TS-35型氨法脱硫工业化试验及其经济性分析

1、全国化工热工设计技术中心站2004年年会论文集PAGE PAGE 117爱TS敖-唉35型氨法脱硫哀工业化试验及其版经济性分析搬黄亚继板1隘金保升哀1伴朱凤松挨2艾 何新华笆2半 夏 红哎2斑 澳东南大学洁净煤翱发电和燃烧技术安教育部重点实验吧室，南京 21案0096 肮2.南京市玄武爱区环保局，南京碍 210096般）胺Industr矮y阿 Experi罢ment an凹d Econo板mic Ana隘lysis o爱n TS-35靶 Ammoni柏a Desup伴hurizat癌ion Fac疤ility 扮Huang Y懊aji斑1奥, Jin b翱aosheng办1鞍, Zhu F捌e

2、ngsong埃2坝, He Xi哎nhua拜2扒, Xia H百ong懊2斑 (爸1 扮Educati叭on Mini哀stry Ke啊y Labor爸atory o颁n Clean笆 Coal P佰ower Ge哎neratio颁n and C绊ombusti伴on Tech按nology,艾 Southe白ast Uni把versity挨, 扮Nanjing伴 210096挨,按 傲China澳2 Nanji案ng Xuan摆wu Envi搬ronment胺al Prot笆ection 艾Bureau,敖 nanjin般g 21009艾6,China吧)绊内容摘要把 八对TS-35型暗氨法

3、脱硫工艺进氨行了系统的工业败化试验研究，该傲脱硫工艺对原有按锅炉参数影响小巴，氨水消耗量小吧，阻力小，能耗翱低，脱硫效率可敖达80，几乎稗无废水排放，二佰次污染程度小，笆适用于中小型锅懊炉的脱硫，但有芭可能会加剧锅炉奥尾部设备的腐蚀隘。对于大型锅炉爸，必须考虑副产矮品硫酸铵的销路笆和价格问题。通凹过经济性分析，埃得出目前实施的搬排污收费制度存按在一定的弊病，俺有必要完善以总皑量控制为目标的耙排放许可权交易皑制度。坝关 键 词靶 巴氨法脱硫；经济俺性分析；工业化皑试验；排污收费笆Abstrac捌t:暗 The te办chnolog摆ical pr邦ocess o柏f desul罢phuriza靶

4、tion wi阿th ammo隘nia was袄 tested霸 indust胺rially 隘on the 懊TS-35 d碍esulphu绊rizatio班n facil艾ity. Th瓣e facil翱ity has岸 little盎 effect柏 on the埃 boiler百 parame艾ters an绊d have 巴other a邦dvances矮 such a癌s littl罢e fed a隘mmonia 按liquid,柏 low sy蔼stem re斑sistanc蔼e, low 绊energy 背losses,岸 high d埃esulphu按rizatio安n 爱e

5、fficie唉ncy靶, no wa凹ste wat傲er to d把ischarg靶e and n搬o secon邦dary 百polluti摆on办.唉 So吧 it fit癌s the d罢esulhpu霸rizatio板n of mi哎ddle an奥d small把 scale 扳industr敖ial boi斑ler. Bu稗t it ma巴y cause跋 more e傲nd corr绊osion. 伴The sel皑l and p啊rice of案 (NH稗4八)扳2搬SO把4懊 must b埃e taken巴 into a摆ccount 扒on a la疤rge sca埃le

6、 indu扒str白ial boi熬ler. Pr八esent p瓣ollutio拌n charg熬e syste挨m can b八e seen 背to have百 some 扮disadva奥ntage绊s and S般O霸2碍 疤allowan捌ce-trad暗ing拜 system澳 must b败e perfe扮cted.岸Key wor绊ds:搬 desulp肮hurizat搬ion wit哎h 版ammonia拜, econo伴mic笆 analys艾is,凹 indust芭r翱y exper般iment, 坝polluti捌on char柏ge syst昂em 1绪论安近年来，随

7、着我霸国经济的飞速发扒展，能源消耗在邦急剧增加，由燃熬煤引起的二氧化澳硫的排放量一直啊居高不下。20绊01年全国二氧般化硫排放重量为稗1947.8万颁吨，其中工业排把放量为1566阿.6万吨皑1版。目前，中国工爸业锅炉约50多笆万台，中小型锅邦炉（135t肮/h）约占80耙%。工业排放的傲二氧化硫约有1背/3是由中小型背锅炉造成的，对拌锅炉烟气脱硫已罢成为众多环保专版家研究的主要议靶题。但我国脱硫摆起步较晚，大规暗模电厂脱硫仅处岸于示范阶段。由板于经济原因，不叭可能在所有的中半小锅炉上匹配国百外先进的脱硫设挨备。并且，对于肮中小型锅炉烟气盎脱硫，国外也缺盎乏可以照搬使用澳的数据作为参考靶。本文

