发电厂动力部分论文

发电厂动力部分结课论文烟气脱硫技术研究及在我国火力发电应用发展学生姓名：学号：班级：指导教师：2012年10月25日

烟气脱硫技术及其经济评价分析机械工程学院机械设计制造及其自动化专业：指导教师：摘要：二氧化硫污染的形势日益严峻。对火力发电厂进行烟气脱硫就成了一项迫在眉睫的任务。由于烟气脱硫装置在电厂建设总投资中比例很高，因此建或不建、建的话采用什么工艺就成为争议的焦点。为解决这个问题，我们要采用科学的经济评价分析方法，对每种工艺进行定性、定量分析，以便做出正确的决策。通过对各种烟气脱硫工艺的经济评价研究，我们得出了一些共性和规律性的数据和内容，并在实践中进行了成功的分析运用，对该领域的经济分析有一定的参考价值。关键词：火电厂烟气脱硫经济评价Thepollutionofsulfurdioxideisbecomingworseandworse.fluegasdesulphurization(FGD)onathermalpowerplanthasbecomeanimminenttask.AsthecostofFGDequipment’sconstructionaccountsforaratherlargepartofthetotalinvestmentofathermalpowerplant,whethertoequipwiththeFGDequipmentornot,andhowtobuildthatisbecomingthefocusofcontroversy.Tosolvethisproblem,wemustadoptascientificmethod--economicevaluationanalysis,toanalyzeeachmethodortechnologyqualitativelyandquantitatively,inordertomaketherightdecision.ThroughtheeconomicevaluationanalysisofthevariousFGDtechnologies,wegetalotofcommonnessandregularityofthedataandcontentinthem,andsuccessfullyimplytheminpractice,whichwillofcoursecontainsomevalueforthisfield’seconomicanalysis.KeyWords:ThermalPowerPlant,FlueGasDesulphurization,Economic，Evaluation一·引言脱硫方法投资、运行成本、节能及减排效果差别很大，具体工艺的选择又因煤炭质量、燃煤方式及装备、运行所需配套条件不同而有差异。为实现减排效果最佳而经济投入最小，我们必须进行技术分析与经济评估。技术分析包括电厂的地理位置、气象条件、煤种煤质、吸收剂来源、废弃物利用、运输量大小等，目的在于明确技术上的先进性和可行性。而经济评估则是在技术分析的基础上论证其经济上的合理性、适用性和效益。经济评估除财务分析外还要给出一些具体指标，如投资、年运行费用、还贷时间、能源消耗以及有关物料的消耗指标等。由于电厂进行烟气脱硫改造和日后运行是一笔很高的费用，因此选定的工艺流程不同，投资费用的差异也很大。在电厂建设总投资中，烟气脱硫设备的投资通常会达到10%～15%，甚至20%以上，因而经济评价不可或缺。二．烟气脱硫的工艺类型（1）石灰—石膏湿法湿法石灰石-石膏烟气脱硫的石膏形成过程：(1)石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行逆向洗涤和脱硫，形成半水亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O)并以小颗粒状态转移到浆液中；(2)利用氧化风机所提供的氧气将其强制氧化成二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)而结晶；(3)利用石膏排出泵将吸收塔下部结晶区的石膏浆抽出，送往石膏旋流站，进行一级脱水的旋转分离；(4)细颗粒的浆液溢流返回吸收塔，而浓缩的较粗颗粒的石膏浆液送往真空皮带过滤机进行石膏脱水；(5)通过真空皮带过滤机脱水后，石膏的含水率降为10%的质量含量以下，成为商品级石膏；(6)商品级石膏最后被皮带传送至石膏房。