S型氨法脱硫工业化试验及其经济性

TS-35型氨法脱硫工业化试验及其经济性分析黄亚继1金保升1朱凤松2何新华2夏红2东南大学洁净煤发电和燃烧技术教育部重点实验室，南京2100962.南京市玄武区环保局，南京210096）IndustryExperimentandEconomicAnalysisonTS-35AmmoniaDesuphurizationFacilityHuangYaji1,Jinbaosheng1,ZhuFengsong2,HeXinhua2,XiaHong2(1EducationMinistryKeyLaboratoryonCleanCoalPowerGenerationandCombustionTechnology,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China2NanjingXuanwuEnvironmentalProtectionBureau,nanjing210096,China)[内容摘要]对TS-35型氨法脱硫工艺进行了系统的工业化试验研究，该脱硫工艺对原有锅炉参数影响小，氨水消耗量小，阻力小，能耗低，脱硫效率可达80％，几乎无废水排放，二次污染程度小，适用于中小型锅炉的脱硫，但有可能会加剧锅炉尾部设备的腐蚀。对于大型锅炉，必须考虑副产品硫酸铵的销路和价格问题。通过经济性分析，得出目前实施的排污收费制度存在一定的弊病，有必要完善以总量控制为目标的排放许可权交易制度。[关键词]氨法脱硫；经济性分析；工业化试验；排污收费Abstract:ThetechnologicalprocessofdesulphurizationwithammoniawastestedindustriallyontheTS-35desulphurizationfacility.Thefacilityhaslittleeffectontheboilerparametersandhaveotheradvancessuchaslittlefedammonialiquid,lowsystemresistance,lowenergylosses,highdesulphurizationefficiency,nowastewatertodischargeandnosecondarypollution.Soitfitsthedesulhpurizationofmiddleandsmallscaleindustrialboiler.Butitmaycausemoreendcorrosion.Thesellandpriceof(NH4)2SO4mustbetakenintoaccountonalargescaleindustrialboiler.PresentpollutionchargesystemcanbeseentohavesomedisadvantagesandSO2allowance-tradingsystemmustbeperfected.Keywords:desulphurizationwithammonia,economicanalysis,industryexperiment,pollutionchargesystem1绪论验近年来，随绝着我国经济丙的飞速发展捡，能源消耗见在急剧增加钱，由燃煤引辨起的二氧化祝硫的排放量送一直居高不农下。200绳1年全国二捆氧化硫排放矛重量为19岂47.8万水吨，其中工稳业排放量为分1566.磁6万吨闭[1]并。目前，中轰国工业锅炉哑约50多万冒台，中小型寨锅炉（1～袋35t/h疾）约占80倦%。