石灰石-石膏法与氨法脱硫技术比较

电厂脱硫石灰石-石膏法与氨法脱硫技术比较,2013年11月15日,烟气脱硫技术-是国际上普遍采用的有效控制火电厂SO2排放的技术,目前世界各国开发的脱硫技术已达上百种。根据脱硫剂是否以桨液状态进行脱硫及脱硫产物的干湿状态可以分为湿法、半干法和干法三类，其中湿法脱硫工艺应用最广，占世界脱硫总装机容量的85%左右。我国90%以上的烟气脱硫工程采用的是石灰石-石膏湿法脱硫工艺，但经过多年的运行也暴露出一些问题。氨法脱硫技术尽管市场占有份额不多，但由于其真正可实现循环经济的绿色脱硫工艺，正越来越受到重视。本文结合工程应用实际情况，从技术、经济、环保等方面对这两种技术进行比较。,1、石灰石-石膏湿法脱硫技术的特点,石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前世界技术上较成熟、实用业绩多、运行状况较稳定的脱硫工艺，已有几十年的运行经验。脱硫工艺系统主要包括：烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统等。在脱硫过程中，脱硫效率可高达95%以上，吸收剂利用率高（90%以上）钙硫比较低，对锅炉负荷变化有良好的适应性，在不同的烟气负荷及SO2浓度下，脱硫系统仍可保持较高的脱硫效率及较好的系统稳定性。国内脱硫公司有三十多家，主要引进了BQW（巴威）、斯坦米勒、KAWASAKI（川崎）等国外几家大公司的先进湿法脱硫工艺，并在此基础上吸收创新，研究开发了具有自主知识产权的脱硫工艺，能根据电厂的实际情况设计出最佳的工艺参数。,2、氨法脱硫技术的特点,湿法氨水脱硫工艺最早是由德国克卢伯公司于20世纪70年代开发的Walther工艺，80年代初得到一定的应用，其中1套脱硫装置的处理烟气量为750000m3/h。经世界各国过多年研究，原有氨法脱硫气溶胶问题得到改进，进入工业推广使用阶段。1956年，我国建立了第一套氨法回收硫酸厂尾气中SO2的工业规模装置。我国上海硫酸厂、上海吴泾化工厂等近百套硫铁矿制酸装置都采用氨法脱除尾气中的SO2，目前仍在使用。氨法脱硫工艺的主要特点是可将回收的SO2和氨全部转化为硫酸铵化肥，实现了废物资源化，脱硫效率高达95%-99%，对环境的适应性广，运行费用可通过其副产物的销售来降低，且经济效益随烟气中的SO2含量的增加而更佳，尤其适合燃用中高硫煤的电厂。脱硫过程中形成的亚硫铵对NOx具有还原作用，可同时脱除20%左右的NOx。目前，国内以氨法为主的脱硫公司有十家左右，各家公司基本上围绕如何更好地控制硫铵气溶胶的生成和逃逸，亚硫酸氨氧化和硫氨结晶等难点，对氨法脱硫系统进行相应改良优化，形成具有各自特点的氨法脱硫技术。,3、两种脱硫技术比较,3.1设计参数以300MW机组配套烟气脱硫工程为例，脱硫系统入口烟气温度为136度，年运行时间为7200时，主要烟气参数（标态，干基，6%O2）见表1。,表1300MW机组脱硫系统烟气参数-项目数值项目数值-烟气量/m3.h1062000H2O（湿）/%6.6入口SO2浓度.m2830N2（干）/%80.3入口SO3浓度.m39.3O2（干）/%6.7入口粉尘浓度.m0.38CO2（干）/%12.9-,3.2技术比较,石灰石-石膏法脱硫是把石灰石磨成粉后与水混合，制成石灰石桨液，不断补充到吸收塔内。经升压风机增压的原烟气经CCH冷却，烟温从136度降至100度，随即进入吸收塔。在吸收塔内，烟气向上流动被向下流动的循环桨液以逆流方式洗涤，循环桨液则通过循环泵向上输送到喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，气体和液体得以充分接触，以便脱除SO2、SO3、HCI和HF，同时生成的CaSO3在吸收塔底部与鼓入的氧化空气发生化学反应，最终生成石膏。