石灰石/石灰—石膏湿法是当今世界最成熟、使用最为广泛的烟气脱硫技术。此技术的优点为：技术成熟，是世界上最成熟的脱硫技术之一，已广泛应用于世界各地；钙硫摩尔比较低，一般在1.05～1.10；脱硫效率高，一般可达95%以上；脱硫剂利用率高，一般大于90%；烟气处理量大，特别适合大机组；煤种适应性强，低、中、高硫煤均可，对高硫煤优势突出；脱硫产物石膏可作为建筑等材料。此技术的缺点为：投资费用高，脱硫装置占电厂总投资的10%～13%；运行费用较高；占地面积大；电耗比较高，一般占总发电量的1.5%～2.0%；脱硫塔内构件易发生腐蚀；塔底部的持液槽易结垢、堵塞及腐蚀；耗水量相对较大；排出废水需要处理；对石灰石/石灰颗粒的粒径要求比较严格；净化后的烟气会对尾部烟道及烟囱产生腐蚀；脱硫成本相对较高；系统管理操作复杂。（2）炉内喷钙循环流化床反应器脱硫技术3.3.5.4循环流化床脱硫技术德国鲁奇公司在70年代开发了循环流化床脱硫技术。原理是在循环流化床中加入固硫剂石灰石以达到脱硫的目的，由于流化床具有传质和传热的特性，所以在有效吸收SO2的同时还能除掉HCL和HF等有害气体。利用循环床的一大优点是，可通过喷水将床温控制在最佳反应温度下，通过物料的循环使固硫剂的停留时间增加，大大提高钙利用率和反应器的脱硫效率。用此法可处理高硫煤，在Ca/S为1～1.5时，能达到90%～97%的脱硫效率。。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分脱硫灰加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾雾化，另一种为气液两相流雾化。喷雾燥法脱硫工艺具有以下优点：技术成熟、工艺流程简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家应用较为广泛，在300MW以上机组上有一定的应用业绩，但在国内尚无成熟的运行经验。循环床的主要优点是：与湿法相比，结构简单，造价低，约为湿法投资的50%；在使用Ca(OH)2作固硫剂时有很高的钙利用率和脱硫效率，特别适合于高硫煤；运行可靠，由于采用干式运行，产生的最终固态产物易于处理初投资较低；运行费用相对不高；钙硫摩尔比较小；脱硫效率高，可达95%以上；由于炉膛内喷入石灰石已经起到了固硫作用，进入循环流化床反应器后进行二次反应，石灰利用率高，可达95%；系统电耗小；占地面积较少；适于各种含硫煤种；系统可靠性高；能同时有效脱除氯化物和氟化物等有害气体；无喷浆系统及浆液喷嘴，只有适量的水喷入；对石灰石颗粒的要求不像烟气循环流化床脱硫系统那么高；无废水排放。此技术的缺点为：对石灰品质要求高；脱硫系统对除尘器除尘效率有一定影响。（3）烟气循环流化床法喷雾干燥法脱硫工艺以石灰作为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3，烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分脱硫灰加入制浆系统进行循环利用。烟气循环流化床干法脱硫技术具有以下优点：技术比较成熟，脱硫效率可达90%以上，系统简单，投资较少，厂用电低，无废水排放，运行简单，控制简单；吸收剂利用、脱硫效率在目前各种干法、半干法脱硫工艺中最高；没有制浆系统及浆液喷嘴，加入吸收塔的消石灰和水相对独立，便于控制消石灰用量及喷水量；对吸收塔及其下游的设备、烟道和烟囱无需作防腐处理，设备使用寿命长。主要缺点为：吸收剂价格高，副产物一般无法利用。