脱硫技术论文2.pdf

湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 1 湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 广州市天赐三和环保工程有限公司 孙虎良 DUCON Technologies Inc Zuyao Yang 摘要 摘要 大型燃煤电厂烟气脱硫装置目前一般采用石灰石石膏法技术 除部分石膏产品利用外 本文介绍氧化镁法技 术的工艺过程 在国内的应用情况 并与石灰石石膏法进行经济分析 1 概述 1 概述 随着国家对环保要求的日趋严格 大部分电站锅炉已建设或正在建设烟气脱硫设施 FGD 部分正在选择脱硫技术 目前国内已建成的脱硫装置 大部分采用石灰石石膏法 部分中小型锅炉 采用干法 半干法或其它技术 随着大批烟气脱硫装置的建成投产 且脱硫石膏含有较多的杂质 呈灰黄色 限制了脱硫石膏的应用领域 目前已出现脱硫石膏综合利用困难 不得不将副产石膏填 埋处理 烟气脱硫设施解决了大气SO2的污染 但同时带来了固体污染物 湿式镁法脱硫是目前世界上最早采用的脱硫工艺之一 1978 年DUCON在美国Eddystone建成并投 产了世界上第一套商业运行的 2 台 350MW机组烟气脱硫装置 随后又在美国Cromby建成了 1 台 200MW 机组的氧化镁脱硫装置 装置建成后近 30 年来一直安全稳定运行 脱硫效率高达 96 以上 脱硫装 置副产的亚硫酸镁供硫酸厂焙烧生产硫酸 经焙烧的氧化镁返回电厂脱硫装置 DUCON氧化镁技术经 三十年的商业运行实践证明技术成熟可靠 脱硫效率高 副产品可以得到很好的综合利用 但由于 美国本土并没有氧化镁资源 所用的氧化镁从中国进口 电厂使用的氧化镁价格高达 280 美元 t 由于氧化镁价格高 限制了这一工艺在美国的推广应用 我国氧化镁的储量十分可观 目前已探明 的氧化镁储藏量约为 160 10 8t 是世界上储量最丰富的国家之一 中国也是硫酸的生产和消耗大国 为降低硫酸生产过程的污染 许多企业已将硫铁矿工艺改造 为固体硫磺或液体硫磺工艺 国内硫磺产量不能满足制硫酸需要 大量进口液体硫磺 氧化镁脱硫技术将锅炉烟气中的二氧化硫回收 生产硫酸 实现循环经济 一方面减少了脱硫 石膏的填埋产生的污染 另一方面实现了资源和循环利用 降低了脱硫装置和硫酸生产企业的运行 成本 符合国内可持续发展战略 2 氧化镁脱硫技术简介 2 氧化镁脱硫技术简介 2 1 湿式氧化镁法烟气脱硫基本原理 湿法氧化镁工艺主要由烟气系统 浆液制备系统 洗涤及吸收系统 脱水及干燥系统等组成 装置副产的亚硫酸镁在硫酸厂焙烧后生成氧化镁再返回脱硫装置 氧化镁脱硫及循环系统见下图 湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 2 烟气 到污水处理系统 去除 氯化物和 颗粒物 到烟囱 SO 吸收 2 泥浆 液体 滤饼 离心机 干燥器煅烧炉 混合 水 补充MgO 2 2 基本化学反应过程 氧化镁塑化后生成的氢氧化镁Mg OH 2浆液在湿式吸收塔中吸收SO2吸收过程主要反应如下 1 SO2 的吸收 烟气中的SO2与浆液液滴中的水发生如下反应 SO2 Mg OH 2 5H2O MgSO3 6H2O SO2 MgSO3 6H2O Mg HSO3 2 5H2O Mg HSO3 2 MgO 11H2O 2 MgSO3 6H2O 2MgSO3 O2 2MgSO4 2 亚硫酸镁的焙烧 MgSO3 XH2O MgO SO2 H2O 2 3 脱硫装置各系统介绍 国内第一套采用美国 DOCON 湿式氧化镁脱硫技术的商业运行脱硫装置已在华能辛店电厂 2 225MW 成功实施 4 机组脱硫系统于 2007 年 10 月 22 日进入 168 小时试运转 效率平均在 98 以上 23 日生产出合格的亚硫酸镁产品 典型的氧化镁脱硫装置主要构成情况如下 2 3 1 浆液制备系统 氢氧化镁浆液制备系统的主要功能是制备合格的吸收剂浆液 