吸收塔底部的石膏浆液先在水力漩流器中稠化至含固量约40%，然后经带式真空过滤机过滤，脱除其中的大部分雾滴，得到含水量小于10%的石膏。脱硫后的净烟气经两级除雾器去除水分，再返回至CCH进行加热，温度从45度升至80度以上，通过烟道进入烟囱排向大气。,氨法脱硫,氨法脱硫采用单塔工艺：引风机来的原烟气进入脱硫塔中，与循环吸收溶液逆流接触反应生成亚硫酸铵；脱硫后净烟气经二级除雾器去除夹带的绝大部分雾滴，由烟囱排出；亚硫酸铵在塔底被氧化成硫铵；35%的硫铵溶液由料液取出泵从脱硫塔打入母液箱，再进入设置有抽真空系统的蒸发结晶器，料液在70度左右达到沸点，比正常蒸发下降了40度、大大降低了蒸汽用量；蒸发结晶器出口含固量为30%的硫酸铵料浆，经离心机进一步分离后进入干燥机造粒，得到含水率低于3%的硫酸铵产品。,两种脱硫技术主要工艺参数比较,从上述分析可以看出，两种脱硫技术由于吸收剂纯度较高均具有腐蚀性，且反应产物固体含量大，存在腐蚀和堵塞现象，这也是湿法脱硫的“诟病”，因此对设备材质要求较高。两种脱硫技术主要工艺参数比较见表2。,两种方法比较,从表2可以看出，石灰石-石膏法占地面积相对较大（几乎是氨法的两倍）；脱硫塔阻力大，需要增压风机；浆液循环量大，耗电量较高；不能很好地脱除SO3和NOx等污染物。氨法脱硫技术存在问题是排出烟气中的氨生成亚硫酸铵、硫酸铵和氯化铵等难以除去的气溶胶，造成氨损失和烟雾排放；硫铵结晶过程能耗大，对加热器材质要求较高；设备国产化程度和系统利用率均不及石灰石-石膏法。,3.3经济比较,两种脱硫技术主要经济指标比较见表3。从表3所示的具体经济技术指标来看，石灰石-石膏法所用脱硫剂石灰石价格低廉，而氨法脱硫技术吸收剂氨的费用较高，占运行成本的比重较大。值得注意的是，随着工艺和设备国产化程度的不断提高，石灰石-石膏法平均单位造价已由20世纪80年代引进国外技术时的1200元/kW降到了现在的100元/kW，甚至更低，这使其运行费用主要集中在电耗上，因此进一步减低电耗是石灰石-石膏法工艺技改的关键。氨法脱硫技术的副产品销售收入可以抵消大部分脱硫成本，使其发电成本低于石灰石-石膏法，可以预测当烟气中SO2含量更高时，氨法脱硫项目完全有可能实现盈利。,两种脱硫技术主要经济指标比较,表3两种脱硫技术主要经济指标比较-项目石灰石-石膏法氨法-工程造价/元.kw100130折旧费（20年）/万元.a150190吸收剂费用/万元.a1661922电费用/万元.a1080842水费用/万元a89114气费用/万元.a216540维护费用/万元.a160250副产品收益/万元.a02822效益（不含折旧）/万元.a-1711-846-,3.4环保特性比较,石灰石-石膏法在脱硫的同时产生大量的CO2，在大气层中的超量沉积，将加剧温室效应，导致全球气候变暖。其脱硫的最终产物主要是石膏，石膏中CaSO4.2H2O含量一般在90%左右，呈灰（黑）色粉未状，其主要杂质为CaCO3、MgCO3、惰性物质和粉煤灰等。目前，脱硫石膏主要应用于水泥缓冲剂，但水泥生产中仅能掺入约5%，且脱硫石膏中尚含有10%的附着水分。由于水泥厂的生产设备如料仓、输送设备及计量设备等都是为块状天然石膏设计的，换成脱硫石膏时，易出现膨料、下料不畅等问题而造成设备堵塞，故石膏的综合利用存在着多方面的制约。据统计，目前我国脱硫石膏的利用率不超过10%。我国天然石膏资源丰富，市场价格不高，因此脱硫石膏不具备与天然石膏竞争优势，基本上抛弃处置，如此不但占用了大量土地，也对环境存在极大的威胁。脱硫工艺过程中还产生了一定量呈弱酸性的废水，pH值为5.0-6.0，废水中主要污染物是石灰石、亚硫酸钙。石膏及煤中的卤素和重金属如F、CI、Cd等。由于脱硫废水的水质比较特殊，处理难度较大，处理费用高。氨法的副产物主要是化肥，且在工艺过程中无废水和废渣排放，实现资源良性循环利用，将我国烟气脱硫工业与化肥工业密切相结合，使得脱硫剂NH3来自于化肥工业，又回到化肥工业。