摘 要:结合氨法烟气脱硫技术的特点,从资源循环利用、三废处理、产品价值、生产成本等方面逐一分析了其环保优势,从安全生产角度分析了其环保风险,得出氨法烟气脱硫技术的环保优势大于环保风险的结论,并提出了相应的环保风险控制措施,以及积极发展氨法烟气脱硫技术的建议。
关键词:烟气脱硫;氨法;环保优势;风险控制;分析
中图分类号:X701.3 文献标识码:B 文章编号:1009-1904(2016)03-0001-03
氨法烟气脱硫就是用氨水作为脱硫剂,洗涤和吸收烟气中的SO2气体,副产硫酸铵产品,用于农业生产。在化肥工业、煤化工和焦化等行业,氨法烟气脱硫技术的应用比较广泛。
1 环保优势
1.1硫资源循环利用优势
1.我国硫资源十分紧缺,对外依存度高,只有大量进口,方可满足市场消费。2009年,硫资源的进口量高达14000kt(折S计),约占总硫消费量的60%;而我国SO2排放量高达22140kt,折S量11080kt,占世界第一位。若全部采用氨法烟气脱硫技术回收其中的硫资源,则可实现自给自足,且有一定富余。
2.氨法烟气脱硫技术能使氨和硫完全实现资源化利用,可加工成广泛用于农业生产的硫基氮肥和复合肥,符合循环经济和可持续发展战略。
3.若生产企业副产w(NH3)为5%～8%的废氨水,它可直接用作脱硫剂,则起到“以废治废”、“变双废为双宝”的作用,其环保效益、经济效益和社会效益会更好。
1.2 废渣排放优势
在氨法烟气脱硫装置运行过程中,基本上不会产生大量废渣,更不会像石灰石—石膏法副产硫酸钙废渣而堆积如山,成为工业垃圾。仅有的一点废渣就是脱硫溶液净化过程中,从螺旋沉降离心机内分离出的灰泥,也是烟气脱硫过程中进一步脱除下来的烟尘,其主要成分还是SiO2,只不过是细度更高而已,可以和锅炉排出的煤渣一并处理。
1.3 废水排放优势
采用氨法烟气脱硫工艺,无论从脱硫工序,还是从硫酸铵加工工序,所有排放的废水包括设备冷却水、含硫污水等,全部收集在事故排污池,再加入洗涤塔和脱硫塔,而不影响设备运行和脱硫效果。使系统内部污水全部得到回收利用,无须直接排放,也不需要进行处理。
1.4 碳排放优势
氨法烟气脱硫的原理就是用氨水吸收烟气中的SO2气体,二者的反应过程分为两步:①第一步是氨水和SO2反应生成亚硫酸铵;②第二步是亚硫酸铵进一步氧化生成硫酸铵产品。在此反应过程中,不产生CO2气体,故不会增加碳排量,基本符合低碳环保的理念。
1.5 产品优势
氨法烟气脱硫装置的副产品为肥料级硫酸铵,俗称肥田粉,本身就是一种优质氮肥,其中总氮含量w(N)总为18%～21%,适用于一般土壤和作物,可作基肥、追肥和种肥。尤其是其中所含的硫是继氮、磷、钾之后第4大营养元素,可有效改善土壤的缺硫状况,为农作物直接提供硫营养,适宜于喜硫蔬菜如洋葱、韭菜、大蒜等,更适宜于缺硫比较敏感的农作物如油菜、甘蔗、花生、大豆、菜豆等。故施用硫酸铵,可起到提高农产品产量和改善农产品品质的作用,对人体健康和生态环境无直接危害。硫酸铵产品主要用作农业肥料,也用于化工、染织、医药、皮革等制造业。
1.6 脱除剂优势
随着国家对大气污染治理力度的持续加大,所有排放的烟气不仅要除尘和脱硫,而且要进行脱硝处理。国内应用最广泛、最成熟的脱硝技术是选择性催化还原(SCR)法,其脱硝剂多为液氨。这和氨法烟气脱硫剂的氨水同属一类物质,只不过是由液氨兑水稀释而成。故氨法烟气脱硫和SCR法脱硝技术所用的脱除剂基本相同,可共用同一装置的液氨分别供给,既节约投资,又方便运行和管理,其优势不言而喻。
