石灰石―石膏法與氨法脫硫技術(shù)比較

黃麗娜,繆明烽,陳茂兵,秦翠娟

(中環(huán) (中國(guó))工程有限公司,江蘇 南京 210008)

石灰石―石膏法與氨法脫硫技術(shù)比較

黃麗娜,繆明烽,陳茂兵,秦翠娟

(中環(huán) (中國(guó))工程有限公司,江蘇 南京 210008)

分別介紹了石灰石―石膏法煙氣脫硫技術(shù)與氨法煙氣脫硫技術(shù)的特點(diǎn),并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面對(duì)這兩種濕法脫硫技術(shù)進(jìn)行了比較。指出在短期內(nèi)石灰石―石膏法脫硫技術(shù)仍將占據(jù)脫硫行業(yè)的主導(dǎo)地位,但氨法煙氣脫硫技術(shù)更適合我國(guó)國(guó)情,具有廣闊的發(fā)展前景。

濕法脫硫;石灰石―石膏法;氨法;比較

煙氣脫硫技術(shù)是國(guó)際上普遍采用的有效控制火電廠 SO2排放的技術(shù)。目前,世界各國(guó)開(kāi)發(fā)的脫硫技術(shù)已達(dá)上百種。根據(jù)脫硫劑是否以漿液狀態(tài)進(jìn)行脫硫及脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)可以分為濕法、半干法和干法三類,其中濕法脫硫工藝應(yīng)用最廣,占世界脫硫總裝機(jī)容量的 85%左右[1]。我國(guó) 90%以上的煙氣脫硫工程采用的是石灰石―石膏濕法脫硫工藝,但經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行也暴露出一些問(wèn)題[2-3]。氨法脫硫技術(shù)盡管市場(chǎng)占有份額不多,但由于其是真正可實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綠色脫硫工藝,正越來(lái)越受到重視[4]。本文結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)際情況,從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面對(duì)這兩種技術(shù)進(jìn)行比較。

1 石灰石―石膏濕法脫硫技術(shù)的特點(diǎn)

石灰石―石膏濕法脫硫技術(shù)是目前世界技術(shù)上較成熟、實(shí)用業(yè)績(jī)多、運(yùn)行狀況較穩(wěn)定的脫硫工藝,已有幾十年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。脫硫工藝系統(tǒng)主要包括:煙氣系統(tǒng)、吸收氧化系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)等。在脫硫過(guò)程中,脫硫效率可高達(dá)95%以上,吸收劑利用率高 (90%以上),鈣硫比較低,對(duì)鍋爐負(fù)荷變化有良好的適應(yīng)性,在不同的煙氣負(fù)荷及 SO2濃度下,脫硫系統(tǒng)仍可保持較高的脫硫效率及較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性[5]。

國(guó)內(nèi)脫硫公司有三十多家,主要引進(jìn)了 B&W(巴威 )、斯坦米勒、KAWASAKI(川崎 )等國(guó)外幾家大公司的先進(jìn)濕法脫硫工藝,并在此基礎(chǔ)上吸收創(chuàng)新,研究開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的脫硫工藝,能根據(jù)電廠的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出最佳的工藝參數(shù)。

2 氨法脫硫技術(shù)的特點(diǎn)

濕法氨水脫硫工藝最早是由德國(guó)克盧伯公司于20世紀(jì) 70年代開(kāi)發(fā)的Walther工藝,80年代初得到一定的應(yīng)用,其中 1套脫硫裝置的處理煙氣量為750000m3/h。經(jīng)世界各國(guó)過(guò)多年研究,原有氨法脫硫氣溶膠問(wèn)題得到改進(jìn),進(jìn)入工業(yè)推廣使用階段。1956年,我國(guó)建立了第一套氨法回收硫酸廠尾氣中SO2的工業(yè)規(guī)模裝置。我國(guó)上海硫酸廠、上海吳涇化工廠等近百套硫鐵礦制酸裝置都采用氨法脫除尾氣中的 SO2,目前仍在使用。

氨法脫硫工藝的主要特點(diǎn)是可將回收的 SO2和氨全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨化肥,實(shí)現(xiàn)了廢物資源化,脫硫效率高達(dá) 95%～99%,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性廣,運(yùn)行費(fèi)用可通過(guò)其副產(chǎn)物的銷售來(lái)降低,且經(jīng)濟(jì)效益隨煙氣中的 SO2含量的增加而更佳,尤其適合燃用中高硫煤的電廠。脫硫過(guò)程中形成的亞硫銨對(duì) NOx具有還原作用,可同時(shí)脫除 20%左右的 NOx[7-8]。

目前,國(guó)內(nèi)以氨法為主的脫硫公司有十家左右,各家公司基本上圍繞如何更好地控制硫銨氣溶膠的生成和逃逸,亞硫酸氨氧化和硫氨結(jié)晶等難點(diǎn),對(duì)氨法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改良優(yōu)化,形成具有各自特色的氨法脫硫技術(shù)。

