２０％氨水消耗２．７ ｔ的条件下，系统脱硫 效率达到９９．５％，氨利用率为９９．４％以上，模拟计算 结果与工程设计运行数据基本吻合。 （２）工艺水量对氨逃逸量的影响不显著，增大工 艺水的喷淋量，烟气中ＮＨ，的含量几乎不变化。 （３）系统加氨工艺及加氨位置对烟气脱硫排放 Ｏ．１ ０．２ ＯＩ３ ０．４ ０．５ ０．６ ａｍｍｏｎｉａ ｒａｔｉｏ 指标影响显著，在工程设计、实际生产中要严格控制 图３ １３４处加氨比例对烟气排放影响 加氨室中氨水的循环量，以满足达标排放的要求。 Ｆｉｇ ３ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｒａｔｉｏ 参考文献 ａｄｄｅｄ ｉｎ １３４ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ［１］高璐阳，郑磊，陈宏坤，等．锅炉烟气氨法脱硫联产硫 ｎ ２５’ ￣皂 ． 酸铵清洁生产技术［Ｊ］．磷肥与复肥，２０１５，３０（１０）： ｕ）２０－－ ３５～３７． ０ １５ ［２］ 高建强，罗翔启，陈乾荣．浅析氨法脱硫结晶存在的问 重１０．口 题及处理措施［Ｊ］．大氮肥，２０１６，３９（２）：１０２～１０５． §５． ［３］梁磊，姚建红．单塔结晶氨法脱硫工艺研究及设计分 析［Ｊ］．东北电力技术，２０１３，３４（１０）：３１—３５． ■ ・ ● ４Ｏ０ｏ ６Ｏ０ｏ ［４］周理明，史永永，李海洋，等．氨法烟气脱硫过程的工 ｗａｔｅｒ ａｍｏｕｎｔ 艺优化［Ｊ］．化学工程，２０１４，４２（４）：７～ｌ２． 图４工艺水量对烟气排放影响 ［５］ 王志雅．氨法脱硫中的氨逃逸和硫酸铵气溶胶现象 Ｆｉｇ ４ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｔｅｒ ［Ｊ］．化工设计通讯，２０１４（５）：３５—３８． ａｍｏｕｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ［６］ 崔建祥，赵焰．氨法烟气脱硫工程中注氨的方式与方 改变脱硫塔塔顶喷淋工艺水（ＷＡＴＥＲ物流）的 法［Ｊ］．环境工程，２００９，２７（４）：８７—９０． 一３３一