2环保风险分析
2.1 氨和氨水泄漏风险
液氨泄漏后,即污染作业环境和大气环境的风险外,还会危害人体健康,伤害动植物。氨水泄漏后若直接排放,则会导致外排水氨氮含量和pH值超标;若经污水站处理,因其中氨氮含量偏高,活性污泥无法完全降解,而造成出水氨氮含量超标。
2.2 气溶胶风险
氨法烟气脱硫过程中,气溶胶是指以亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、硫酸铵等组分为主的固液态小质点,分散和悬浮在烟囱所排放的烟气中,形成胶体分散体系的现象。气溶胶存在时,易造成所排放的废气中颗粒物含量超标,在大气中拖尾较长,久久不能扩散和消失。
2.3 氨逃逸风险
氨逃逸是指NH3和烟气中的SO2反应不完全,其中少量的NH3从氨水中或脱硫溶液中逸出,最终由烟囱排出的现象。其显著特点在烟囱顶上冒出的是白烟或蓝烟,且不易消散。若要达到良好的脱硫效果,尤其是废气中SO2质量浓度不超过50mg/m3时,则氨逃逸现象较为严重。氨逃逸量越大,浪费越大,大气污染越厉害。
2.4 脱硫过程的风险
在氨水配制过程中,氨水槽会逸出微量的氨气,使作业环境中或多或少有一些氨味,尽管其最高容许浓度在可控范围之内,但必定会对大气造成一定污染。在烟气洗涤、脱硫工序, 氨的利用率为100%,SO2脱除率可达98%以上,这样SO2排放浓度可控制在30mg/m3标准状况计)左右。在母液除泥工序会产生少量灰泥(SiO2),作为工业废渣废弃。在产品加工工序,所产生的废水又可回到脱硫塔循环利用,故氨法烟气脱硫工艺一般不产生工业废水。
3风险控制措施
3.1氨和氨水泄漏的风险控制措施
1.液氨属于危险化学品,应严格执行有关危险化学品的规范和管理制度,做好防火、防爆和防中毒工作。
2.卧式液氨储罐上本身就安装有液位计、压力表、安全阀、报警仪等自动监控和保护设施,重点是加强维护保养,保持完好运行。
3.液氨罐区设置防护围堰、风向标、有毒气体检测仪、洗眼淋浴器、防静电设施等,要求操作人员做到应知应会,熟练使用。
4.烟气脱硫装置区设置消防栓,配备灭火器,操作间气防设施齐全,包括氨用过滤式防毒面具和空气呼吸器等。
5.液氨储罐区周围安装防护围栏、挡车栏杆、危险源警示牌、危险化学品职业危害告知牌和“严禁烟火”等安全警示标识。
6.加强设备维护和定期检验,及时消漏堵漏,重点是防范液氨泄漏而引发火灾、爆炸事故。
7.液氨一旦泄漏时,应及时用水喷淋吸收和洗消,并立即切断阀门,或采取有效措施在最短时间内消除漏点,以保证车间空气质量在安全范围。
8.氨水泄漏或用水冲洗后,废氨水应立即收集在辖区设置的污水回收池内,最终添加在脱硫塔回用,禁止排入污水站或直接外排。
3.2 气溶胶的风险控制措施
1.最大限度地提高脱硫率,降低烟气排放过程中SO2浓度是控制气溶胶的有效措施。
2.严格控制脱硫系统的热平衡和水平衡,设法减少烟气中携带的水分含量,并降低烟气排放温度在50℃以下。
3.严格控制脱硫塔内烟气吸收温度不高于70℃,并保持脱硫溶液始终处于酸性环境之中,以抑制亚硫酸铵分解。
4.增大氧化风机的供氧量,以保持风机出口风压、风量和温度在指标范围之内,有效地防范氧化风管堵塞。
5.采用先进的塔外氧化技术,可有效提高硫酸铵溶液的氧化率达99%以上。这是防范亚硫酸铵气溶胶产生的最佳途径。