氢氧化镁浆液制备系统主要全套 包括卸料站 粉料贮仓 配制罐 输送系统组成 气力输送罐车将粒径 200 目的氧化镁输送送至钢制氧化镁贮仓 仓外配有振打器以避免结块堵 塞等现象 经称重的氧化镁粉进入浆液制备罐 在控制合适的制备温度下加水进行氢氧化镁浆液的 制备 制备合格的浆液及泵打入吸收塔 2 3 2 洗涤及吸收系统 由于烟气中含有 HCl HF 和尘等杂质 这些杂质与氧化镁反应后生成的 MgF MgCl 将影响氧化 镁的循环并加大硫酸生产过程的腐蚀 必须在烟气进入主吸收塔前进行予洗涤 以除去烟气中的HCl HF 和尘等杂质 预处理塔采用DUCON专利文丘里层结构 烟气和水顺流经过予洗涤塔的文丘里层 HF HCl等杂 质及SO3溶解在水中并脱除 避免了烟气进入吸收塔后与水气结合生成的 蓝色烟雾 经予洗涤的 SO2 MgSO3 硫酸硫肥料 MgO循环贮罐 到灰池 空气 湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 3 烟气经过除雾器除雾后进入主吸收塔 为防止腐蚀 予洗涤塔采用合金内衬 文丘里棒采用合金材料 防止腐蚀 2 3 3 主吸收塔 主吸收塔采用专利的喷淋空塔 文丘里结构 烟气进入吸收塔内 烟气进塔后与上部喷淋的氧 化镁浆液逆流洗涤 将烟气中SO2气体吸收 由于氧化镁具有很强的脱硫活性 氧化镁法脱硫的液气 比是石灰石石膏法的 1 2 1 3 被吸收的SO2与氢氧化镁在吸收塔底部反应生成MgSO3 吸收塔内MgSO3形成晶体 MgSO3 3H2O和 MgSO3 6H2O 达到浓度的浆液送至脱水系统 由于MgSO3在水中有较高的溶解度 因此不会出现石灰石石膏法常见的浆液堵塞现象 3 5 脱水及干燥系统 吸收塔排出的含MgSO3晶体的浆液经离心脱水机脱水后 将浆液浓缩至含水量 30 以下 再经过 旋转干燥机实现进一步脱水 经过两级脱水浓缩的产品是含水量小于 10 的优质亚硫酸镁 送至成 品仓库储存外运 典型的氧化镁脱硫装置流程见下图 3 氧化镁脱硫工艺运行经济性分析 3 氧化镁脱硫工艺运行经济性分析 本文以 2 300MW燃用 1 5 和 3 0 硫含量煤的机组为例 对湿式氧化镁工艺和石灰石石膏工艺 的运行经济性进行综合比较 为方便比较 装置采用技术为美国DUCON石灰石石膏法和DUCON氧化镁 法 烟气SO2脱除率均为 95 装置不设GGH 石灰石石膏法不设石灰石磨制系统 3 1 主要设计参数 经计算 在烟气流量 1200000Nm 3 h 标湿 实际氧 入口烟气硫含量 3500mg m3 标干 6 氧 装置主要设计参数及消耗如下 石灰石石膏法 氧化镁法 项目 单位 1 5 硫 3 0 硫 1 5 硫 3 0 硫 烟气流量 标湿 实际氧 Nm 3 h 1200000 1200000 入口烟气硫含量 1 5 标干 6 氧 mg Nm 3 3500 3500 湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 4 入口烟气硫含量 3 0 标干 6 氧 mg Nm 3 7000 7000 脱硫效率 95 95 烟气压力损失 pa 2100 3100 吸收塔循环泵流量硫含量 1 5 时 M 3 h台炉 3 5950 4 5500 2 4260 3 4000 预洗涤塔 无 9000 3860 主吸收塔 12000 35000 12000 27300 吸收剂消耗量 注 1 t h 台炉 6 859 13 718 2 743 5 486 水消耗量 t h 台炉 69 8 80 2 71 8 84 4 电消耗 KWh h台炉3100 3500 3300 3600 注 1 石灰石纯度为 90 氧化镁纯度为 85 3 2 运行成本及效益分析 随着国家对脱硫装置运行监管进一步加强 目前脱硫装置的建设投资有上升的趋势 在燃煤硫 含量 1 5 时石灰石石膏法固定投资投资按 170 元 KW 二台 300MW 机组建设投资 10200 万元 氧化 镁法按 190 元 KW 二台 300MW 