脫硫催化劑使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性分析

摘要：濕法煙氣脫硫是世界上大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法之一，由于其技術(shù)成熟、運(yùn)行狀況穩(wěn)定，我國火電脫硫工藝大部分為濕法煙氣脫硫。然而，隨著超低排放改造的完成，系統(tǒng)運(yùn)行能耗很高，并且隨著國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，大部分電廠只能燃燒低硫煤才能達(dá)到環(huán)保要求。徐州華鑫發(fā)電有限公司為了降低脫硫工藝能耗，提高燃煤經(jīng)濟(jì)性，使用了高效脫硫增效劑進(jìn)行了停泵節(jié)能試驗(yàn)和摻燒高硫煤的安全性和經(jīng)濟(jì)性實(shí)驗(yàn)，取得了明顯的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：脫硫增效劑 摻燒高硫煤 節(jié)能

火力發(fā)電是現(xiàn)代社會電力發(fā)展的主力軍，煤炭在火力發(fā)電中有著廣泛的應(yīng)用，在我國能源結(jié)構(gòu)中起著舉足輕重的作用，但是燃煤帶來的SO2的大量排放，嚴(yán)重污染了環(huán)境。在提出建設(shè)和諧社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大背景下，我們把更多的目光放在環(huán)境保護(hù)方面，對煤炭的含硫量進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。

為響應(yīng)國家對環(huán)境保護(hù)的要求，電廠具有完整的煙氣脫硫工藝及設(shè)備，目前大部分火電廠采用的是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（WFGD）工藝。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（WFGD）工藝具有技術(shù)成熟、脫硫效率高、吸收劑來源豐富并且價(jià)格低廉、副產(chǎn)品可利用的優(yōu)點(diǎn)。但目前我國火力發(fā)電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置的運(yùn)行普遍存在能耗和運(yùn)行成本高、對煤種硫份的適應(yīng)能力差、吸收塔后續(xù)設(shè)備堵塞結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重、設(shè)備磨損嚴(yán)重等問題。目前我國環(huán)保部門對電廠燃煤含硫量控制嚴(yán)格，鍋爐燃煤含硫量基本不超過0.8mg/m3.這直接導(dǎo)致了電廠燃煤成本大幅提高，煤炭市場供應(yīng)兩極分化，嚴(yán)重失衡。導(dǎo)致煤炭市場不穩(wěn)定，眾多電廠長期虧損。電廠能在保證環(huán)保達(dá)標(biāo)的情況下?lián)綗徊糠指吡蛎簳o電廠帶來不菲的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，會給低迷的煤炭市場注入一針強(qiáng)心劑。徐州華鑫電廠使用脫硫催化劑后，分別對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能試驗(yàn)和摻燒高硫煤試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)非常完滿。

2 徐州華鑫發(fā)電有限公司對脫硫增效劑的應(yīng)用

2.1徐州華鑫發(fā)電有限公司情況簡介

徐州華鑫發(fā)電廠進(jìn)行脫硫增效劑試驗(yàn)機(jī)組為2*330MW，此系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏漿液脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等組成。吸收塔系統(tǒng)共五臺漿液循環(huán)泵（A：800kw、B：450kw、C：450kw、D：800kw、E：900kw）。實(shí)際負(fù)荷為200-300MW，入口SO2濃度為1000-2000mg/m3，目前機(jī)組執(zhí)行SO2排放濃度為35mg/m3以下。

目前燃煤含硫量存在波動，當(dāng)燃煤含硫量較大時(shí)，脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行壓力較大。目前脫硫系統(tǒng)為A、E兩臺循環(huán)泵運(yùn)行，在節(jié)省系統(tǒng)電耗，降低廠用電率方面還有一定的潛力。為了使脫硫系統(tǒng)能更好的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)降低運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能省電的目的，擬采用脫硫增效劑進(jìn)行節(jié)能試驗(yàn)。脫硫增效劑適用于大型燃煤電廠的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，提高脫硫效率和石灰石利用率的效果明顯，且加藥量小。根據(jù)電廠運(yùn)行具體情況，電廠決定對#1機(jī)組進(jìn)行脫硫增效試驗(yàn)。

2.3 加藥效果分析

2.3.1加藥前漿液循環(huán)泵運(yùn)行情況

加藥前漿液循環(huán)泵運(yùn)行

由上表可以看出

1、在硫份1200mg/Nm3以下300MW負(fù)荷時(shí)PH值5.7-5.8，可以運(yùn)行AB漿液循環(huán)泵；在硫份1400 mg/Nm3以下240MW負(fù)荷時(shí)PH值6.1，運(yùn)行吃力，建議切至兩臺大泵運(yùn)行。