8、主要目的板是针对与35t斑/h锅炉匹配的唉氨法脱硫设备进佰行系统的工业化案试验，分析脱硫佰设备与锅炉之间澳的相互影响，得案出脱硫设备运行绊参数和由其引起办的二次污染程度半，最后进行经济百性分析，为即将阿实施的排放许可扮权交易制度提供唉参考。2 基本参数吧2.1锅炉和脱办硫设备主要技术凹参数罢 南京跃进集哎团公司热电厂共拜有三台型号为U凹G-35/3.奥82-M7低压白自然循环固态排叭渣炉排炉，主要艾是电、蒸汽、供百热联产，发电量案2400万千瓦懊时/年，蒸汽量哀7万吨/年，供霸热量7万兆焦/昂年，年耗煤量3柏万吨/年。锅炉办尾部均装有水膜懊除尘器，除尘效罢率95。与2搬号锅炉匹配的脱芭硫设备采

9、用镇江案远东环保机械设按备厂生产的TS翱35型氨法脱哀硫设备，其核心败部件是雾化喷头翱，设计处理烟气哀量8.4巴白10按4 柏m爸3颁/h。邦安装脱硫设备后昂，形成的除尘脱叭硫工艺流程图见拔图1。锅炉出口盎烟气经文丘里喷昂淋降温后，在水傲膜除尘器中除去绊大部分烟尘，随翱后进入脱硫设备唉。脱硫设备采用八稀释后的氨水做笆吸收剂，脱硫原傲理是喷雾吸收法按。雾化的氨水与拜烟气中SO颁2耙进行气气热交霸换和瞬时化学反岸应。在两级旋流氨板作用下，反应搬后的液滴或已挥碍发干的固体颗粒伴坠落到下部密封碍水槽内。反应后拜的烟气由引风机拔，经烟囱排入大败气。水膜除尘器埃排出的灰水与脱芭硫设备排出的废八液混合进入灰

10、沉澳淀池。灰沉淀池袄中的灰水经长时耙间沉淀后，再由绊水泵送至文丘里般喷嘴和水膜除尘矮器。 斑 疤图 1 班除尘脱硫工艺流白程图斑2.2 燃料特按性袄为研究煤中含硫扒量对脱硫设备性矮能的影响，本试靶验中共采用三种八不同含硫量的煤拔，中硫煤由高、背低硫煤均匀掺和半而成。试验用煤百均为江苏徐州烟爸煤，三种煤的工哎业分析和元素分鞍析见表1熬表1 三种瓣煤的工业分析和埃元素分析蔼工业分析(%)芭元素分析(%)绊低位发热量拔（MJ/kg）敖全水份艾内在水份伴挥发份哎灰份挨固定碳颁碳案氢白硫敖氮巴氧巴M蔼t碍M隘ad斑V爱ad瓣A办ad癌F耙Cad罢Cad摆H熬ad昂S霸ad阿N百ad癌O叭ad碍Q扮d暗高

11、硫煤啊4.29艾2.24拌25.74拌33.49巴38.53袄51.82埃3.57斑1.42案0.9胺6.56挨19.72胺中硫煤翱6.32背2.21百27.55阿28.32安40.92案56.69肮5.78隘0.61扳1.52板4.87拌21.57背低硫煤奥6.21岸1.84摆29.51盎19.82扳48.83班62.34拔7.32捌0.41傲2.55板5.72疤23.042.3分析方法岸采用3011H敖颁比托管平行自动扒烟尘采样仪测量疤脱硫设备进出口拔烟气温度、含湿白量、含氧量、露巴点温度和SO百2罢浓度；烟气中氨般气采用次氯酸钠袄水杨酸分光光百度法（GB/T袄68204.2矮5-2000

12、）隘测定；脱硫后的靶废水中COD、霸NH隘3俺-N和pH值分奥别采用重铬酸钾耙法（GB119扒1489）、滴艾定法（水和废翱水监测分析第板三版）、玻璃电癌极法（GB69巴20-86）测靶定。3 试验部分疤3.1脱硫设备瓣对锅炉运行参数扳的影响柏脱硫设备应该能啊够适应锅炉负荷班的变化，尽可能霸减少对原有锅炉哀运行参数的影响坝。增加脱硫设备案，无疑会使整个靶系统压力重新分凹布。脱硫设备阻矮力太大时，就需案要更换功率大、拌压头大的引风机肮。经测试脱硫设笆备进出口烟气压版力，发现该脱硫埃设备阻力很小（罢约为30mmH岸2鞍O），而其它湿背法脱硫设备的系稗统阻力通常在1摆20mmH捌2凹O左右邦2盎，故

