几种烟气脱硫工艺的运行费用分析

1、 文章编号 :1674-8441(201008-0042-04 收稿日期:2010-05-080引言造成大气污染及酸雨不断加剧的主要原因是 SO 2排放,其中,燃煤电站 、 燃煤工业锅炉 、 燃煤炉窑 等烟气排放污染问题最为突出 。 为减少 SO 2的排放, “ 十五 ” 期间国家出台了一系列的法律 、 法规和政 策,促进了烟气脱硫产业化的快速发展,使燃煤电 厂的 SO 2排放得到控制,污染治理取得了初步成效 。“ 十五 ” 、“ 十一五 ” 期间,火电厂烟气脱硫技 术得到了迅速推广,我国已有石灰石 -石膏法 、 烟 气循环流化床法 、 氨法 、 海水脱硫法 、 脱硫除尘一 体化法 、 旋转喷

2、雾干燥法 、 炉内喷钙尾部烟气增湿 活化法 、 活性焦吸附法 、 电子束法 、 双碱法等 10多种工艺的脱硫装置投入商业运行或进行了工业示 范 1-3;其中,脱硫设备国产化率已达到 85%以上; 我国拥有自主知识产权的 300M W 、 600M W 级火电 机组的烟气脱硫技术已通过商业化运行的检验;烟 气脱硫工程总承包能力已可以满足脱硫工程建设的 需要;其中新建大型燃煤机组的烟气脱硫工程造价 已由 “ 九五 ” 末的 500元 /kW左右,降至目前的 150元 /kW左右,静态投资成本大幅降低 。经过一段时间的运行和改进,各种工艺的烟气 脱硫系统都得到了完善,技术成熟度完全能够满足 商业运行

3、要求;烟气脱硫系统的工艺原理不同,其 运行成本也不同 。 本文将对几种典型的烟气脱硫系 统的工艺特点和运行成本进行分析 。3. Shenhua Guohua Sanhe Power Generation Co., Ltd, Beijing 100025, ChinaAbstract:With an overview of SO 2emissions and related policies adopted by the government in China, three types of FGD techniques are discussed that are commonly used

4、in the current market. With a comparative analysis conductedon the operation costs of the three FGD techniques, the researchers provide an outlook of the corresponding techniques.Key words:wet limestone-gypsum FGD; ammonization desulfurization; activated-charcoal absorbing第 8 期1几种典型的烟气脱硫系统目前有 10多种烟气

5、脱硫工艺装置投入商业化运 行或进行了工业示范,其中石灰石 -石膏法占投运 机组的 90%以上份额,氨法 、 活性焦吸附法以其独 有的技术特点分别占有一席之地 。1.1石灰石 -石膏法石灰石 -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,通常 被大型电厂所采用 。 该工艺以石灰石浆液作为吸收 剂,通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤 , 发 生反应,去除烟气中的 SO 2,反应产生的亚硫酸钙通 过强制氧化生成含 2个结晶水的硫酸钙 (石膏 ,脱 硫后的烟气从烟囱排放 。脱硫装置工艺系统主要包括:烟气系统 、 SO 2吸 收系统 、 石灰石破碎及浆液制备系统 、

6、 石膏脱水系 统 、 工艺水及废水处理系统 。 主要设备包括:增压 风机 、 烟气挡板门 、 回转式换热器 (GGH、 吸收塔 、 氧化风机 、 循环浆泵 、 破碎机 、 湿式球磨机 、 真空 皮带脱水机等 。石灰石 -石膏法技术的优点 :(1 脱硫剂 石灰石来源丰富,且价廉 。(2 适用的煤种范围广,脱硫效率高 。(3 设备运转率高,技术可靠 、 稳定,其副产 品石膏可出售 。石灰石 -石膏法技术的缺点 :(1 初期投资费用大,运行费用高 。(2 占地面积大 。(3 系统管理操作复杂,设备磨损腐蚀现象较 为严重 。(4 副产物石膏由于销路问题有可能堆放处理, 废水处理较为困难 。1.2氨法脱

7、硫系统氨法脱硫技术,除用氨水作洗涤剂以外,其运 行方式与石灰石 -石膏法相似 。从引风机来的烟气,进入脱硫塔浓缩结晶段, 经过洗涤 、 降温 、 增湿后进入上部吸收段;在吸收 段,烟气经氨水吸收液循环吸收 SO 2生成亚硫酸铵; 脱硫后的烟气经除雾,使烟气中水雾小于 75mg/m3, 净化 、 除雾后的烟气经热空气及烟气加热器升温至 75 左右送入烟囱排放 。吸收剂氨与吸收液混合后进入吸收塔 。 吸收烟 气中 SO 2形成的亚硫酸铵在吸收塔底部被鼓入的空 气氧化成硫酸铵溶液,用泵将硫酸铵溶液送入结晶 段,形成固含量为 3%5%的硫酸铵浆液,硫酸铵 浆液经过进一步增稠,生成含固量为 40%左右的