机组建设投资 11400 万元 在硫含量为 3 0 时 石灰石石膏法建设 投资 10800 万元 氧化镁法建设投资 12000 万元 脱硫装置按 10 年平均折旧 装置残值为 10 年综合折旧率为 9 大修理费率按建设投资的 6 计算 脱硫装置定员按 18 人 人工工资及福利费用按 10 0 万元计 其它制造费按 2 55 万元 人 年计算 氧化镁工艺生成的MgSO3硫酸厂送焙烧厂的亚硫酸镁的总价值和焙烧后生成的氧化镁相等考虑 即对电厂而言 除需要补充 10 的新鲜氧化镁外 回用部分不计价 对硫酸厂而言 原料不计价 焙烧后的产品也不计价 双方各自承担送原料的运输费用 即电厂承担将亚硫酸镁送到焙烧厂的运 输费用 硫酸厂承担将氧化镁送到电厂的运输费用 锅炉年运行时间按 5500 小时 水费按 1 0 元 吨 电费按 0 5 元 KWh 90 纯度的石灰石粉按 150 元 吨 补充 85 新鲜氧化镁按 550 元 吨 则二种不同工艺在不同硫含量时的运行成本如下 装置成本估算表燃煤 1 5 单位 人民币元 石灰石法氧化镁法 项 目 单炉小 时耗量 年耗量 单价 总价 单炉 小时 耗量 年耗量 单价 总价 1 原料及公用工程 3139862020599315 水 69 8 767800 1 076780071 8767800 1 0 789800 电 3100 34100000 0 517050000330036300000 0 5 18150000 吸收剂 6 859 75449 180135808200 27433017 3 550 1659515 2 人工及管理费用 24030002403000 人工工资及附加 18 100000180000018 100000 1800000 其它制造费 18 800014400018 8000 144000 其它管理费 18 2550045900018 25500 459000 湿式氧化镁法脱硫技术及运行经济分析 5 3 折旧及大修费用 1530000017100000 折旧费用 972000010260000 大修费用 64800006840000 运行及维护费用合计 4910162040102315 装置成本估算表燃煤 3 0 单位 人民币元 石灰石法氧化镁法 项 目 单炉小 时耗量 年耗量 单价 总价 单炉 小时 耗量 年耗量 单价 总价 1 原料及公用工程 4729384024047430 水 80 2 882200 1 088220084 4928400 1 0 928400 电 3500 38500000 0 519150000330036300000 0 5 1980000 吸收剂 13 718 150898 180271616400 54866035 550 3319030 2 人工及管理费用 24030002403000 3 折旧及大修费用 1620000018000000 折旧费用 972000010800000 大修费用 64800007200000 运行及维护费用合计 6589684044450430 机组年运行小时按 5500 小时计 按每度电补贴 1 5 分计算的脱硫电价补贴 4950 万元 石灰石 石膏法副产的石膏按每吨 30 元计 二种技术运行毛利及静态投资利润率如下 脱硫装置运行毛利 单位 人民币万元 石灰石石膏法 氧化镁法 项目 燃煤硫含量 1 5 燃煤硫含量 3 0 燃煤硫含量 1 5 燃煤硫含量 3 0 脱硫电价补贴 4950 4950 4950 4950 石膏销售收入 364 728 0 0 脱硫运行维护费 4910 6590 4010 4445 脱硫运行毛利 404 912 940 505 脱硫实际运行成本 0 015 元 KWh 0 020 元 KWh 0 012 元 KWh 0 013 元 KWh 4 结论 4 结论 通过对 2 300MW 机组烟气脱硫工艺的分析比较 得出如下结论 由于氧化镁法需要设置予洗涤塔 投资略大于石灰石石膏法 两种工艺水 电消耗相差不多 氧化镁法工艺比石灰石石膏