13、该脱硫设备拜运行与否对整个扒系统压力分布影按响很小，整个系懊统压力平衡点还柏在高温过热器段坝附近。不过脱硫颁设备运行后，排白烟温度下降2.柏27.7蔼翱，含湿量增加0半. 81.5拔%。氨为了了解脱硫设搬备对锅炉尾部受氨热面带来的低温肮腐蚀问题，本文胺采用计算管式空办气预热器壁温的鞍近似估算公式疤3埃： ； 凹t办w熬为空预器壁温（隘按）, 凹t胺y案为排烟温度（凹半）, 哎t疤o扮为冷空气温度（叭叭）。袄虽然所测量出的癌露点温度一般比柏计算出的t罢w百高15熬肮，但考虑低负荷背等种种原因可能澳引起壁温的波动佰，计算出的t埃w芭值一般有10疤12昂暗的波动范围蔼3隘，故可以认为增霸加该脱硫装置

14、可哀能会加剧锅炉尾拔部设备的腐蚀。班3.2 锅炉运按行参数对脱硫设斑备的影响办锅炉出口烟气量捌增加，气液比增般加，烟气在脱硫搬塔中滞留的时间癌减少，相应的脱岸硫效率也降低。昂但烟气量的增加疤也使得气液扰动疤加剧，所以随着岸烟气量的增加，捌脱硫效率降低的拔速度减慢，见图坝2。本次试验中拌，在调节锅炉负背荷时，只改变了敖给煤机转速，并扒没有相应改变送肮风机和引风机功吧率，加上脱硫设奥备本身阻力较小半，从而使得锅炉隘出口烟气量变化半不大。从图3可白以看出，随着锅埃炉负荷的降低，罢脱硫设备进口烟鞍气SO翱2般浓度减少，脱硫跋效率总体上呈上霸升的趋势；在相吧同锅炉负荷下，拜随着煤种含硫量澳增加，烟气入口

15、敖SO稗2胺浓度也相应增加敖，脱硫效率呈减八少的趋势。隘图2 烟气量与瓣脱硫效率的关系艾 颁 皑 吧图3 锅炉负荷柏与脱硫效率的关癌系啊3.3 脱硫设坝备自身参数对脱哎硫效率的影响颁3.3.1喷氨安水量对脱硫效率碍的影响埃 熬 埃 隘 搬 芭 斑 瓣 板 俺 胺 搬 芭图 4 喷入氨颁水量与脱硫效率氨的关系 疤 图 伴5 喷入氨水量哎与脱硫设备废液案pH值的关系跋喷入氨水量越大柏，气液比越小，岸 SO巴2按与氨水接触机会俺相应增加，脱硫摆效率也相应提高摆。具体表现在喷百入氨水量由35按0t/h变化为阿450t/h时胺，脱硫效率由6哀3.9%变化为啊80.3%。但啊随着氨水量的增白加，脱硫设备排

16、艾出废水的pH值懊呈上升的趋势，叭说明氨水利用率暗下降。氨水量由板450kg/h颁变化到650k扳g/h时，脱硫百效率只增加了4捌.5%。不过喷吧入氨水量过低时胺，脱硫效果也不叭理想。氨水喷入白量为250kg拌t/h时，脱硫半效率只有25.版3%，脱硫设备背排出废水呈很强吧的碱性（pH值柏为10.1），盎原因是喷入的氨癌水量不足以将雾捌化喷头很好的雾半化，以致形成很跋大的液滴，气液摆接触面积减少，唉液滴停留时间减氨少，从而脱硫效耙率降低，氨水利氨用率反而下降。啊由图5可知，该摆脱硫设备最佳耗般氨水量在450安kg/h左右。爸3.3.2氨水瓣浓度对脱硫效率八的影响叭氨水浓度增加，哀在气液比一定的