8、浆 液,含固浆液经过滤离心机分离得到固体硫酸铵, 固体硫酸铵进入干燥器干燥后,进入料仓和包装机, 即可得到商品硫酸铵 。 母液经过硫酸铵料液泵返回 到结晶槽循环使用 。氨法脱硫系统包括脱硫装置和硫酸铵后续处理 装置 。 其中:脱硫装置的主要设备有吸收塔 、 烟气再热器 、 烟道 、 挡板门 、 循环泵及循环槽 、 结晶泵及结晶槽 、 氧化风机 、 氨水槽及氨水泵 、 工艺水槽及水泵,附 属管道 、 阀门及控制仪表等 。硫酸铵处理装置的主要设备有旋流器 、 稠厚器 、 离心机 、 干燥机 、 包装机 、 尾气洗涤塔 、 硫酸铵料液 槽及硫酸铵料液泵,附属的管道 、 阀门及控制仪表等 。 氨法脱硫

9、技术的优点:(1 氨的碱性强于钙基吸收剂,相对于钙基脱 硫工艺来说,系统简单 、 设备体积小 、 能耗低 。 (2 脱硫副产品硫酸铵是一种常用的化肥,副 产品的销售收入能大幅度弥补运行成本的支出 。 (3 氨水和硫酸铵溶液处在一个封闭的循环回 路中,不产生任何废水 、 废液和废渣,不产生任何 二次污染 。(4 氨法脱硫工艺在脱除 SO 2的同时还能脱除 部分 NO x 。氨法脱硫技术的缺点:(1 氨易挥发 。 氨法与钙法 (石灰石 脱硫的本质 区别是,前者的脱硫剂在常温常压下是气体,易挥 发,而后者的脱硫剂是固体 , 不挥发 。 因此 , 氨法脱 硫的首要问题是如何解决氨的易挥发性问题,防止

10、氨随脱硫尾气溢出而造成的损失 。(2 脱硫系统设备腐蚀大,防腐成本高 。(3 需要控制亚硫酸铵气溶胶 。 由于在脱硫过 程中,热烟气与水溶液接触,在液体表面,饱和水 蒸气向气相转移,超细的固体颗粒会成为水蒸气冷 凝结露的核心或晶种 。 因此,要防止气溶胶的产生, 韩彩玲等:几种烟气脱硫工艺的运行费用分析 能 源 技 术 经 济 第 22卷在气相形成亚硫酸氢氨的固体,即气相沉淀 。 最初形 成的固体呈现为微米级别的超细粉末 , 称为气溶胶 。 1.3活性焦脱硫技术活性焦吸附法脱硫技术已经有近 40年研究应用 的历史,早期的技术研究及应用主要集中在德国 、 日本 、 美国等国家,国外投入商业运行的

11、规模最大 的机组为日本矶子火力发电厂的 2×600M W 机组, 投入运行时间为 2002年 。在 “ 十五 ”“ 863” 科技计划的支持下,以南京 电力自动化设备总厂为主体,在贵州建成了烟气量 为 200km 3/h(相当于 12MW 等级机组 活性焦脱硫 工业示范装置 。 该示范装置于 2004年 11月投入试 验运行, 2005年 4月投入生产运行,脱硫效率大于 95%, 除尘效率为 70%,每小时回收 SO 21.7t ,用于生产 工业硫酸 。 该工业示范装置已通过鉴定 。国内应用此技术的最大机组是神华胜利发电厂 2×660M W 发电项目,目前该项目正在筹建之中

12、 。 活性焦对 SO 2的吸附由物理吸附和化学吸附 2类过程组成,其基本原理为:含有 SO 2、 O 2和水蒸气 的烟气通过增压风机加压进入装有活性焦的吸附塔, 烟气均匀地穿过活性焦吸附层,烟气中的 SO 2被吸 附在活性焦表面,在炭表面的含氧络合物基团强有 力的催化氧化作用下,生成的 H 2SO 4吸附在活性焦 空隙内,同时活性焦吸附层相当于高效颗粒层过滤 器,在惯性碰撞和拦截效应的作用下,烟气中的大 部分粉尘颗粒在床层内部的不同部位被捕集,完成 烟气脱硫 、 除尘净化 。 同时汞 、 砷等重金属 、 HF 、 HCl 和二恶英等大分子氧化物也被脱除,脱除后的 净烟气经净烟道汇集,通过烟囱排

