火电厂烟气湿法脱硫工艺选择的比较性分析
环境工程2014年第32卷增刊
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火电厂烟气湿法脱硫工艺选择的
比较性分析
蔡银科
方朝军
王武忠
姜志红
(杭州锦江集团,杭州310005)
摘
要:以广西田东某自备电厂2×135MW机组烟气脱硫系统技术改造应用为背景,综合调研比较湿式氨法工艺与石灰
石-石膏法工艺;通过考察电厂湿式氨法运行状况及市场调研分析等方面,对脱硫工艺选择给出建设性意见,该文的分析方法也可供其他电厂在脱硫工艺选取方面提供参考。
关键词:湿法脱硫;氨法;石膏法;调研
THECOMPARATIVEANALYSISOFPROCESSSELECTIONINTHERMAL
POWERPLANTSWETFLUEGASDESULFURIZATION
CaiYinke
FangChaojun
WangWuzhong
JiangZhihong
(HangzhouJinjiangGroupHangZhou310005,China)
Abstract:Takingthetechnicalmodificationonfluegasdesulfurizationsystemofa2×135MWcoal-firedpowerplantinTiandongGuangxiasbackground,thisarticlecompareswetammoniadesulfurizingmethodwithlimestone-gypsumdesulfurizingmethod.Throughmakinganon-the-spotinvestigationonwetammoniafluegasdesulfurization’soper-atingconditionsandmarketsurvey,itputsforwardsomeconstructivesuggestionsforchoosingdesulfurizationprocess.Theanalysismethodcanalsoprovidereferenceforotherpowerplantinthechoiceofdesulfurizationprocess.Keywords:wetfluegasdesulfurization;ammoniadesulfurization;limestone-gypsumdesulfurization;survey
1概述
广西田东某产业园自备电厂2台135MW燃煤发
电机组,配套2台420t/h中间再热煤粉锅炉,两台锅炉公用一套湿法装置,原采用以园区内产生的电渣石为脱酸原料的湿式脱硫工艺。自备电厂未配置独立污水处理系统,脱硫产生污水回流至园区污水处理站统一处理。由于园区PVC厂的停止生产,无电渣石可供脱硫作为原料,故对现有脱硫设施需进行改造,在工艺选取方面,考虑原煤中含硫量高,初步比较分析氨法工艺与石灰石/石膏法工艺,作为项目实施的方向。此文分别考察分析了现有田东热电厂的湿式氨法脱硫工艺,以及当地石灰石、石膏、液氨、硫酸铵市场情况,为项目实施做好必要的基础工作,该分析也可供其他电厂在脱硫工艺选取方面提供一定的思路。2
湿式氨法工艺及市场调研分析
考察的田东电厂为广西水利电力建设集团有限公司下属火力电厂,两台135MW发电机组,燃用百色2009年安装湿式氨法工艺,地区混煤,采用的是塔顶烟气直排、塔内饱和结晶工艺的氨法烟气脱硫技术,外
购液氨为吸收剂,产品为硫酸铵化肥。该工程设一个
2号发电机组锅炉的全部烟气。吸收塔,处理1号、
湿式氨法脱硫工艺原理:在脱硫过程中,烟气经过吸收塔,吸收液吸收SO2并生成亚硫酸铵与亚硫酸氢铵,其反应方程式为:
SO2+2NH3+H2O→(NH4)2SO3(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3
实际上真正吸收SO2的反应是(NH4)2SO3与NH4HSO3之间的不断循环。因此,过程中需要不断从而保补充NH3以使NH4HSO3转变为(NH4)2SO3,持对SO2的吸收能力:
NH4HSO3+NH3→(NH4)2SO3
对于含高浓度亚硫酸铵的溶液,则可排出系统,再通过氧化途径生产化肥产品。2.1