工业排绍放的二氧化稠硫约有1/腥3是由中小象型锅炉造成垮的，对锅炉生烟气脱硫已茶成为众多环般保专家研究得的主要议题亩。但我国脱哈硫起步较晚推，大规模电竿厂脱硫仅处剪于示范阶段漫。由于经济顿原因，不可庭能在所有的怜中小锅炉上表匹配国外先牵进的脱硫设舞备。并且，粪对于中小型颗锅炉烟气脱智硫，国外也傍缺乏可以照拆搬使用的数侵据作为参考悦。本文主要际目的是针对闷与35t/到h锅炉匹配心的氨法脱硫您设备进行系主统的工业化您试验，分析咳脱硫设备与扛锅炉之间的崖相互影响，争得出脱硫设微备运行参数框和由其引起轧的二次污染碑程度，最后粥进行经济性摇分析，为即竟将实施的排很放许可权交接易制度提供万参考。学2基本参麦数午2.1锅炉酸和脱硫设备仙主要技术参辞数良南京跃录进集团公司踏热电厂共有沫三台型号为因UG-35泛/3.82器-M7低压怀自然循环固嫂态排渣炉排凉炉，主要是像电、蒸汽、机供热联产，善发电量24层00万千瓦喜时/年，蒸迈汽量7万吨遇/年，供热摘量7万兆焦零/年，年耗尖煤量3万吨晕/年。锅炉尸尾部均装有标水膜除尘器构，除尘效率败95％。与洋2号锅炉匹继配的脱硫设将备采用镇江枝远东环保机映械设备厂生培产的TS－贤35型氨法春脱硫设备，款其核心部件纽是雾化喷头怠，设计处理夏烟气量8.扣4爪×映10晒4童m阿3庙/h。己安装脱硫设域备后，形成迹的除尘脱硫幻工艺流程图绒见图1。锅辆炉出口烟气汤经文丘里喷捡淋降温后，条在水膜除尘令器中除去大龄部分烟尘，坐随后进入脱逐硫设备。脱冈硫设备采用屿稀释后的氨才水做吸收剂其，脱硫原理得是喷雾吸收少法。雾化的斧氨水与烟气稿中SO股2忽进行气－气宫热交换和瞬父时化学反应爱。在两级旋反流板作用下残，反应后的忍液滴或已挥熔发干的固体门颗粒坠落到雁下部密封水草槽内。反应拦后的烟气由厌引风机，经钳烟囱排入大柄气。水膜除花尘器排出的沉灰水与脱硫察设备排出的雪废液混合进姨入灰沉淀池怒。灰沉淀池约中的灰水经滥长时间沉淀暖后，再由水红泵送至文丘遣里喷嘴和水偶膜除尘器。划犹应图1桨除尘脱叙硫工艺流程且图湿2.2燃板料特性羊为研究煤中痒含硫量对脱册硫设备性能柏的影响，本荡试验中共采漠用三种不同匪含硫量的煤嫁，中硫煤由担高、低硫煤顾均匀掺和而会成。试验用筒煤均为江苏典徐州烟煤，阔三种煤的工壶业分析和元湿素分析见表财1毫表1案三种煤的工愿业分析和元酿素分析率工业分析(奸%)办元素分析(帖%)谋低位发热量切（MJ/k煌g）饥全水份甚内在水份袖挥发份其灰份舞固定碳叶碳奴氢全硫掌氮鸡氧鸟M输t辈M菠ad靠V器ad侧A辜ad还F始Cad捎Cad定H纯ad呜S凝ad请N华ad宏O泄ad姨Q纱d鲜高硫煤滑4.29筝2.24衫25.74苗33.49斩38.53桐51.82宵3.57恳1.42恐0.9树6.56顽19.72赌中硫煤冒6.32谎2.21冶27.55示28.32报40.92落56.69桂5.78接0.61拉1.52害4.87砖21.57赏低硫煤切6.21据1.84归29.51绸19.82诚48.83跃62.34路7.32峡0.41谋2.55赛5.72役23.04奔2.3分析库方法喇采用301半1H林＋粥比托管平行脉自动烟尘采缸样仪测量脱赠硫设备进出主口烟气温度陪、含湿量、咏含氧量、露符点温度和S顶O妻2磁浓度；烟气志中氨气采用未次氯酸钠－向水杨酸分光覆光度法（G最B/T68输204.2激5-200讨0）测定；辛脱硫后的废贸水中COD挎、NH己3欢-N和pH慈值分别采用创重铬酸钾法翻（GB11赵91489闹）、滴定法遣（《水和废锤水监测分析使》第三版）崇、玻璃电极专法（GB6避920-8扔6）测定。赴3试验部银分忘3.1脱硫辟设备对锅炉扬运行参数的食影响爪脱硫设备应番该能够适应催锅炉负荷的亦变化，尽可卖能减少对原笑有锅炉运行货参数的影响区。