3 兩種脫硫技術(shù)比較

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

以 300MW機(jī)組配套煙氣脫硫工程為例,脫硫系統(tǒng)入口煙氣溫度為 136℃,年運(yùn)行時(shí)間為 7200 h,主要煙氣參數(shù) (標(biāo)態(tài),干基,6%O2)見(jiàn)表 1。

3.2 技術(shù)比較

石灰石―石膏法脫硫是把石灰石磨成粉后與水混合,制成石灰石漿液,不斷補(bǔ)充到吸收塔內(nèi)。經(jīng)升壓風(fēng)機(jī)增壓的原煙氣經(jīng) GGH冷卻,煙溫從 136℃降至 100℃,隨即進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi),煙氣向上流動(dòng)被向下流動(dòng)的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌,循環(huán)漿液則通過(guò)循環(huán)泵向上輸送到噴漿層內(nèi)設(shè)置的噴嘴噴射到吸收塔中,氣體和液體得以充分接觸,以便脫除 SO2、SO3、HCl和 HF,同時(shí)生成的 CaSO3在吸收塔底部與鼓入的氧化空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),最終生成石膏。吸收塔底部的石膏漿液先在水力漩流器中稠化至含固量約 40%,然后經(jīng)帶式真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾,脫除其中的大部分霧滴,得到含水量小于 10%的石膏。脫硫后的凈煙氣經(jīng)兩級(jí)除霧器去除水分,再返回至 GGH進(jìn)行加熱,溫度從 45℃升至 80℃以上,通過(guò)煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。

氨法脫硫采用單塔工藝:引風(fēng)機(jī)來(lái)的原煙氣進(jìn)入脫硫塔中,與循環(huán)吸收溶液逆流接觸反應(yīng)生成亞硫酸銨;脫硫后凈煙氣經(jīng)二級(jí)除霧器去除夾帶的絕大部分霧滴,由煙囪排出;亞硫酸銨在塔底被氧化成硫銨;35%的硫氨溶液由料液取出泵從脫硫塔打入母液箱,再進(jìn)入設(shè)置有抽真空系統(tǒng)的蒸發(fā)結(jié)晶器,料液在 70℃左右達(dá)到沸點(diǎn),比正常蒸發(fā)下降了 40℃,大大降低了蒸汽用量;蒸發(fā)結(jié)晶器出口含固量為30%的硫酸銨料漿,經(jīng)離心機(jī)進(jìn)一步分離后進(jìn)入干燥機(jī)造粒,得到含水率低于 3%的硫酸銨產(chǎn)品。

從上述分析可以看出,兩種脫硫技術(shù)由于吸收劑純度較高均具有腐蝕性,且反應(yīng)產(chǎn)物固體含量大,存在腐蝕和堵塞現(xiàn)象,這也是濕法脫硫的“詬病”,因此對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較高。兩種脫硫技術(shù)主要工藝參數(shù)比較見(jiàn)表 2。

表 2 兩種脫硫技術(shù)主要工藝參數(shù)比較

從表 2可以看出,石灰石―石膏法占地面積相對(duì)較大 (幾乎是氨法的兩倍);脫硫塔阻力大,需要增壓風(fēng)機(jī);漿液循環(huán)量大,耗電量較高;不能很好地脫除 SO3和 NOx等污染物。氨法脫硫技術(shù)存在問(wèn)題是排出煙氣中的氨生成亞硫酸銨、硫酸銨和氯化銨等難以除去的氣溶膠,造成氨損失和煙霧排放;硫銨結(jié)晶過(guò)程能耗大,對(duì)加熱器材質(zhì)要求較高;設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度和系統(tǒng)利用率均不及石灰石―石膏法。

3.3 經(jīng)濟(jì)比較

兩種脫硫技術(shù)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表 3。從表3所示的具體經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)來(lái)看,石灰石―石膏法所用脫硫劑石灰石價(jià)格低廉,而氨法脫硫技術(shù)吸收劑氨的費(fèi)用較高,占運(yùn)行成本的比重較大。值得注意的是,隨著工藝和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度的不斷提高,石灰石―石膏法平均單位造價(jià)已由 20世紀(jì) 80年代引進(jìn)國(guó)外技術(shù)時(shí)的 1200元/kW[9],降到了現(xiàn)在的 100元/kW,甚至更低,這使其運(yùn)行費(fèi)用主要集中在電耗上,因此進(jìn)一步減低電耗是石灰石―石膏法工藝技改的關(guān)鍵。氨法脫硫技術(shù)的副產(chǎn)品銷售收入可以抵消大部分脫硫成本,使其發(fā)電成本低于石灰石—石膏法,可以預(yù)測(cè)當(dāng)煙氣中 SO2含量更高時(shí),氨法脫硫項(xiàng)目完全有可能實(shí)現(xiàn)盈利。