据资料介绍，该技术可配锅炉容量为5～300MW，脱硫效率为80～90%，国外有270MW燃油锅炉的业绩，国内有广州恒运电厂燃煤210MW正在试运行，还有漳泽电厂三期2×300MW、榆社电厂二期2×300MW已采用该方法进行脱硫。在我国，比较有代表性的采用烟气循环流化床法的公司是无锡化工集团公司热电厂。该厂锅炉容量65吨/小时，燃煤含硫0.79%，采用中绿公司的循环流化床脱硫工艺，脱硫效率大于90%，除尘效率大于99.5%，脱硫剂为电石渣，以废治废。（4）炉内喷钙尾部增湿活化法喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3和CaSO4，烟气SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放为了提高脱硫吸收剂的率，一般将部分脱硫灰加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾雾化，另一种为两相流雾化。其化学反应形式如下：该工艺在我国有南京下关电厂和浙江钱清电厂使用，现介绍一下在前者的使用情况。南京下关电厂原有7炉8机组，装机总容量为105MW，20世纪90年代实施“以第三章火力发电厂烟气脱硫技术的主要类型及用大代小”技术改造，建设2×125MW机组取代小机组。由于下关电厂厂区周围是港口、居民区和商业区，人口密集，且南京市是国家直接考核环境指标的32个重点城市之一，对环境质量有严格要求。因此，江苏省电力局针对下关电厂的地理环境、现场条件及改建规模，确定引进2套芬兰FORTUM公司（原IVO公司）的LIFAC脱硫装置，1#和2#锅炉各配件一套。该工程被国家确定为电力环保和城市电厂改造的示范工程。（5）电子射线辐射法本脱硫工艺的流程由排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。锅炉所排出的烟气，经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度(约60℃)。通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SOx浓度和NOx浓度，经过电子束照射后，SOx和NOx在自由基作用下生成中间生成物硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状微粒硫酸铵与硝酸铵。生成的粉体微粒一部分沉淀到反应器底部，通过输送机排出，其余被副产品集尘器所分离和捕集，经过造粒处理后被送到副产品仓库贮藏。净化后的烟气由脱硫增压风机升压，再经烟囱向大气排放。脱硫副产品（主要是硫酸铵）可作生产复合肥的原料。到目前为止，电子束干法脱硫仅在日本、美国进行过一些小型工业试验，尚没有在大型机组上应用的业绩，技术上成熟程度不如石灰石－石膏湿法脱硫工艺，且脱硫效率一般不超过90%。中日合作进行的电子束脱硫工业化装置试验在成都热电厂一台200MW机组上完成，处理锅炉的部分烟气，试验装置处理烟气量为300000Nm3/h。杭州热电厂3X130T/H锅炉的烟气采用电子束工艺进行脱硫，已于2002年8月投入运行。EBA电子射线脱硫法1995年，原国家科委和电力部决定由四川电力局与日本荏原制作所合作建设电子束照射烟气脱硫设备示范工程，烟气取自成都热电厂200MW机组的670吨/小时锅炉，这是当时世界上最大的EBA装置。该项目1996年3月开工建设，1997年7月建成，经过半年多试运转后，于1998年5月通过鉴定验收。该电子束照射烟气脱硫系统的设备除电子加速器和副产物造粒设备外，大部分由国内厂商供货，投运后运行状况基本正常。由于这是世界上第一套工业规模的示范装置，存在某些设计问题，公用辅助设施也常出现故障，需要不断整改，逐渐完善。但这也标志着我国的电子束照射烟气脱硫正在赶超世界先进水平。三．火力发电厂烟气脱硫经济评价当前工业上应用较多的烟气脱硫工艺依次是：石灰-石灰石法、石灰喷雾干燥法、LIFAC法、双碱法和亚钠法，此外还有氨水洗涤、电子束法、活性炭法、海水法、炉内喷钙法和CF等。