增加脱硫终设备，无疑寨会使整个系珠统压力重新叔分布。脱硫矛设备阻力太盘大时，就需纲要更换功率耻大、压头大胳的引风机。云经测试脱硫容设备进出口椒烟气压力，作发现该脱硫碎设备阻力很没小（约为3姐0mmH含2纵O），而其亦它湿法脱硫庆设备的系统较阻力通常在盆120mm犁H蜡2节O左右押[2]叮，故该脱硫掠设备运行与怒否对整个系染统压力分布荣影响很小，钥整个系统压靠力平衡点还焦在高温过热北器段附近。昼不过脱硫设泻备运行后，惨排烟温度下勇降2.2～疼7.7河℃渐，含湿量增袋加0.8粮～1.5%络。低为了了解脱壁硫设备对锅响炉尾部受热吨面带来的低咸温腐蚀问题芳，本文采用帆计算管式空抚气预热器壁决温的近似估离算公式拒[3]样：；懂t统w帽为空预器壁蚕温（平℃期）,明t售y观为排烟温度咐（佩℃膨）,障t参o蛮为冷空气温壮度（怠℃抚）。掏虽然所测量拼出的露点温墙度一般比计犹算出的t聚w雄高15如℃尝，但考虑低抖负荷等种种验原因可能引桐起壁温的波零动，计算出鉴的t低w申值一般有1始0～12话℃谣的波动范围天[3]盐，故可以认娱为增加该脱禽硫装置可能轻会加剧锅炉宫尾部设备的们腐蚀。河3.2锅忘炉运行参数香对脱硫设备贪的影响凤锅炉出口烟索气量增加，肉气液比增加鸣，烟气在脱惠硫塔中滞留坡的时间减少蹈，相应的脱轿硫效率也降速低。但烟气渴量的增加也矮使得气液扰尘动加剧，所贵以随着烟气逐量的增加，败脱硫效率降流低的速度减强慢，见图2闲。本次试验型中，在调节断锅炉负荷时旧，只改变了完给煤机转速死，并没有相丰应改变送风逢机和引风机街功率，加上忆脱硫设备本揉身阻力较小恩，从而使得甩锅炉出口烟搏气量变化不册大。从图3斯可以看出，填随着锅炉负英荷的降低，犯脱硫设备进启口烟气SO既2钢浓度减少，根脱硫效率总黑体上呈上升贿的趋势；在稠相同锅炉负服荷下，随着喷煤种含硫量政增加，烟气狗入口SO床2满浓度也相应限增加，脱硫株效率呈减少灰的趋势。鹅图2烟气捆量与脱硫效志率的关系扩猾卸闷纳图3锅炉胖负荷与脱硫资效率的关系总3.3脱殊硫设备自身呜参数对脱硫期效率的影响眯级喷氨水量对屿脱硫效率的玉影响还眉雾免止猜确川胜叉走逢佩粗廊离茄图4喷福入氨水量与秆脱硫效率的步关系曾畅图5霸喷入氨水量朽与脱硫设备材废液pH值挂的关系挨喷入氨水量暑越大，气液翠比越小，咐SO睁2纳与氨水接触货机会相应增乒加，脱硫效白率也相应提赞高。具体表唐现在喷入氨矮水量由35羽0t/h变晶化为450购t/h时，照脱硫效率由谨63.9%弓变化为80依.3%。但盗随着氨水量少的增加，脱昆硫设备排出危废水的pH僚值呈上升的戚趋势，说明昌氨水利用率笑下降。氨水荡量由450陡kg/h变碍化到650骡kg/h时饶，脱硫效率玻只增加了4写.5%。不即过喷入氨水是量过低时，委脱硫效果也科不理想。氨鹅水喷入量为转250kg纪t/h时，王脱硫效率只焰有25.3仙%，脱硫设味备排出废水雪呈很强的碱嫌性（pH值恒为10.1恨），原因是竿喷入的氨水板量不足以将傅雾化喷头很澡好的雾化，皂以致形成很令大的液滴，跟气液接触面彻积减少，液驴滴停留时间鼓减少，从而怨脱硫效率降烫低，氨水利晋用率反而下亦降。由图5蜘可知，该脱巧硫设备最佳颤耗氨水量在档450kg必/h左右。暖背氨水浓度对阔脱硫效率的辫影响殿氨水浓度增律加，在气液讨比一定的情便况下，影响唇脱硫效率的最液态氨侧的颠传质速度加省快，缩短了穗氨与SO畏2酿反应时间，始脱硫效率相工应提高，但费脱硫后的废蜘水pH值也叨相应提高（撕见图6和图是7）。藏图6氨述水密度与脱海硫效率的关努系业变图7握氨水密度潜与脱硫塔废盟水pH值的姨关系谜氨水浓度对秀脱硫效率影肚响比较明显径。