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氨法煙氣脫硫技術(shù)在大型火力發(fā)電廠的應(yīng)用
徐長香 張學(xué)輝
（江蘇新世紀江南環(huán)保有限公司，南京 211100）
摘要：本文以氨法脫硫技術(shù)在廣西水利電力建設(shè)集團有限公司田東電廠2×135MW機組煙氣脫硫中的應(yīng)用為例闡述了氨法脫硫技術(shù)在大型火力發(fā)電廠的應(yīng)用前景。氨法脫硫具有脫硫效率高、能耗低、運行穩(wěn)定、無二次污染等特點，同時其副產(chǎn)物硫酸銨滿足農(nóng)用化肥標準，具有較好的市場前景。
關(guān)鍵詞：氨法 煙氣脫硫 火力發(fā)電廠 硫酸銨
Abstract: This article states the prospect of applying the technology of ammonia flue gas desulfurization on large scale of power plant, basic on the example that Tiandong fuel-burning power plant 2×135MW Unit of Guangxi Water Resources and Electric Power Construction Group. The ammonia flue gas desulfurization has many benefits, such as high-efficiency of desulfurization, low-energy consumption, steady operation, and without secondary pollution; at the same time, its by-product, ammonium sulfate, satisfying the standard of agrochemical, accompanying good market prospect.
Key Words: ammonia process flue gas desulfurization fuel-burning power plant ammonium sulfate
1 概述
含硫燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣中的二氧化硫是環(huán)境治理的重要對象。目前煙氣脫硫的工藝有很多，其中氨法煙氣脫硫技術(shù)屬國際先進的新型清潔技術(shù)。氨法煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、無二次污染、可資源化回收二氧化硫能滿足循環(huán)經(jīng)濟要求等明顯優(yōu)勢。氨法煙氣脫硫原料來源于化肥，副產(chǎn)品仍是優(yōu)質(zhì)化肥，不僅不影響總氮肥供給還增加了硫元素的供給，更適合農(nóng)業(yè)大國的中國國情。近年來氨法煙氣脫硫技術(shù)在中國得到飛速的發(fā)展[1]。
隨著該工藝應(yīng)用業(yè)績的不斷增多，其裝置的穩(wěn)定性、運行的經(jīng)濟技術(shù)指標、吸收劑的來源、副產(chǎn)物的市場價值等方面的問題引起了各方的關(guān)注。本文重點介紹廣西水利電力建設(shè)集團有限公司田東電廠(以下簡稱田東電廠)2×135MW機組煙氣脫硫中的應(yīng)用情況，分析討論氨法脫硫技術(shù)在大型火力發(fā)電廠的應(yīng)用前景。
2 田東電廠2×135MW機組煙氣脫硫中的應(yīng)用
2.1 工程概況
田東電廠現(xiàn)有兩臺135MW發(fā)電機組，燃用百色地區(qū)混煤，煙氣中SO2含量設(shè)計值達7684mg/Nm3。該電廠從 2008年6月6日開始脫硫裝置的建設(shè)，2009年8月14日一次性通過168小時試運行考核。該工程采用的是塔頂煙氣直排-塔內(nèi)飽和結(jié)晶工藝的氨法煙氣脫硫技術(shù)，外購液氨為吸收劑，產(chǎn)品為硫酸銨化肥。該工程設(shè)一個吸收塔，處理1#、2#發(fā)電機組鍋爐的全部煙氣，總煙氣量達110萬Nm3/h。
2.2 設(shè)計參數(shù)
a、總煙氣量：2×550957Nm3/h（標態(tài)，濕基，實際氧）；
b、SO2含量：7684mg/Nm3（標態(tài)，干基，6%Ｏ2）；