2、負(fù)荷在250MW上下，入口硫份在2000 mg/Nm3左右時(shí)，若想滿足排放標(biāo)準(zhǔn)需要運(yùn)行三臺泵。

2.3.2 初次投加效果

此次試驗(yàn)為#1機(jī)組試驗(yàn)，初次加藥效果如下：（詳細(xì)數(shù)據(jù)見附件）

從上表的數(shù)據(jù)可以看出：加藥后運(yùn)行一大一小兩臺泵負(fù)荷在220MW上下、入口SO2濃度在1600mg/Nm3--1700mg/Nm3，pH在5.20—5.70之間時(shí)，脫硫效率能維持在99.2%左右；出口SO2濃度降低40-50%，脫硫增效劑減排效果非常明顯。

2.3.3 加藥后提高燃煤硫份試驗(yàn)

加藥后，選取鍋爐負(fù)荷、入口SO2濃度均大于加藥前的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，考察加藥后運(yùn)行1臺大功率與1臺小功率漿液循環(huán)泵，出口SO2濃度和脫硫率的變化情況。

由上表可以看出，負(fù)荷在300MW上下，入口SO2濃度為3000mg/Nm3左右時(shí)，加藥后1臺大功率與1臺小功率漿液循環(huán)泵運(yùn)行，脫硫效率基本維持在99%以上，出口SO2濃度可有效控制在30mg/Nm2以內(nèi)。

（A/C漿液循環(huán)泵運(yùn)行，原煙氣硫份2200mg/m3，負(fù)荷320MW時(shí)#1脫硫PH值在5.8以下，排口SO2在28mg/m3以下，運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)在正常范圍內(nèi)，可以運(yùn)行。）

加藥后1臺大功率與1臺小功率漿液循環(huán)泵運(yùn)行效果非常顯著，硫份較高時(shí)（入口SO2濃度為3200mg/Nm3左右）依然可以有效控制出口SO2排放濃度。

4.5 2臺小功率漿液循環(huán)泵運(yùn)行試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

（BC漿液循環(huán)泵運(yùn)行，負(fù)荷最高280MW，原煙氣硫份1000---1100mg/m3， pH值5.33—5.8之間，排口SO2含量在22 mg/Nm3—31 mg/Nm3之間。可以運(yùn)行）

由上表數(shù)據(jù)及圖可知，負(fù)荷在250MW上下，入口SO2濃度為1000mg/Nm3左右時(shí)，添加脫硫增效劑后，運(yùn)行2臺小功率漿液循環(huán)泵，同時(shí)吸收塔pH值在5.20-5.80之間，依然可以保持出口SO2濃度為30mg/Nm3以內(nèi)。由此可見脫硫增效效果非常明顯。

3 徐州華鑫發(fā)電有限公司應(yīng)用脫硫增效劑的經(jīng)濟(jì)效益分析

1）通過添加脫硫增效劑，提高了脫硫效率，減少SO2排放量，滿足了達(dá)標(biāo)排放要求。加藥后，通過合理調(diào)配循環(huán)泵運(yùn)行，可以完全避免超標(biāo)情況發(fā)生。且脫硫增效劑對系統(tǒng)燃燒高硫煤的作用效果良好。

2）通過添加脫硫增效劑，可以提高系統(tǒng)系統(tǒng)裕量，使系統(tǒng)適應(yīng)緩沖能力更強(qiáng)，當(dāng)燃煤硫份超出設(shè)計(jì)值的30%時(shí)也能很好的控制出口排放達(dá)標(biāo)，此項(xiàng)燃燒高硫煤，每年為公司節(jié)省近千萬元的效益。

3）在入口SO2濃度較低的情況下，加藥后相比加藥前運(yùn)行兩臺小功率漿液循環(huán)泵即可，可以降低廠用電率。

吸收塔停運(yùn)行1臺大功率和1臺小功率漿液泵，比運(yùn)行2臺大功率漿液泵（以運(yùn)行方式有A＼E切換至A＼B泵計(jì)算），一天可節(jié)省電費(fèi)為：

（900kw-450kw）×24×0.378元=4082元。一年可節(jié)省電費(fèi)為：4082元×300=122.4萬元。

吸收塔每日投加40KG，一年按兩次建立初始加藥濃度，一年藥劑使用費(fèi)用為：（40×300+800×2）×52.7元=71.6萬元。

一臺吸收塔停運(yùn)一臺漿液循環(huán)泵，每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用為122.4-71.6萬元=50.8萬元。