氨水密度庸为0.99辰4环×桨10德3眼kg/m菜3恰（对应氨水振浓度0.5渠70mol慰/L）时，危脱硫效率为扭65.1％乓，当氨水密撇度变化到0宰.964陪×帐10狸3童kg/m素3乓（对应氨水酒浓度4.6刊9mol/统L）时，脱蜜硫效率为8戚3.2%，恨但当氨水浓挑度进一步增读加时，脱硫煌效率提高并借不太明显。川如氨水密度眉从0.96戚4辟×较10卵3由kg/m布3职变化到0.挤928插×墙10构3辟kg/m伞3债时（也就是尺氨水浓度从技4.69m锡ol/L增消加到14.暖88mol疗/L），脱裹硫效率只增终加6.4%尖。所以在实静际运行时要缝兼顾脱硫效凶率和氨水成葡本两个方面往。劳酸入口SO庭2趋浓度对脱硫攻效率的影响侨当氨水浓度柔和流量一定污时，脱硫设刷备入口SO怪2惧浓度增加，鲜出口SO膨2警浓度也相应缓增加，脱硫嫌效率随入口印SO丢2烘浓度的增加慌而降低（见披图8）。但室也可以看出爆随着进口S腐O晃2道浓度的增加挺，脱硫塔废蒸水pH值呈锣下降的趋势积，说明氨水体利用率增加岛（见图9）矿。焰图8入悔口烟气SO蝶2贱浓度与脱硫检效率的关系尊攀图9入歼口SO狗2数浓度与脱硫柏塔废水pH促值的关系斧3.4止氨法脱硫带百来的二次污低染弱考虑到氨法乒脱硫会带来庭二次污染，沿本次研究中讽还测定了烟海气中NH秩3壁含量和排出膏废水中NH涨3限-N、CO偶D含量。所酱有工况下，疼测得的烟气奇中NH腿3喘含量都很低访（大概在1炼.0ppm艘）。造成烟提气中NH站3伞含量低的原宜因有：（1兽）脱硫设备武喷入氨水量得少，NH少3松与SO满2越反应速率快扩，氨水利用而率高；（2芦）烟气进入危脱硫设备前物先经过水膜煎除尘器除尘属降温，含湿毫量大（一般也在6.0左吵右），有可轨能在脱硫设谈备之后的烟霉道壁上凝结巾成液体，而茅气态NH张3唉又极易溶解午于水；（3尖）硼酸滴定范法的检测能扔力有限，不陆能有效的测梢定烟气中N守H属3姜含量。胡昌怕华等人在四岗川某电厂氨稳吸收法(剥NADS氨禁－肥法)吉中试试验中晌测定脱硫塔缺出口烟气氨绍含量低于5勾0ppm寻[4]呈。茎脱硫设备排考出废水中N甘H肃3味-N、CO颜D含量很高永，可以说明票两个方面问定题：（1）枪脱硫废水不洽能直接排放元，其NH大3仅-N和CO恼D远超过废拜水排放标准灶中规定的极侍限值；（2犬）NH椅3破-N含量高逐也为脱硫废辫水的回收利锯用提供可能才性，大型氨锄法脱硫系统贯往往将回收张铵盐作为抵齐消脱硫成本绘主要的经济稿来源。慰4氨吸收门法脱硫的经漠济性分析成脱硫工艺经百济性分析的饺主要因素是购投资费用、浮运行费用和伪脱硫副产品抬销售市场及敌其经济效益谨。理想的脱歇硫工艺应该滋是投资少，耳脱硫效率能群够满足排放屠要求，副产刺品容易处理叫而且所产生制的经济效益触可冲抵脱硫到剂和运行费炕用并有所节短余。毛在本次试验熊中，所使用婶的脱硫塔没浆有回收硫酸满铵副产品，盛一个主要原零因是该设备何耗氨水量很州小，并且氨港水中大部分锡水分在脱硫念过程中因烟懂气潜在的热皆焓而挥发，辟真正最后落他入水封槽的渐反应后的溶双液量很小，两从而回收硫槐酸铵副产品忧所带来的经驻济效益不是葱很明显。加堆上南京跃进愿集团公司热绢电厂地处工烤业园区，离迈农田和化肥锤厂较远，给耗硫酸铵的进巴一步应用带揭来不便。该营脱硫设备实但际运行时，碰是将脱硫塔筒尾部排出的桂碱性残留液茧体去中和除临尘器出口酸农性灰水，二咱者混合最终吐流入沉淀池息。瓶在相同负荷救下，随着入折炉煤含硫量西的增加，除售尘器出口S居O享2愤浓度也在增锹加，几乎成灿等比关系。落试验测得结聪果表明，在狂燃烧高硫煤躬时，除尘器往出口SO芬2愈浓度受锅炉纳负荷的影响宋要比燃烧低放硫煤时高得静多。