c、煙氣中的塵含量：130mg/Nm3(標態(tài)，濕基，6%Ｏ2)；
d、原煙氣平均溫度：141℃。
2.3 工藝流程
鍋爐來煙氣進入吸收塔與硫酸銨漿液逆流接觸降溫后再進入吸收段，與吸收液接觸，二氧化硫被充分吸收后，經(jīng)水洗除霧器脫除夾帶的液滴，凈煙氣經(jīng)脫硫塔頂濕煙囪排放。
吸收液吸收二氧化硫后回流到氧化段，與氧化空氣接觸，使吸收液中的亞硫酸銨和亞硫酸氫銨得到充分氧化。
一定固含量約硫酸銨漿液送至硫銨工序經(jīng)旋流器脫水、離心機固液分離，形成濕硫銨，母液回脫硫系統(tǒng)；濕硫銨經(jīng)干燥機干燥，得到水分<1%的硫銨，進入包裝機包裝即可得到商品硫銨。其工藝流程圖見圖1：
 圖1 氨法脫硫工藝流程圖
2.4 運行指標
田東電廠脫硫裝置于2009年8月7日—8月14日整套系統(tǒng)進行168h滿負荷試運行。各項指標優(yōu)良，脫硫效率達96%以上。
（1）技術(shù)經(jīng)濟指標
本次試運行過程中，主要技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)如表1：
表1 田東電廠脫硫裝置試運行考核主要技術(shù)經(jīng)濟指標
由上表可見，各項性能參數(shù)完全達到設(shè)計要求。脫硫效率超過設(shè)計值，氨逃逸大大低于設(shè)計值，氨的利用率達到98％，表明了該氨法脫硫技術(shù)在大型火電廠特別是高硫煤燃煤煙氣治理中的技術(shù)優(yōu)勢。氨法脫硫的同時還取得了30%的脫硝率，這也為我國氮氧化物的治理提供了新的思路。此外，系統(tǒng)的能耗也較低，其電耗僅占發(fā)電量的0.57%，體現(xiàn)了氨法脫硫技術(shù)高效節(jié)能的特點。
（2）副產(chǎn)品硫酸銨質(zhì)量
副產(chǎn)品硫酸銨的檢測結(jié)果見表2，數(shù)據(jù)表明副產(chǎn)硫銨質(zhì)量完全達到了GB535-1995合格品標準，絕大部分已達到GB535-1995一級品標準。完全可作為優(yōu)質(zhì)農(nóng)用肥使用，甚至可以作工業(yè)級硫銨使用。
表2 田東電廠脫硫裝置試運行考核副產(chǎn)硫酸銨質(zhì)量
2.5 裝置的經(jīng)濟分析
（1）運行成本分析
根據(jù)田東電廠煙氣脫硫工程的運行數(shù)據(jù)測算本項目的運行經(jīng)濟指標，其結(jié)果如表3
表3 工程運行經(jīng)濟指標
表3說明該項目的直接單位脫硫成本只有187.4元/噸SO2，遠遠低于630元/噸SO2的排污費用，折算發(fā)電成本只增加0.0033元/kWh，遠遠低于0.015元/kWh的脫硫電價補貼。
（2）工程投資分析
田東電廠氨法脫硫工程的總投資為5036萬元，具體如下表：
表4 工程投資分析
注：上網(wǎng)電量按電廠年運行6000h、92%上網(wǎng)容量考慮。
由上表可見，氨法脫硫總體投資不高，一般在150-200元/kW左右，隨著機組容量的增大，其一次性投資可降至100-150元/kW。田東電廠采用氨法脫硫后，年可實現(xiàn)收益1471.4萬元，4年即可回收投資成本，經(jīng)濟效益十分顯著。
2.6 應(yīng)用效果
1）經(jīng)濟技術(shù)指標達到國際先進水平
田東電廠脫硫裝置的脫硫效率、氨回收利用率、氨的逃逸值等指標均達到了國際先進水平。
2）此氨法煙氣脫硫技術(shù)可以應(yīng)用于大型火電廠
氨法脫硫技術(shù)的工程應(yīng)用也越來越多，不斷的工程實踐也進一步促進了技術(shù)的成熟。氨法脫硫技術(shù)在田東電廠的應(yīng)用充分體現(xiàn)了該技術(shù)系統(tǒng)可靠、運行穩(wěn)定的特點，具備了大型火電廠的推廣應(yīng)用的條件。
3）能滿足高硫煤火電廠要求
氨法脫硫工藝對煤種變化的適應(yīng)能力較強。田東電廠燃煤含硫量在3%左右，采用氨法脫硫后，不但脫硫效率有保障，其運行成本也相對較低，表明該技術(shù)可完全滿足火電廠燃煤含硫不斷增高的要求。
4）響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的號召