兩臺吸收塔同時(shí)加藥，可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用為101.6萬元。

高負(fù)荷時(shí)脫硫用電率下降較明顯（日脫硫用電率由之前0.84降至0.74左右）。

4）加入增效劑后，脫硫系統(tǒng)對燃煤硫份的波動適應(yīng)性增強(qiáng)，可以適當(dāng)提高燃煤硫份，以我廠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，使用增效劑可提高燃煤硫分80%，市場采購價(jià)格每噸保守估計(jì)可降低5元左右，以兩臺機(jī)組每天燃煤3000噸計(jì)算?？山档腿济撼杀?3000噸×40元/噸=120000，全年可降低成本=12萬元×300=3600萬元。在為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障的同時(shí)還能降低運(yùn)行成本。

5）脫硫增效劑有增強(qiáng)石灰石溶解的作用，加入增效劑后可以提高石灰石利用率，石灰石粉用量減少。

6）脫硫增效劑可以增強(qiáng)脫硫塔內(nèi)的漿液氧化效果，對石膏的脫水率有提升，可以提高石膏的品質(zhì)。

7）脫硫增效劑具有減少系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的作用，在一定程度上能夠改善或緩解系統(tǒng)結(jié)垢的問題，提高設(shè)備備用系數(shù)和減少循環(huán)泵系統(tǒng)的檢修、維護(hù)工作量，減少了循環(huán)泵的檢修和維護(hù)費(fèi)用。

8）脫硫催化劑的使用增加了脫硫系統(tǒng)的設(shè)備富余量，大大提高了脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠性。

總之，脫硫增效劑的使用有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和可靠的安全性。

4 增效劑添加試驗(yàn)結(jié)果討論

徐州華鑫發(fā)電有限公司通過添加脫硫增效劑，在不改變系統(tǒng)及設(shè)備情況下，大幅提高了系統(tǒng)的處理能力，可以迅速有效降低出口SO2濃度。其效果相當(dāng)于1-2臺漿液循環(huán)泵的處理能力。對于目前電廠執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，添加脫硫增效劑后，提高了系統(tǒng)裕量，使系統(tǒng)適應(yīng)緩沖能力更強(qiáng)，當(dāng)其他條件（如煤質(zhì)、煙溫、機(jī)組負(fù)荷等）存在波動時(shí)，系統(tǒng)依然可以高效、穩(wěn)定及環(huán)保運(yùn)行，增強(qiáng)了運(yùn)行控制能力。電廠經(jīng)營管理水平和安全性等各項(xiàng)重要指標(biāo)得到提升。后期運(yùn)行成本也較系統(tǒng)改造更低。

通過添加脫硫催化劑，大幅提高了系統(tǒng)對燃煤硫份適應(yīng)范圍，大幅降低燃煤成本。以年燃煤用量計(jì)算，此項(xiàng)可減少燃煤采購成本上千萬元。另外，脫硫增效劑具有減少系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的作用，系統(tǒng)在添加脫硫添加劑后，在一定程度上能夠改善或緩解系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢問題，延長系統(tǒng)及其設(shè)備使用壽命。

5 結(jié)束語

為了有效控制SO2對大氣造成的污染，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，在目前成熟脫硫工藝的基礎(chǔ)上而開發(fā)的脫硫添加劑，可進(jìn)一步提高脫硫效率、降低脫硫運(yùn)行成本，將會帶來很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝中，脫硫劑石灰石反應(yīng)活性主要取決于石料成分、CaCO3含量、粒徑及其分布等因素，石灰石CaCO3含量越大、粒徑越小，脫硫反應(yīng)活性越高，在石灰石漿液中添加脫硫增效劑，能有效提高石灰石的活性、促進(jìn)石灰石的溶解，在脫硫吸收塔中，煙氣中SO2脫除率及鈣轉(zhuǎn)化率顯著提高，在提升脫硫效率的同時(shí)，提高了石灰石CaCO3的吸收利用率。由于脫硫增效劑減緩pH值的波動，減少了漿液補(bǔ)充調(diào)整的操作頻次，提高了供漿流量均衡性，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，有效降低了脫硫運(yùn)行費(fèi)用。

試驗(yàn)證明，應(yīng)用脫硫增效劑還可以提高運(yùn)行操作的靈活性，拓展燃煤硫分的適應(yīng)范圍，這樣既降低了投資成本和運(yùn)行費(fèi)用，也確保了SO2達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙豐收。

參考文獻(xiàn)：

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[2]濕法脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行與節(jié)能降耗[M].中國電力出版社，2010.

作者簡介：

李壯志，男，工程師，徐州華鑫發(fā)電有限公司發(fā)電部除灰脫硫?qū)I(yè)工程師，郵編：221000