表 3 兩種脫硫技術(shù)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

3.4 環(huán)保特性比較

石灰石—石膏法在脫硫的同時(shí)產(chǎn)生大量的CO2,在大氣層中的超量沉積,將加劇溫室效應(yīng),導(dǎo)致全球氣候變暖。其脫硫的最終產(chǎn)物主要是石膏,石膏中 CaSO4·2H2O含量一般在 90%左右,呈灰(黑 )色粉未狀 ,其主要雜質(zhì)為 CaCO3、MgCO3、惰性物質(zhì)和粉煤灰等。目前,脫硫石膏主要應(yīng)用于水泥緩沖劑,但水泥生產(chǎn)中僅能摻入約 5%,且脫硫石膏中尚含有 10%的附著水分。由于水泥廠的生產(chǎn)設(shè)備如料倉(cāng)、輸送設(shè)備及計(jì)量設(shè)備等都是為塊狀天然石膏設(shè)計(jì)的,換成脫硫石膏時(shí),易出現(xiàn)膨料、下料不暢等問(wèn)題而造成設(shè)備堵塞,故石膏的綜合利用存在著多方面的制約。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)脫硫石膏的利用率不超過(guò) 10%。我國(guó)天然石膏資源豐富,市場(chǎng)價(jià)格不高,因此脫硫石膏不具備與天然石膏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),基本上拋棄處置,如此不但占用了大量土地,也對(duì)環(huán)境存在極大的威脅。脫硫工藝過(guò)程中還產(chǎn)生了一定量呈弱酸性的廢水,pH值為 5.0～6.0,廢水中主要污染物是石灰石、亞硫酸鈣、石膏及煤中的鹵素和重金屬如 F、Cl、Cd等。由于脫硫廢水的水質(zhì)比較特殊,處理難度較大,處理費(fèi)用高。

氨法的副產(chǎn)物主要是化肥,且在工藝過(guò)程中無(wú)廢水和廢渣排放,實(shí)現(xiàn)資源良性循環(huán)利用,將我國(guó)煙氣脫硫工業(yè)與化肥工業(yè)密切相結(jié)合,使得脫硫劑NH3來(lái)自于化肥工業(yè),又回到化肥工業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家相關(guān)職能部門指導(dǎo)性意見(jiàn)為:在新、擴(kuò)、改300MW機(jī)組 FGD上或要求有較高脫硫率時(shí),采用濕式石灰石―石膏技術(shù),且在石灰石—石膏濕法工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中,技術(shù)人員通過(guò)簡(jiǎn)化設(shè)備,優(yōu)化吸收塔結(jié)構(gòu),用計(jì)算機(jī)優(yōu)化系統(tǒng)各操作參數(shù)等手段,不斷完善優(yōu)化工藝,使其保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此在短期內(nèi)石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)仍將占據(jù)脫硫行業(yè)的主導(dǎo)地位。我國(guó)是“缺硫不缺膏”,我國(guó)合成氨產(chǎn)量位居第一,分布面廣,氨源豐沛。同時(shí),又是世界氮肥第一大國(guó),土壤嚴(yán)重缺硫,硫銨具有較大的市場(chǎng)潛力。氨法脫硫技術(shù)更適合我國(guó)國(guó)情、符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,而且其具有脫硫脫硝一體化的特點(diǎn)[10],因此其應(yīng)用前景將越來(lái)越廣闊。

[1]李俊華,陳建軍,郝吉明.控制大氣污染化工技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2005,24(7):703-709.

[2]李斌,李剛,裴磊,等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].電力環(huán)境保護(hù),2009,25(3):19-20.

[3]梁坤,孫燕青.石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)問(wèn)題及脫硫效率探討[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,(3):95-96.

[4]葛能強(qiáng),邵永春.濕式氨法脫硫工藝及應(yīng)用[J].硫酸工業(yè),2006,(6):10-15.

[5]郝吉明,馬廣大.大氣污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,2002.

[6]繆天成.我國(guó)治理二氧化硫污染的歷程和建議 [J].硫酸工業(yè),2000,(1):1-9.

[7]徐長(zhǎng)香,傅國(guó)光.氨法煙氣脫硫技術(shù)綜述 [J].電力環(huán)境保護(hù),2005,21(2):17-20.

[8]史海元,于志剛.鍋爐煙氣氨法脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008,(21):82-83.

[9]趙鵬高.我國(guó)燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)與設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展、問(wèn)題及建議[J].電力環(huán)境保護(hù),2004,20(2):1-2,10.

[10]雷士文,雷世曉,王德敏.氨法煙氣脫硫脫硝的技術(shù)特征[J].電力環(huán)境保護(hù),2006,22(2):32-34.

Comparison between limestone-gypsum and ammonia wet flue gas desulphurization technologies

The characteristics of l im estone-gypsum and ammonia wet flue gas desulphurization technologies were introduced respectively.The techno logic performance,econom ic index and environmental influence of l im estone-gypsum desulphurization process were compared w ith ammonia desulphurization process.It is concluded that l im estone-gypsum desulfurization process is still taken as the chief technology in short term,and ammonia desulphurization process w ill be w idely used in china in future.〗

wet desulfurization;l im estone-gypsum desulfurization;ammonia desulfurization;compatison〗

X701.3

B

1674-8069(2011)05-026-03

2011-06-07;

2011-08-30

黃麗娜 (1982-),女,江蘇啟東人,工程師,主要從事火電廠煙氣脫硫、脫硝技術(shù)研究。E-mail:hrena@gcl-eng.com