国家发改委氨法烟气脱硫技术赴美考察报告

国家发展改革委员会环境和资源综合利用司

二○○五年五月十九日氨法烟气脱硫技术赴美考察报告

环境与资源 第26期 (总第133期)

2005年2月18日至28日，国家发改委氨法烟气脱硫技术考察团赴美国进行了考察。考察团由国家发展改革委、中国电力企业联合会派出的成员组成。

考察团按照计划考察了其总部位于美国宾夕法尼亚州拥有氨法脱硫技术的玛苏莱公司（MARSULEX－原GE环保脱硫专业公司）总部，听取了技术开发人员对氨法脱硫技术以及公司负责建造并已投运的30万千瓦级烟气量和正在建造的更大规模的加拿大奥尔贝塔省辛克鲁德电厂50万千瓦级烟气量氨法脱硫工程的介绍；现场考察了位于美国北达科他州\大平原合成燃料厂（GPSP）\的30万千瓦级烟气量的氨法脱硫工程。与玛苏莱公司、美国善美工程公司、GPSP工厂的相关设计、管理、运行人员进行了讨论交流。较全面地了解了玛苏莱公司的氨法脱硫技术特点和脱硫设备的运行情况。这次考察，对于我国是否鼓励、引导、支持在大型火电机组或者其它需要烟气脱硫的设施上采用氨法脱硫技术，对于按照循环型经济发展要求，提升烟气脱硫产业化发展水平，具有一定的参考价值。

一、本次考察的主要情况

（一）大平原合成燃料厂（Great Plains Synfuels Plant）30万千瓦级烟气量氨法脱硫工程基本概况

大平原合成燃料厂（GPSP）坐落在美国北达科他州的大平原上。20世纪70年代的能源危机，促使美国考虑能源自主供应问题，北达科他州大平原上丰富的褐煤资源为生产合成燃料提供了可能。在此背景之下，建成了大平原合成燃料厂（GPSP）。该厂于1984年开始运行，目前，年消耗褐煤量为600多万吨，生产出合成天然气540亿标准立方英尺 (相当于15亿标准立方米)，还生产化肥、溶剂、苯酚、CO2和其他化学物质。

1994年在美国能源部的资助下，美国北达科他州大平原合成燃料厂采用原GE环保脱硫专业公司(现玛苏莱公司)技术，建造了第一个30万千瓦级烟气量的氨法脱硫工程。此项目于1996年完工投产，成为氨法脱硫工艺在大烟气量情况下运行的实例。美国玛苏莱公司开发的这项专利技术以氨液为吸收剂，利用氨与烟气中的SO2反应生成硫酸铵，从而达到脱除SO2的目的。反应产生的硫酸铵可以作为肥料，具有极高的利用价值。

（二）大平原合成燃料厂脱硫工艺流程工艺流程如图1所示。 图1 大平原合成燃料厂脱硫工艺流程图

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首先，热烟气(1)进入预洗涤塔(2)，与饱和硫酸铵溶液接触，烟气在此过程中被冷却，同时，由于饱和硫酸铵溶液中水的蒸发而析出硫酸铵晶体。

已被冷却的烟气通过除雾器进入SO2吸收塔(3)。在吸收塔中，氨与水混合成氨液。烟气中的SO2在此被吸收(4)，与氨反应生成硫酸铵。

最后，脱硫后烟气经120米高的烟囱排入大气(5)。硫酸铵溶液被送入预洗涤塔循环利用(6)。

预洗涤塔中的硫酸铵料浆进入脱水系统(7)。先经水利旋流器脱水，然后经离心机得到硫酸铵滤饼。从旋流器和离心机回收的清液返回预洗涤器，循环利用(8)。

硫酸铵滤饼被送至造粒系统(9)，得到高利用价值的颗粒硫酸铵肥料，在被火车或者卡车运走前，存放在能容纳50,000吨硫酸铵的圆顶储仓(10)内。

（三）大平原合成燃料厂脱硫设备的实际运行情况

结合脱硫设备的设计、建造及运行方提供的资料和现场在操作显示屏上观察到数据，将脱硫设备的实际运行情况介绍如下：

美国大平原合成燃料厂合成天然气所用的原料为褐煤，褐煤的含硫量为0.4%-0.7%。但是烟气脱硫装置对应的锅炉并不是为发电，而是产生蒸汽；所用的燃料并不是煤，而主要是合成燃料厂生产过程中含有高硫的燃气或者渣油等。三台锅炉共用一套烟气脱硫装置，三台锅炉的总热功率及其燃烧后的总烟气量，相当于30万千瓦级燃煤电站锅炉的容量及烟气量。若将其燃烧后烟气中二氧化硫含量，折算为煤的含硫量的话，则相当于5%-7%。本套设备从投运至今已经运行了8年，且主要指标超过了设计要求。脱硫所用的吸收剂原料主要是液氨(占80%)，其余为氨水。由于燃料为气态，锅炉没有配套除尘装置。据运行管理人员讲，脱硫装置运行可靠，没有发生影响主体设备的运行的情况，一年脱硫装置停运的时间大约有5天左右。设备停运检修时，有一个专门的贮罐来存塔中的浆液。脱硫装置的自动化程度很