17、芭情况下，影响脱鞍硫效率的液态氨凹侧的传质速度加班快，缩短了氨与叭SO笆2安反应时间，脱硫巴效率相应提高，百但脱硫后的废水稗pH值也相应提半高（见图6和图暗7）。颁图 6 氨水密百度与脱硫效率的懊关系 柏 图盎 7 氨水密度傲与脱硫塔废水p昂H值的关系办氨水浓度对脱硫巴效率影响比较明暗显。氨水密度为挨0.994叭蔼10盎3岸kg/m矮3版（对应氨水浓度哀0.570mo白l/L）时，脱挨硫效率为65.把1，当氨水密半度变化到0.9叭64半班10败3巴kg/m搬3安（对应氨水浓度癌4.69mol扮/L）时，脱硫熬效率为83.2颁%，但当氨水浓按度进一步增加时佰，脱硫效率提高艾并不太明显。如暗氨水密

18、度从0.笆964熬懊10笆3败kg/m板3澳变化到0.92胺8伴氨10爱3搬kg/m盎3昂时（也就是氨水岸浓度从4.69蔼mol/L增加澳到14.88m伴ol/L），脱岸硫效率只增加6哎.4%。所以在稗实际运行时要兼绊顾脱硫效率和氨隘水成本两个方面柏。吧3.3.3入口懊SO搬2岸浓度对脱硫效率盎的影响版当氨水浓度和流矮量一定时，脱硫霸设备入口SO胺2佰浓度增加，出口捌SO矮2伴浓度也相应增加半，脱硫效率随入凹口SO癌2澳浓度的增加而降把低（见图8）。啊但也可以看出随癌着进口SO氨2熬浓度的增加，脱败硫塔废水pH值跋呈下降的趋势，罢说明氨水利用率笆增加（见图9）伴。半图 8 入口烟胺气SO捌2暗

19、浓度与脱硫效率疤的关系 耙 图 9 入口昂SO敖2蔼浓度与脱硫塔废傲水pH值的关系跋3.4 氨法奥脱硫带来的二次敖污染肮考虑到氨法脱硫疤会带来二次污染挨，本次研究中还拔测定了烟气中N傲H拜3把含量和排出废水澳中NH扮3肮-N、COD含耙量。所有工况下邦，测得的烟气中澳NH白3把含量都很低（大癌概在1.0pp邦m）。造成烟气拔中NH班3阿含量低的原因有隘：（1）脱硫设叭备喷入氨水量少凹， NH瓣3佰与SO吧2昂反应速率快，氨笆水利用率高；（颁2）烟气进入脱罢硫设备前先经过佰水膜除尘器除尘奥降温，含湿量大俺（一般在6.0疤左右），有可能蔼在脱硫设备之后挨的烟道壁上凝结翱成液体，而气态斑NH八3笆又

20、极易溶解于水颁；（3）硼酸滴搬定法的检测能力霸有限，不能有效昂的测定烟气中N白H翱3罢含量。胡昌华等百人在四川某电厂暗氨吸收法 (N阿ADS氨肥法罢 )中试试验中柏测定脱硫塔出口半烟气氨含量低于澳50ppm半4奥。暗脱硫设备排出废皑水中NH奥3奥-N、COD含岸量很高，可以说搬明两个方面问题办：（1）脱硫废百水不能直接排放般，其NH耙3碍-N和COD远绊超过废水排放标拜准中规定的极限坝值；（2）NH碍3翱-N含量高也为佰脱硫废水的回收爱利用提供可能性背，大型氨法脱硫办系统往往将回收吧铵盐作为抵消脱安硫成本主要的经袄济来源。懊4 氨吸收法脱斑硫的经济性分析半脱硫工艺经济性邦分析的主要因素耙是投资

21、费用、运案行费用和脱硫副班产品销售市场及斑其经济效益。理鞍想的脱硫工艺应班该是投资少，脱扮硫效率能够满足爱排放要求，副产癌品容易处理而且巴所产生的经济效拌益可冲抵脱硫剂傲和运行费用并有拜所节余。奥在本次试验中，埃所使用的脱硫塔般没有回收硫酸铵绊副产品，一个主爱要原因是该设备版耗氨水量很小，芭并且氨水中大部哎分水分在脱硫过扳程中因烟气潜在扳的热焓而挥发，拜真正最后落入水俺封槽的反应后的笆溶液量很小，从摆而回收硫酸铵副绊产品所带来的经肮济效益不是很明版显。加上南京跃蔼进集团公司热电拜厂地处工业园区拜，离农田和化肥澳厂较远，给硫酸挨铵的进一步应用稗带来不便。该脱搬硫设备实际运行佰时，是将脱硫塔凹尾部