现针对其中有代表性的工艺进行一下评价分析。从工艺复杂程度来看，由简到繁依次是：钠洗涤法、喷雾干燥法、石灰-石灰石法、双碱法、亚钠法和镁氧化法。按照运行可靠性由强到差依次是：钠洗涤法、双碱法、石灰-石灰石法、亚钠法、镁氧化法和喷雾干燥法。按投资由小到大排列为：钠洗涤法、石灰法、双碱法、喷雾干燥法、石灰石法、亚钠法和镁氧化法。按运行费用由低到高依次是：钠洗涤法、喷雾干燥法、石灰-石灰石法、双碱法、亚钠法和镁氧化法。按能量消耗由小到大排列为：喷雾干燥法、钠洗涤法、双碱法、石灰-石灰石法、镁氧化法和亚钠法。按占地面积由少到多为：钠洗涤法、喷雾干燥法、石灰-石灰石法、双碱法、亚钠法和镁氧化法。由此可见，钠洗涤法运行可靠，投资、运行费用以及能耗等都相对较小；投资和运费用以及能耗等都相对较高的是氧化镁法和亚钠法；运行可靠性较差的是喷雾干燥法。我国火电厂使用较多的8中烟气脱硫技术综合比较见表5-1：由表5-1可见，我国现行技术成熟度最高的是石灰石-石膏法，投资最低的是烟气循环流化床法，脱硫率最高的是石灰石-石膏法和磷铵法。研究20世纪80年代，美国联邦环保局对当时工业上应用较多的5种烟气脱硫工艺进行了经济评价研究，得出许多有价值的结论。这五种工艺分别是：石灰法、石灰石法、双碱法、亚硫酸钠循环法（W-L法）和氧化镁法。一般情况下，石灰法投资最低，石灰石法运行费用最少，而氧化镁和韦尔曼—洛德法无论投资还是费用都是最高的。同等条件下，石灰法的投资只有氧化镁法和亚硫酸钠循环法的一半。亚硫酸钠循环法的运行费用几乎是石灰石法的7倍。当煤炭含硫量高时，上述费用之间的差距随电厂容量增大而减小。石灰法和石灰石法具有大致相同的设备数量和投资费用，它们的运行费用之差在于原材料费。石灰法和石灰石法的价差因地区不同差别很大，在6～8倍之间。石灰法可使用商品石灰或现场煅烧石灰，相同条件下，由于后者需要增加设备，投资和运行费用都要高于前者。就石灰法和石灰石法来说，当容量小、燃料含硫量低时，石灰的消耗量不大，采用商品石灰要比采用石灰石经济；在容量大、含硫量高时，石灰石法比石灰法费用低。由于石灰法无需破碎设备，化学当量低，设备相对较少；且石灰利用率高，废渣池营造费用减少，因此石灰法投资低于石灰石法。氧化镁法由于回收再生和制酸系统的工艺较复杂，能耗高，因此总投资和运行费用都很高，同石灰法和石灰石法相比，投资约高40%，运行费约高20%。喷雾干燥法的投资和运行费用均比石灰法和石灰石法低，大约少20%～30%左右。总体说来，电厂规模越大，烟气脱硫的投资和运行总费用就越大，单位投资越小。在机组容量较小时，各种脱硫装置的投资和运行费用相差不大；随着容量加大，各种脱硫装置的费用增加幅度有所不同。石灰法和石灰石法的投资随容量增大而增加的速度比氧化镁法慢。烟气脱硫的投资和运行费用随着煤炭含硫量增大而增大。不过在容量较小的情况下，其增幅较小；容量越大，增幅就越大。因为煤炭含硫量增加意味着需要增加设备和吸收剂的用量，因此烟气脱硫的投资和运行费用都相应增大。但是二氧化硫浓度的增加是有利于吸收过程的，如果烟气量不变，吸收设备也不需改变，因此投资随煤炭含硫量增加而增加的趋势不明显。四·总结与展望本文通过对目前常用的烟气脱硫方法的分析和对国内外经济评价经验的借鉴，提出了针对我国现状的经济评价方法。以石灰/石灰石湿法为代表的传统湿法工艺在一段时间内仍将占据主流地位，因为这类工艺目前为止运用最多，发展最为成熟，运行可靠，对煤种、机组容量、地域条件的适应范围比较广，且吸收剂价廉易得，副产品便于回收利用，脱硫效率也比较高。虽然该工艺的投资和运行费用较高，但是随着技术的发展，其成本呈逐步降低趋势，且有一定降低空间。以喷雾干燥法或改良的炉后加湿法为代表的干法或半干法的优点在于系统简单，设备重量和占地面积都比较小，投资和能耗相对传统湿法也较低，比较适合中小机组改造。虽然该工艺脱硫率低，钙硫比高，石灰利用率低，造成运行费用和脱硫成本偏高，但是在中低硫煤和中小机组的情况下还是