,4、结语,国家相关职能部门指导性意见为：在新、扩、改300MW机组FCD上或要求有较高脱硫率时，采用湿式石灰石-石膏技术，且在石灰石-石膏湿法工业应用过程中，技术人员通过简化设备，优化吸收塔结构，用计算机优化系统各操作参数等手段，不断完善优化工艺，使其保持竞争优势。因此在短期内石灰石-石膏湿法脱硫技术仍将占据脱硫行业的主导地位。我国是“缺硫不缺膏”，我国合成氨产量位居第一，分布面广，氨源丰沛。同时，又是世界氮肥第一大国，土壤严重缺硫，硫铵具有较大的市场潜力。氨法脱硫技术更适合我国国情、符合循环经济发展，而且其具有脱硫脱硝一体化的特点，因此其应用前景将越来越广阔。,石灰石-石膏法脱硫与氨法脱硫的对比研究,大型火力发电厂锅炉尾气中含有大量硫,若不经处理直接排放,会对环境造成严重的污染。石灰石-石膏法作为一种火力电厂锅炉烟气脱硫方法,由于工艺成熟、适应于大型锅炉所产生的烟气脱硫等优势,得到了广泛应用。但是,随着国家优质煤种计划供应数量的下降,煤价逐年攀升,锅炉燃用高硫煤的情况也越来越多,石灰石-石膏法脱硫方法也逐渐显示出不适应的情形。在这种情况下,氨法脱硫等其他脱硫方法日益引起人们的重视。因此,在未来的脱硫设计中,工程人员需要了解不同脱硫方法的主要特点,选择经济合理的脱硫方法。一、石灰石-石膏法脱硫特点分析石灰石-石膏法脱硫是指以石灰石为原料,粉碎、制浆后用作吸收剂。这种脱硫方法适合大型装置的烟气脱硫,如大型火力发电机组脱硫。该方法工艺成熟可靠,控制简便,脱硫效率高,稳定性高。但是仍存在一些不足,具体如下。1.副产品脱硫石膏经济市场急度缩小,目前已大多作为固体废弃物堆存处理,成为二次污染源;同时,堆存场地的寻找和成本也成为经济负担,氨法脱硫监测系统的设计及脱硝问题的研究,大型电站锅炉中,石灰石石膏法脱硫技术应用广泛,也存在着一些问题。氨法脱硫效率高,兼具一定的脱硝功能。石化企业中,大量的中小锅炉面临着烟气治理问题,又有氨水做脱硫剂,副产品价值高。氨法脱硫工艺,具有良好的应用前景。本文借鉴了关于NOX吸收的试验及理论研究的相关成果,分析了氨法脱硫工艺系统中,水、碱、以及一些具有还原性的盐溶液对烟气中NOX的吸收情况。为监测氨法脱硫工艺系统对氮氧化物的吸收情况,本文设计了一套烟气连续排放监测系统(CEMS)和脱硫运行控制系统,并应用于一台小容量锅炉的氨法脱硫工程中。通过对大量数据的筛选分析,研究氮氧化物的吸收情况,并用便携式分析仪对监测数据进行了标校。分析表明氨法脱硫系统有明显的脱硝效率;氨法脱硫系统循环液PH值在5.56.5范围内,脱硝效果比较好;液气比增大,脱硝效率也随之增大。本课题的研究,为中石油氨法脱硫工艺系统的开发,作出了贡献,具有一定的实际应用价值。,湿式石灰石-石膏法脱硫技术及分析,长期以来,我国的能源以煤炭为主,因而电力工业也是以消耗煤炭的火力发电为主.伴随着经济的快速发展和能源需求的不断增长,煤炭的利用在给我们带来巨大物质财富和生活水平提高的同时,也带来了越来越大的负面影响.目前我国SO2的排放量已成为世界第一,酸雨区面积占国土总面积的30%,青藏高原以东、长江干流以南已成为世界第3大酸雨区.酸雨污染每年给我国造成的损失超过1100亿元人民币,占国内生产总值的2%3%.按照目前控制污染的方式和力度,预计到2020年,我国SO2排放量将达到2.8107t左右,超过大气环境容量约1.6107t,将对生态环境和人体健康造成严重影响.我国酸雨呈典型的硫酸型酸雨,有90%以上的SO2来自于能源利用,SO2排放的增加量与煤炭消耗量的相关系数高达0.981.因此,采用合理的烟气脱硫技术,控制燃煤产生的SO2,是减少SO2排放量的关键,也是抑制我国酸雨污染的关键.燃煤炉烟气脱硫方法主要有:湿式石灰石石膏法,烧结机烟气脱硫技术现状,针对烧结烟气的特点和特性，烧结过程SO2排放的控制方法主要为降低原料含硫量、减少原料的耗量及对烧结烟气进行治理。