若燃烧矩中低硫煤，跃SO泪2踩排放满足现倡行的排放要摇求，但低硫安煤的价格往咐往比高硫煤茧高。若燃烧顿高硫煤，在著环保要求日口益严格的今专天，无疑要挪控制SO乏2粥排放，从而宁增加了投资尘和运行费用碌。雄表2脱硫应塔咸运行经济性锦分析嗓参数版燃烧高硫煤敌不加脱硫设旁备阳燃烧高硫煤移加脱硫设备婚燃烧中硫煤民不加脱硫设宰备添燃烧中硫煤称加脱硫设备须燃烧低硫煤锡不加脱硫设顺备脸脱硫塔一次贸性投资万产元晓雾－罢29争29贤－漠脱硫塔折旧很费宾万元/年灵途财－督1.9桥1.9电－萄氨水（20炎％）钩元/吨派勿桂－杀580肤580融－闭氨水费用询丹万元/齿年躁盏框－锯116储104前－毁脱硫塔运行隆电耗万凯元/年析－们0.8送0.8菠煤价格槽奇元/梁吨牌300剑300掌310逆310宵325胃煤费用川薄万元艳/年缠825晒825奇852.5枣852.5慈893.8工锅炉排放S刘O2量吨牛/年罪656.2捡5蚂175蜘179.2己39.2春95.2垃SO2排污投费码万元/年伪13.1阶3.5废3.6置0.8撕1.9菠全年费用抢否万元/年劝838.1乔腔947.2纤狐856.1搞960.0坛895.7惩典型的经济太性分析结果晓列于表2。蔑这里没有考催虑回收硫酸隔铵带来的副祸产品收入以帽及由于脱硫润所带来的环易境效应和社沈会效应，而纤仅仅从燃煤无价格和排污孝费收费上对乳脱硫设备进逮行经济性分栏析。为简单姿起见，脱硫夕设备一次性演投资费用按不照等年限折疏算，不考虑凡政府政策行字为和脱硫设猴备对锅炉的滥影响。由于驻南京跃进集喇团公司热电差厂属于自备逆电厂，主要纵用于产汽，撇正常运行时孔间为8小时宿/天。为了馋将所讨论的谈问题普遍化倒，今假设该赤锅炉年利用渴小时数为5热000h。唐SO少2含排污费按照魄目前实行的牲0.2元/渐收取。串高炎、低瓣硫煤价格眨参照目前市参场价格。材从上表可以政看出，在不辫计入脱硫设弟备维护费和陪人员费的情困况下，增加关脱硫设备后锅发电直接成柔本增加12仆％左右(高竞硫煤（94浓7.2－8漠38.1）厅/838.戴1=13%础；中硫煤（嘉960.0广－856.索1）/85仆6.1＝1假2.1％)暖。在没有副霉产品可以回臭收且目前国搞家还没有将猎脱硫成本计钻入电价的情汪况下，这笔榆投资费用对蛋于商业化运玩作的电厂来珠说确实是一雀笔很大的费巾用。值得一刷提的是燃烧歌低硫煤且不局安装脱硫设愿备的发电成到本比燃烧高薄硫煤且安装如脱硫设备的蔬发电成本低粱（947.思2－895季.7）/8券95.7=权5.7%。俩经济性分析东说明目前实蚁施的排污收屑费制度存在隆一定的弊病匹。增加脱硫各设备后的费租用比企业治档理费用以及萍燃烧低硫煤摊费用高，除私环境效益、煌社会效益外旦，电力企业众无任何经济张效益，从而服影响企业脱之硫的积极性发。目前用煤篮企业往往采奋用宁多交排鼓污费的态度资，或燃烧低描硫煤以满足嘱环境排放标局准。然而从固长久角度来微看，燃烧低接硫煤只是缓滋兵之策。因胞为从煤炭资亩源的埋藏分系布特征看，枪一些生产优楼质煤的大型五矿区，20耽年后将向深炼部地层开发弯，更多的高新硫煤将被开鞭采保[5]答。排污收费盯虽然在污染携控制治理、窑“垮三废妙”糟综合利用方僚面、环保资凉金统筹方面狠起了很大作桨用，但也暴盐露一些弊病订，如对排放忠浓度和排放立总量没有限认制，既不考妇虑单位时间角某地区可以赚承受的环境血容量，也不记考虑区域整底体环境质量辣水平，仅仅崖按照SO亿2松相同标准来贫0.2元/伍kg来收取苍。所以政府尤部门在脱硫迷政策上必须惭正确引导企祝业，给予必闸要的政策支拒持，在参照清国外成功经族验的基础上乓，加快完