22、排出的碱性板残留液体去中和盎除尘器出口酸性案灰水，二者混合案最终流入沉淀池板。爱在相同负荷下，邦随着入炉煤含硫板量的增加，除尘俺器出口SO捌2挨浓度也在增加，隘几乎成等比关系败。试验测得结果皑表明，在燃烧高拔硫煤时，除尘器般出口SO捌2肮浓度受锅炉负荷爸的影响要比燃烧蔼低硫煤时高得多傲。若燃烧中低硫霸煤，SO笆2蔼排放满足现行的跋排放要求，但低埃硫煤的价格往往哀比高硫煤高。若瓣燃烧高硫煤，在伴环保要求日益严班格的今天，无疑蔼要控制SO巴2盎排放，从而增加扳了投资和运行费盎用。绊表2 脱硫塔稗运行经济性分析埃参数暗燃烧高硫煤暗不加脱硫设备俺燃烧高硫煤巴加脱硫设备扮燃烧中硫煤般不加脱硫设备搬燃烧中

23、硫煤翱加脱硫设备昂燃烧低硫煤懊不加脱硫设备背脱硫塔一次性投盎资 万元 岸 背胺29 搬29 跋俺脱硫塔折旧费 艾 万元/年奥 绊 拌捌1.9 案1.9 爸柏氨水（20）叭 元/吨办 柏 拔版580 吧580 懊唉氨水费用 办 万元拜/年 白 佰胺116 背104 挨罢脱硫塔运行电耗笆 万元/年背背0.8翱0.8 吧煤价格 般 元凹/吨拜300 版300 懊310懊310 袄325 稗煤费用 凹 万班元/年半825 扮825 鞍852.5扮852.5肮893.8败锅炉排放SO2爸量 吨/年巴656.25 败175 扮179.2肮39.2俺95.2般SO2排污费 佰 万元/盎年爸13.1 懊3.5

24、 皑3.6百0.8俺1.9 胺全年费用 案 万元/扒年敖838.1 蔼947.2 邦856.1半960.0白895.7捌典型的经济性分笆析结果列于表2扮。这里没有考虑熬回收硫酸铵带来耙的副产品收入以按及由于脱硫所带拌来的环境效应和半社会效应，而仅挨仅从燃煤价格和巴排污费收费上对霸脱硫设备进行经笆济性分析。为简碍单起见，脱硫设唉备一次性投资费俺用按照等年限折颁算，不考虑政府鞍政策行为和脱硫熬设备对锅炉的影霸响。由于南京跃叭进集团公司热电拜厂属于自备电厂哎，主要用于产汽傲，正常运行时间案为8小时/天。柏为了将所讨论的爱问题普遍化，今鞍假设该锅炉年利澳用小时数为50斑00h。SO挨2吧排污费按照目前

25、败实行的0.2元巴/收取。奥高瓣、低蔼硫煤价格耙参照目前市场价佰格。拔从上表可以看出扮，在不计入脱硫袄设备维护费和人昂员费的情况下，八增加脱硫设备后办发电直接成本增八加12左右(颁高硫煤（947啊.2838.半1）/838.癌1=13%；中挨硫煤（960.岸0856.1板）/856.1扮12.1)稗。在没有副产品疤可以回收且目前靶国家还没有将脱矮硫成本计入电价爸的情况下，这笔安投资费用对于商搬业化运作的电厂搬来说确实是一笔爱很大的费用。值盎得一提的是燃烧啊低硫煤且不安装疤脱硫设备的发电霸成本比燃烧高硫稗煤且安装脱硫设斑备的发电成本低办（947.2巴895.7）/癌895.7=5白.7%。捌经济

26、性分析说明碍目前实施的排污耙收费制度存在一袄定的弊病。增加耙脱硫设备后的费肮用比企业治理费霸用以及燃烧低硫绊煤费用高，除环按境效益、社会效胺益外，电力企业叭无任何经济效益吧，从而影响企业扳脱硫的积极性。肮目前用煤企业往蔼往采用宁多交排稗污费的态度，或氨燃烧低硫煤以满耙足环境排放标准颁。然而从长久角蔼度来看，燃烧低凹硫煤只是缓兵之案策。因为从煤炭白资源的埋藏分布矮特征看，一些生隘产优质煤的大型挨矿区，20年后案将向深部地层开碍发，更多的高硫俺煤将被开采瓣5拜。排污收费虽然啊在污染控制治理芭、靶“癌三废瓣”稗综合利用方面、啊环保资金统筹方芭面起了很大作用唉，但也暴露一些奥弊病，如对排放把浓度和排放总量坝没有限制，既不蔼考虑单位时间某扳地区可以承受的阿环境容量，也不蔼考虑区域整体环安境质量水平，仅摆仅按照SO俺2佰相同标准来0.捌2元/kg来