氨法脫硫工藝充分利用氨的化學(xué)活性，可有效降低吸收反應(yīng)的液氣比，即減少了吸收液的循環(huán)量，從而有效降低了系統(tǒng)的電耗。田東電廠的電耗僅占發(fā)電量的0.57%，正是對節(jié)能降耗相關(guān)號召的積極響應(yīng)。同時氨法工藝還可利用原煙氣熱量實現(xiàn)硫酸銨溶液的濃縮結(jié)晶，有效減少了副產(chǎn)物處理的蒸汽消耗，從而進一步降低了系統(tǒng)的能耗。
5）能在脫硫的同時實現(xiàn)同步脫硝
田東電廠的運行參數(shù)表明，氨法脫硫工藝在維持脫硫效率≥95%的同時，還可取得30%左右的脫硝效率。對該工藝稍作改進后，可使得脫硝效率穩(wěn)定維持在50%以上，絕大多數(shù)的火電廠即可達到NOx排放標準，而不再需要承擔NOx排放的排污費用。真正做到了在一套裝置內(nèi)實現(xiàn)同步脫硫脫硝，節(jié)約大量投資及長期運行費用。
3 氨法煙氣脫硫技術(shù)在國內(nèi)大型火電廠推廣的可行性分析
3.1 技術(shù)成熟可靠、先進，適宜大型火電廠的推廣
廣西水利電力建設(shè)集團有限公司田東電廠2×135MW機組煙氣脫硫中的應(yīng)用情況表明氨法煙氣脫硫技術(shù)已成熟可靠、且經(jīng)濟技術(shù)指標先進，適宜大型火電廠的推廣。
3.2 吸收劑來源分析
近年來，隨著合成氨企業(yè)總體技術(shù)水平的不斷提高，我國合成氨年產(chǎn)量也在快速增加，相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2000年至2008年，其年產(chǎn)量增加了1685.8萬噸，達到了世界年總產(chǎn)量的33.6%，居世界首位。
截至2008年底，我國現(xiàn)有合成氨企業(yè)達522家，除西藏、青海、上海等少數(shù)省市外，均有相關(guān)企業(yè)分布。隨著企業(yè)競爭的加劇，我國合成氨企業(yè)呈大型化方向發(fā)展，年產(chǎn)8萬噸的企業(yè)達202家，其生產(chǎn)總量占全國合成氨總量的78.32%[2]。
合成氨企業(yè)的分布特別是中型、大型合成氨企業(yè)的廣泛分布，為氨法脫硫廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電機組提供了穩(wěn)定的保障。
圖2是國內(nèi)所有脫硫裝置皆使用氨法煙氣脫硫所需脫硫劑氨與合成氨年總產(chǎn)量的比較。
圖2 氨法脫硫需要氨量和全國合成氨總產(chǎn)量比較
由圖可見，即使國內(nèi)所有的煙氣脫硫裝置皆使用氨法脫硫技術(shù)，所需的脫硫劑氨也不足國內(nèi)合成氨總產(chǎn)量的20％。
可見，我國合成氨的總產(chǎn)量可以完全滿足火力發(fā)電廠全面應(yīng)用氨法脫硫的發(fā)展要求。采用氨法脫硫后，未減少市場的總氮容量，還增加了硫元素的供給，這對改善我國土壤結(jié)構(gòu)、促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)將都帶來積極影響[3]。
3.3 副產(chǎn)物的市場分析
硫酸銨主要作為化肥原料，它一直是我國的一個化肥品種。近年來，硫銨的非化肥應(yīng)用，如農(nóng)藥、粘膠纖維、含硫染料、橡膠制品、礦石浸取、食糖脫色等，也在大量增加。
而對于復(fù)合肥方面的應(yīng)用，我國的硫銨需求量可以超過500萬噸/年。另外，硫銨的出口量也很大，在亞洲的貿(mào)易量就超過200萬噸/年。并隨著尿素包覆等技術(shù)的應(yīng)用化肥生產(chǎn)對硫銨的需求將大幅度提升。
而我國目前的硫銨產(chǎn)量在氮肥總量中只占0.3%左右。2008年全國硫銨總產(chǎn)量約170萬噸，遠遠滿足不了市場要求[4]。
4 結(jié)論
（1）氨法煙氣脫硫工藝技術(shù)成熟、適用煤種廣、脫硫效率高、運行穩(wěn)定、系統(tǒng)能耗低，值得大型火力發(fā)電廠推廣應(yīng)用；
（2）氨法脫硫工藝可在脫硫的同時實現(xiàn)同步脫硝，適應(yīng)我國環(huán)境保護日趨嚴格的趨勢；
（3）氨法煙氣脫硫副產(chǎn)硫酸銨的品質(zhì)符合農(nóng)用化肥標準，完全滿足農(nóng)業(yè)應(yīng)用的要求；
（4）目前我國合成氨總量大、分布廣，可滿足氨法脫硫廣泛應(yīng)用的需求；
（5）國內(nèi)硫酸銨的需求量較大，現(xiàn)有生產(chǎn)能力遠遠不能滿足其需求。
參考文獻：
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