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高，整个系统的（包括肥料段）运行人员每班4人，共16人。

表1列出了烟气的主要参数；表2列出了脱硫装置设计及运行情况比较；表3为考察期间在控制室显示器上看到的实时数据。

表1 烟气脱硫装置入口烟气参数

烟气情况 温度oF 温度℃ 流速lb/h 流速ACFM 流速Nm3/h 烟气情况 N2含量% O2含量% CO2含量% H2O含量% SO2含量ppm SO2含量mg/Nm3 SO3含量ppm SO3含量mg/Nm3 NOX含量ppm NOX含量mg/Nm3 含尘量lb/h 含尘量mg/Nm3 最 大 450 232 3,396,900 1,141,476 1,100,848 最 大 60 8 34 9 4,780 13,671 100 286 150 308 86 37 平 均 400 204 3,396,900 1,132,100 1,050,426 平 均 55 6 31 7 3,710 10,611 78 223 60 123 86 35 最 小 350 177 3,396,900 1,019,100 1,048,423 最 小 50 4 28 5 2,650 7579 56 160 25 51 0 0 注：1.ACFM指工况下的烟气流速：立方英尺/分钟。

2.源数据换算得到的数据用粗体表示。

3.数据来源：Daniel L. Wallach ,烟气脱硫副产品硫酸铵---达科他州气化公司经验谈（ammonium sulfate fertilizer as by-product in flue gas desulfurization : the Dakota gasification company experience），表一 设计参数。

表2 烟气脱硫装置设计及运行情况比较 设计参数 SO2去除率 氨流失（ppm） 烟气的混浊度 压降(米水柱) 注：数据来源：玛苏莱公司简介

表3 控制室显示器上的实时数据（2005年2月24日） 实时数据 FGD入口 FGD出口 SO2脱除率 设计指标 93% <10 含NH3量<4% <11 运行情况 95-98％ 7 含NH3量0% 7-8 3

温度oF 温度℃ SO2含量lb/h NOX含量lb/h 355 179 12,323 733 136 58 584.6 95.26 注：源数据换算得到的数据用粗体表示。 （四）硫酸铵肥料的质量

据介绍，玛苏莱氨法的副产品硫酸铵是具有高质量的商业产品，其外观如附图5所示。大平原合成燃料厂年产硫酸铵近15万吨(相应地需要脱除SO2约7.5万吨)。

1、副产品硫酸铵纯度可达99%以上，达到美国肥料标准。其中，含氮量21.0%-21.1%；含硫量24.0%-24.2%；水不溶成分含量<0.1%；重金属含量<10ppm；颜色呈现白色至浅褐色。

2、副产品硫酸铵经多步干燥，含湿量低于1.0%，且用粘合剂包被，便于储存和处理。 3、硫酸铵具有两种主要的产品形式：

一是标准级晶体(晶状物)。可用作铵化的NPKS(氮磷钾硫)复合肥料的原料；二是1.0mm-3.5mm的粒状产品。通常被混合起来用于各种土壤和作物，其大小可根据用户的要求而改变。

2002年4月27日，原国家经济贸易委员会发布了中华人民共和国电力行业标准《副产硫酸铵》（DL/P808-2002），此标准于2002年9月1日实施。表4列出了火电厂氨法烟气脱硫生产的副产硫酸铵品质要求：

表4 副产硫酸铵产品要求

项 目 总氮(N)含量 水分(H2O) 游离酸(以H2SO4计)含量 外 观 指 标 ≥18.0% ≤1.5% ≤2.0% 白色或灰白色粒状或粉末状，无可见机械杂质 由此看来，玛苏莱氨法脱硫的副产品硫酸铵各项指标均优于我国规定的标准。 （五）氨法烟气脱硫的基本化学反应过程

氨法在吸收塔的喷淋区发生吸收SO2的反应,将喷淋浆液-饱和的硫酸铵/亚硫酸铵溶液的PH值控制在5.0～5.9范围,按下列反应式生成硫酸氢铵和亚硫酸氢铵：

(1) SO2﹢H2O = H2SO3

(2) H2SO3﹢(NH4)2SO4 = NH4HSO4﹢NH4HSO3 (3) H2SO3﹢(NH4)2SO3 = 2NH4HSO3

在反应式(1)中,烟气中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亚硫酸。在反应式（2）、（3）中，

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