田东电厂运行情况分析
2013年总田东电厂扣除停炉及设备检修等因素,发电量为115496.4万kW·h,脱硫液氨消耗量为8846.36t,产硫酸铵33675t,设备改造投入约300万元;2012年总发电量为139360.26万kW·h,脱硫液
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氨消耗量为9267.22t,产硫酸铵35517.73t,设备改造投入约400万元。吸收剂液氨来源云南、贵州、福建、柳州,到厂价为3500~4100元/t,根据市场情况波动。副产物硫酸铵主要作为化肥原料,销路主要在越南及百色周边地区,销售价格在500元左右。2.2氨法工艺运行设备特点
湿式氨法工艺优点是脱硫效率很高,运行可靠性好,无结垢无废水等问题发生,副产品硫酸铵价值高,经济效益好,是一种综合利用和资源回收的方法。相比钙法工艺,钙基吸收剂吸收SO2是气-固反应,反应速度较慢,而且反应不完全,吸收剂利用率较低;而氨吸收SO2是气-液反应或气-气反应,反应速率快,反应完全,吸收剂利用率高,脱硫效率也高。仅就吸收过程而言,与钙基吸收设备相比,氨吸收设备体积较小,能耗也低。缺点是对液氨的管理安全要求高,设备腐蚀情况较为严重,并会出现气溶胶现象。田东电厂脱硫设施在运行过程中曾出现气溶胶现象,为此特增设一层喷淋装置。气溶胶生成为在一定条件下,气相中发生如下反应:NH3(g)+SO2(g)+H2O(g)=NH4HSO3(s),即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超细粉末,在微米级别,称为气溶胶。由于在脱硫过程中,热烟气与水溶液接触,在液体表面,饱和水蒸汽向气相传递,超细的固体颗粒会成为水蒸汽冷凝结露的核心或晶种。2.3
液氨/硫酸铵调研分析
各地区液氨市场商谈主流:河北地区液氨市场商谈主流在2200~2300元/t,山东地区液氨价格在2350~2400元/t,江苏地区液氨市场价格在2350~2400元/t,安徽地区在2350元/t左右,广西地区液氨市场价格在2600~2900元/t,考虑运输成本,液氨销售到厂价3400元/t。目前国内液氨市场价格走势下滑,厂家开工率在7成多,主要原因为液氨上游原料国内无烟煤市场价格低位整理,但从价格区域分布情况来讲,广西地区价格较高。
近期化肥市场整体处于低位态势,化肥市场气氛冷清,目前山西硫酸铵出厂价格已跌破400元大关,河北低端价格也在向400元靠拢,广西田东电厂氨法脱硫产生副产品硫酸铵目前的销售价为500元/t,市场走弱迹象明显。硫酸铵价格持续走低,主要有两方面原因:今年氮肥在化肥市场中走势最差,特别是尿素进入春耕用肥旺季后价格一路下跌。受尿素价格大幅下跌影响,硫酸铵价格也一路走低。二是硫酸铵产能增长过快。前些年硫酸铵主要来自钢铁焦化厂,近些年电厂脱硫、烟气脱硫等一大批氨法脱硫装置兴建,再加
之己内酰胺等进入快速发展期,其副产硫酸铵产量增
速也很快。33.1
石灰石-石膏法工艺及市场调研分析
石灰石工艺
湿式石灰石-石膏脱硫技术是目前世界上技术最
为成熟、应用最多的脱硫工艺,应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的85%以上。脱硫基本原理是:进入吸收塔烟气中的SO2被吸收而成为
+-
H2SO3,此时H2SO3被离解为H及HSO3离子,其-
再和中:一部分HSO3被烟气中的O2氧化成H2SO4,
浆液中的CaCO3反应生成CaSO4·2H2O(即石膏),-
另一部分HSO3在吸收塔贮槽中被空气氧化成H2SO4,再和原料中的CaCO3中和,形成CaSO4·
2H2O,所用的原料为石灰石粉在脱硫公用系统内制成浆液,石灰石中CaCO3的含量高于90%;石灰石粉的细度保证325目90%过筛率。该工艺主要反应式:
CaCO3+2SO2+H2O→Ca(HSO3)2+CO2↑Ca(HSO3)2+1/2O2+H2O→CaSO4·2H2O+SO22CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2H2O
-
Ca2++SO2+2H2O→CaSO4·2H2O4
pH值为工艺过程中产生了一定量呈弱酸性的废水,