6.选用高压静电除雾器,其除尘除雾效率可达到99.9%以上,有效控制气溶胶。
3.3 氨逃逸风险控制措施
1.选用大直径的脱硫塔和洗涤塔,可降低反应段的气流速度在3m/s以下,以提高吸收效率。
2.在保证脱硫率的前提下,尽量控制氨水中w(NH3)在5%～8%,并保持稳定减少波动,尤其是超上限波动。
3.在调整烟囱出口SO2含量时,应超前调整,小幅度加减氨水用量,禁止大幅调整;并采用多点加入氨水的方式,以减少氨逃逸。
4.严格控制脱硫溶液的pH值在5.2～6.5,这是,最有效的控制氨水用量的办法。
5.拥有尿素装置的企业可利用低温度的解析废液制备氨水,既可回收利用废水,又可有效防范氨逃逸。
6.选用高效脱硫塔和除雾器,增加喷淋和除雾层数,可有效控制氨逃逸。
3.4 脱硫过程的风险控制措施
1.改造氨水储槽上的放空管,将其延伸并插入工艺水槽底部,且在工艺水槽液位最低时完全处于液封状态,以免发生氨水槽逸氨而污染大气环境和作业环境。
2.无论在任何情况下,均应保持脱硫装置的正常运行,重点是洗涤塔、脱硫塔应开启的吸收泵不能停运,循环量不能减少,确保实现达标排放。
3.由螺旋卸料离心机分离出的富含SiO2的灰泥应交由地方环卫部门作为废渣处理,也可用作硫肥改良土壤。
4.烟气脱硫装置本身设有事故浆液收集池,以便回收停车时排塔的溶液,并要求正常时处于空位或最低位状态。
5.专门设置一个污水回收池(3m×3m×2m)和一台潜污泵(Q=50m3/h,H=20m),并封堵死所有排出辖区的污水明渠和雨水地管,将所有污水和雨水最终送至脱硫塔和洗涤塔予以回收利用。
4 结论和建议
1.氨法烟气脱硫技术的最大特点就是硫酸铵产品的资源化利用优势,这是其他技术所无法比拟的环保优势;与其环保风险相比,优势远远大于风险。
2.在利用氨法烟气脱硫的溶液加工硫酸铵肥料过程中,不产生废水、废液和废渣,无二次污染,真正意义上达到变废为宝和再生利用污染物的目的。
3.国内采用SCR法烟气脱硝技术基本上用液氨作为脱硝剂,故采用氨法烟气脱硫和SCR法脱硝一体化技术,即脱硫脱硝使用同一种脱除剂,更便捷、更经济、更符合可持续发展理念。
4.尽管氨法烟气脱硫技术存在一定的环保风险,但均可采取相应的风险控制措施予以防范和处置,并使之处于可控和受控状态之中,而不会产生危害和伤害。
5.我国应采取行政、立法等措施,强力推广和普及氨法烟气脱硫技术,以加快烟气SO2的资源化利用进程,最终实现国内硫资源的自给自足。
6.国家应出台相关政策,鼓励火电、钢铁和冶炼等行业将已建或拟建的钙法烟气脱硫项目全部改为氨法技术,以缓解我国硫资源紧缺的现状,摆脱长期依赖进口的被动局面。
7.氮肥、焦化和煤化工等企业应充分发挥行业优势,推进氨法烟气脱硫技术装备的国产化改造,解决好腐蚀和堵塞问题;并充分利用廉价的废氨水作为脱硫剂,洗涤和吸收烟气中的有害成分,以废治废,变双废为双宝,以再生利用氮、硫资源,实现经济效益、环保效益和社会效益最大化。
作者简介:刘旭霞(1971-),女,陕西韩城人,实验师,现在陕西省石油化工学校从事实验教学工作;赵新合(1968-),男,陕西蒲城人,高级讲师,现在陕西省石油化工学校从事化工教学工作;段付岗(1968-),男,陕西蒲城人,化工工艺高级工程师,国家注册安全工程师,E-mail:duangfg2009@163.com。