13、放 。吸附 SO 2达到饱和的活性焦从吸附塔底部排出, 通过输送系统运至解析塔进行加热再生;再生的活 性焦经筛分后与补充的新活性焦再送入吸附系统进 行循环吸附使用 。 经筛分破损的活性焦从活性焦循 环系统中分离出来,可以进入锅炉燃烧或再加工成 其他产品 。 再生回收的高浓度 SO 2混合气体送入硫 回收系统作为生产浓硫酸的原料 。活性焦脱硫系统由烟气系统 、 吸附系统 、 解析 再生系统 、 活性焦储存及输送系统 、 硫回收系统等 组成 。活性焦脱硫技术的优点有:(1 烟气脱硫反应在 110150 进行,不需烟 气加热装置 。(2 脱硫过程不用水,适用于水资源缺乏地区, 且不产生废水 、 废渣

14、等二次污染物 。(3 用活性焦作吸附剂,可再生循环利用,成 本较低 。(4 能同时脱除 汞 、 砷等重金 属,以及 HF 、 HCl 和二恶英等大分子氧化物 。(5 如果加入喷氨装置可以脱除 NO x ,能够降低 脱硝造价和运行成本,是一种高效的烟气净化方式 。 (6 脱硫产物为硫酸 、 硫磺等副产品,可实现 资源化利用 。活性焦脱硫技术的缺点:(1 缺乏自主知识产权的烟气脱硫工艺技术和 一些关键设备的制造技术 。(2 烟气脱硫国产化依托工程的落实存在难度, 自主研发的技术难以实现规模化生产 。(3 初始投资较大 。2运行费用分析火电厂烟气脱硫系统的建设投资较过去已经有 了大幅度的降低,国产化

15、率也超过 85%,烟气脱硫 系统增加了发电企业的运行成本,发电企业对此非 常重视 。 本文以 600M W 机组为例对采用石灰石 -石膏法脱硫技术 、 活性焦脱硫技术进行运行成本分 析,以 300M W 机组为例对采用氨法脱硫技术进行 运行成本分析 (目前运行的容量最大的机组 。 其 中, 600MW 机组锅炉按蒸发量为 1931t/h,燃煤量 250t/h,煤炭硫分为 1%进行系统分析,湿法脱硫方 案参照某项目工程的设计;活性焦方案参照日本电源 开发 (株 矶子火力发电厂 (2×600M W 方案设计 。 600M W 机组脱硫的相关数据如下:燃煤硫分按 1%考虑:250t/h&#

16、215;1%=2.5t/h; SO 2产生量:2.5t/h×80%×64/32=4t/h(燃煤中 的硫与氧的反应:S+O2=SO2,式中:32为 S 的分子 量, 64为 SO 2的分子量, 80%为煤燃烧时硫的转化 率 。 经实测统计为 80%85%,取 80%。CaCO 3的需要量:8t/h(参考 火电工程限额设 计参考造价指标 2008年水平 。 第 8期 (责 编 /李秀平 石 膏 产 生 量 :4t/h×95%×172/64=10.21t/h(SO 2->CaSO4·2H 2O ,式中:64为 SO 2的分子量, 172为 Ca

17、SO 4·2H 2O 的分子量, 95%为脱硫效率 。H 2SO 4的 产 生 量 :4t/h×95%×98/64=5.82t/h(SO2->H2SO 4,式中 :64为 SO 2的分子量 , 98为 H 2SO 4的分子量 , 95%为脱硫效率 。机组运行小时数按照 火电工程限额设计参考 造价指标 的 5000h 计算,材料费用参考目前的市 场价,其中:水价 3.5元 /t,电价 0.5元 /(kW·h ,石 灰石 100元 /t,石膏 50元 /t,活性焦 5000元 /t,硫 酸 350元 /t,液氨 2250元 /t,硫酸铵 650元 /t

18、,蒸 汽 60元 /t。石灰石 -石膏法运行费用 (600MW 机组 参见 表 1。活性焦法运行费用 (600MW 机组 参见表 2。氨法脱硫运行机组最大容量为国外的 300MW , 本文参考文献 2中所做预算进行比较,氨法运行费 用 (300M W 机组 参见表 3。以上运行费用没有计算人工费 、 检修费用和脱 硫电价补贴 。由表 13的运行数据分析可以判断,活性焦脱硫工艺的运行成本最低,其次是氨法工艺,运行成 本最高的是石灰石 -石膏法脱硫工艺 。3结语活性焦脱硫技术目前还没有得到大范围推广, 主要原因是其初始投资偏高,在初始投资成本能够 降低的情况下,将会得到更广泛的应用 。氨法脱硫工艺已经在 300M W 机组有了成功案 例,其初步投资和运行费用都具有一定的