烟气脱硫技术是国内外钢铁企业常用控制S02排放的方法。烟气脱硫技术主要分为半干法和湿法烟气脱硫。半干法烟气脱硫技术主要包括喷雾旋转干燥吸收工艺(SDA)、循环流化床烟气脱硫工艺(CFB)等;湿法烟气脱硫技术主要包括：石灰石-石膏湿法工艺、氨法烟气脱硫工艺、氧化镁湿法工艺等。目前国内烧结烟气脱硫技术中湿法应用最为广泛的为石灰石/石膏法;半干法应用最为广泛的为循环流化床法(CFB)。,石灰石-石膏湿法脱硫工艺,石灰石-石膏法是用石灰石浆液吸收烟气中的SO2，反应生成亚硫酸钙，在吸收塔浆池中进一步氧化为二水硫酸钙(石膏)，氧化后的石膏浆液经浓缩、脱水后生成含水量小于10%的石膏，作为商品出售。石灰石-石膏法烟气脱硫技术是一种发展最成熟，在全球范围内广泛应用的烟气脱硫技术，脱硫效率可达95%以上。经过几十年的研究和优化，原有的结垢、堵塞和磨损等技术问题已成功解决。石灰石-石膏法通常被大型电站所采用，目前在烧结烟气、工业锅炉/炉窑的烟气脱硫中也被广泛使也。,循环流化床法(CFB)半干法脱硫工艺,循环流化床烟气脱硫工艺以循环流化床为原理，通过物料在反应塔内的内循环和高倍率的外循环，形成含固量很高的烟气流化床，从而强化了脱硫吸收剂颗粒之间、烟气中SO2、SO3、HCl、HF等气体与脱硫吸收剂间的传热传质性能，同时将运行温度降到露点以上1520，提高SO2与脱硫吸收剂间的反应效率、吸收剂的利用率。脱硫剂一般选用石灰或消石灰,在钙硫比为1.31.5的情况下，脱硫效率可达8090%，脱硫副产物为以亚硫酸钙为主的脱硫灰渣。,石灰石-石膏法与循环半干法脱硫技术比较,3.1有效性从烟气脱硫技术有效性分析，主要考虑脱硫效率、场地适应性。3.1.1脱硫效率石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫率可达95%以上，脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少.，有利于地区和烧结厂实行总量控制。循环流化床法半干法脱硫工艺脱硫效率一般在8090%，要达到90%以上的脱硫效率需对应很高的钙硫比(Ca/S至少在1.5以上，远高于湿法的1.03)。,适应性、稳定性,场地的适应性对于改造工程，场地的适应性是一个重要的考虑因素。石灰石-石膏湿法脱硫技术系统复杂，占地面积相对于以消石灰为脱硫剂的循环流化床半干法脱硫要大。如采用石灰为脱硫剂的半干法脱硫，需增加脱硫剂制备所需的石灰消化厂房，占地面积与湿法脱硫相当。稳定性确保烟气脱硫系统的安全、稳定运行，并且不影响原烧结机的运行是脱硫技术选择必须要考虑的原则。石灰石-石膏法烟气脱硫技术是目前技术最成熟，运行最可靠的烟气脱硫技术，脱硫装置投运率可达98%以上，并对烧结工况波动引起的烟气流量、温度、SO2浓度变化具有很好的适应性。循环流化床半干法脱硫技术需在流化床内喷水，为脱硫反应创造最佳的反应条件，但从烧结机的运行情况来看，烧结烟气量，温度和SO2浓度一直在较大范围波动，使得流化床内喷水量很难精确调节，水量过少，则反应效率降低;水量过多，会导致流化床内物料粘结和出口烟气带水，并造成后续除尘器的腐蚀、堵塞，影响系统的正常运行。同时，烟气量的波动也会影响到脱硫塔内的流化状态发生改变，影响脱硫效率和系统稳定运行。,经济性,对于经济性，主要考虑投资费用、运行费用及副产物的处理利用。3.3.1投资费用目前，石灰石-石膏法已普遍取消了烟气再热系统(GGH)，为了防止脱硫后湿烟气对烟囱腐蚀带来的不利影响，采用脱硫塔+直排烟囱或对原烟囱进行防腐处理的措施。同时主要设备都已实现国产化，这样大大降低了湿法脱硫的投资费用。石灰石-石膏法总体投资费用已与循环流化床半干法脱硫相差不大。,运行费用,(1)脱硫剂石灰石-石膏法脱硫剂为石灰石，原料易得，且价格便宜。循环流化床半干法的脱硫剂为石