5.0~6.0,废水中主要污染因子是石灰石、亚硫酸钙、石膏Cl、Cd、Hg、Pb、Ni、As、Se、及煤中的卤素和重金属如F、
Cr等[1]。石灰石-石膏法存在问题设备运行过程中管路易堵塞,脱硫效率相比湿式氨法工艺效率低。3.2原料及副产品市场分析
田东地区石灰石原料比较丰富,主要的生产企业有广西同禾矿业有限公司(德保)60万t,德保强强实业有限公司80万t,田东龙河建筑原料有限公司33万t,田东隆晟矿业建材有限公司50万t等等。由于石灰石矿丰富,所延伸出的水泥企业也比较多。
田东地区脱硫副产品CaSO4·2H2O主要出路之一为代替天然石膏作水泥缓凝剂。使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的将废物资源化的途径,可以创造良好的经济、社会和环境效益。脱硫石膏与天然石膏按不同比例制成的各种水泥,其物理性能差别不大。调研的广西登高(集团)田东水泥有限公司对石膏的要求为,脱硫副产品石膏经一、二级脱水后含水率小于10%,三氧化硫含量达35%以上,结晶水达12%以上。目前田东地区的水泥生产企业有广西东泥股份有限公司、华瑞水泥(田阳)有限公司、广西四合工贸(海螺集团)有限公司、华润水泥(南宁)有限公司、武鸣锦龙红狮水泥有限公司等,以上几家的水泥生产能力将近达2000万t,若按在熟料中加入3%左右的石
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膏,其消纳量为五六十万吨。4脱硫工艺竞争性分析
将田东产业园自备电厂2×420t/h锅炉为例,对湿式氨法脱硫与石灰石/石膏法脱硫进行量化分析与对比:
1)总烟气量为2×49.3万m3/h;2)SO2含量为
3
排放浓度控制在原始浓度控制在5000mg/m以内,
400mg/m3内[2];3)原烟气排烟温度为151.7℃;4)田东地区石膏销售未形成固定市场,依据与水泥厂当
5
结论
1)广西田东地区石灰石原料丰富,水泥厂可以消
纳脱硫石膏,相对与氨法工艺,运行成本较低。2)通过以上比较分析,该田东产业园区自备电厂脱硫改造工程建议采用石灰石-石膏改造工艺,改进采用石灰石自制磨粉为原料,可有效降低原料消耗成本,并增设脱硫污水处理设施。
3)为更好的改进该田东产业园区自备电厂脱硫设施,降低运行成本,保证脱硫效率,首先采用合理配比煤种,控制入炉煤中含硫量。4)如果有废氨可作为原料,或氨原料采购成本低等情况,经综合比较后可以考虑采用氨法工艺。
参考文献
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面价格协商,此处不考虑销售收入;5)石灰石原料采
用自制研磨,原料成本可降至65元/t;6)年运行时间按7000h计;7)因为自备电厂,不考虑国家脱硫电价补贴。
两种脱硫技术的主要经济成本对比如表1所示。
表1
项目脱硫剂
两种脱硫技术的主要运行成本对比
工艺参数摩尔比脱硫剂副产物年消耗量单价年消耗成本
石灰石—石膏法1.03石灰石二水石膏5.04万t65元/t327.6万元/a1348万元/a
080万元/a150万元/a40万元/a1945.6万元/a7.57万t/a
00
1945.6万元/a
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副产物
处理成本产量单价收入
作者通信处E-mail
蔡银科311121浙江省杭州市余杭区中泰街道新西湖小
镇13-1-1603
caiyinke@126.com
2014-05-14收稿
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(上接第564页)
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张明飞300400天津市北辰区引河里北道1号天津水泥
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huangyuan33@163.com
2014-05-12收稿
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