氨法煙氣脫硫技術(shù)在大型火力發(fā)電廠的應(yīng)用

第頁氨法煙氣脫硫技術(shù)在大型火力發(fā)電廠的應(yīng)用徐長(zhǎng)香張學(xué)輝（江蘇新世紀(jì)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(tuán)有限公司田東電廠2×135MW機(jī)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(yùn)行穩(wěn)定、無二次污染等特點(diǎn)，同時(shí)其副產(chǎn)物硫酸銨滿足農(nóng)用化肥標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的市場(chǎng)前景。關(guān)鍵詞：氨法煙氣脫硫火力發(fā)電廠硫酸銨Abstract:Thisarticlestatestheprospectofapplyingthetechnologyofammoniafluegasdesulfurizationonlargescaleofpowerplant,basicontheexamplethatTiandongfuel-burningpowerplant2×135MWUnitofGuangxiWaterResourcesandElectricPowerConstructionGroup.Theammoniafluegasdesulfurizationhasmanybenefits,suchashigh-efficiencyofdesulfurization,low-energyconsumption,steadyoperation,andwithoutsecondarypollution;atthesametime,itsby-product,ammoniumsulfate,satisfyingthestandardofagrochemical,accompanyinggoodmarketprospect.KeyWords:ammoniaprocess

fluegasdesulfurization

fuel-burningpowerplant

ammoniumsulfate1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(duì)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(guó)際先進(jìn)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(jì)要求等明顯優(yōu)勢(shì)。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(guó)的中國(guó)國(guó)情。近年來氨法煙氣脫硫技術(shù)在中國(guó)得到飛速的發(fā)展[1]。

隨著該工藝應(yīng)用業(yè)績(jī)的不斷增多，其裝置的穩(wěn)定性、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、吸收劑的來源、副產(chǎn)物的市場(chǎng)價(jià)值等方面的問題引起了各方的關(guān)注。本文重點(diǎn)介紹廣西水利電力建設(shè)集團(tuán)有限公司田東電廠(以下簡(jiǎn)稱田東電廠)2×135MW機(jī)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(jī)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(tái)135MW發(fā)電機(jī)組，燃用百色地區(qū)混煤，煙氣中SO2含量設(shè)計(jì)值達(dá)7684mg/Nm3。該電廠從2019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(shí)試運(yùn)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(gè)吸收塔，處理1#、2#發(fā)電機(jī)組鍋爐的全部煙氣，總煙氣量達(dá)110萬Nm3/h。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)

a、總煙氣量：2×550957Nm3/h（標(biāo)態(tài)，濕基，實(shí)際氧）；

b、SO2含量：7684mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%Ｏ2）；

c、煙氣中的塵含量：130mg/Nm3(標(biāo)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(jìn)入吸收塔及硫酸銨漿液逆流接觸降溫后再進(jìn)入吸收段，及吸收液接觸，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，及氧化空氣接觸，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(jī)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(jī)干燥，得到水分<1%的硫銨，進(jìn)入包裝機(jī)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(yùn)行指標(biāo)

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(jìn)行168h滿負(fù)荷試運(yùn)行。各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良，脫硫效率達(dá)96%以上。（1）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本次試運(yùn)行過程中，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)如表1：表1田東電廠脫硫裝置試運(yùn)行考核主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目單位平均值設(shè)計(jì)值1脫硫效率%96.2952脫氮效率%30

3脫硫島壓力降kPa0.77≤1.04塔出口NH3含量mg/Nm30.07≤105氨利用率%98976NH3/S

2.04≤2.087耗電量kWh1548.2≤1682

由上表可見，各項(xiàng)性能參數(shù)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。脫硫效率超過設(shè)計(jì)值，氨逃逸大大低于設(shè)計(jì)值，氨的利用率達(dá)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(shì)。氨法脫硫的同時(shí)還取得了30%的脫硝率，這也為我國(guó)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(diǎn)。（2）副產(chǎn)品硫酸銨質(zhì)量

副產(chǎn)品硫酸銨的檢測(cè)結(jié)果見表2，數(shù)據(jù)表明副產(chǎn)硫銨質(zhì)量完全達(dá)到了GB535-1995合格品標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分已達(dá)到GB535-1995一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。完全可作為優(yōu)質(zhì)農(nóng)用肥使用，甚至可以作工業(yè)級(jí)硫銨使用。表2田東電廠脫硫裝置試運(yùn)行考核副產(chǎn)硫酸銨質(zhì)量序號(hào)分析項(xiàng)目指標(biāo)實(shí)測(cè)值最高值最低值平均值1N，%≥20.521.1820.9321.02H2O，%≤1.00.240.080.193游離酸，%≤0.20.170.080.132.5裝置的經(jīng)濟(jì)分析（1）運(yùn)行成本分析

根據(jù)田東電廠煙氣脫硫工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)算本項(xiàng)目的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其結(jié)果如表3表3工程運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)工程和費(fèi)用名稱單位指標(biāo)值1年運(yùn)行費(fèi)用萬元4210.42年脫SO2總量噸27312.03年硫銨產(chǎn)量噸569004年銷售收入萬元3698.55年脫硫成本萬元511.96脫硫單位成本元/噸187.47發(fā)電增加成本元/kWh0.0033

表3說明該項(xiàng)目的直接單位脫硫成本只有187.4元/噸SO2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于630元/噸SO2的排污費(fèi)用，折算發(fā)電成本只增加0.0033元/kWh，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.015元/kWh的脫硫電價(jià)補(bǔ)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工程投資分析序號(hào)工程和費(fèi)用名稱單位指標(biāo)值一工程投資

1設(shè)備材料費(fèi)萬元37632土建工程費(fèi)萬元4603安裝工程費(fèi)用萬元5084設(shè)計(jì)及調(diào)試費(fèi)用萬元805其它萬元225合計(jì)萬元5036二單位投資成本元/kW187三年脫硫電價(jià)補(bǔ)貼萬元2235.6四年脫硫成本萬元511.9五折舊費(fèi)萬元251.8五年脫硫收益萬元1471.9六投資回收年限年4

注：上網(wǎng)電量按電廠年運(yùn)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(jī)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(shí)現(xiàn)收益1471.4萬元，4年即可回收投資成本，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。2.6應(yīng)用效果1）經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(biāo)均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)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(shí)踐也進(jìn)一步促進(jìn)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(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，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(duì)煤種變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)。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(yùn)行成本也相對(duì)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(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)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(duì)節(jié)能降耗相關(guān)號(hào)召的積極響應(yīng)。同時(shí)氨法工藝還可利用原煙氣熱量實(shí)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(jìn)一步降低了系統(tǒng)的能耗。5）能在脫硫的同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步脫硝

田東電廠的運(yùn)行參數(shù)表明，氨法脫硫工藝在維持脫硫效率≥95%的同時(shí)，還可取得30%左右的脫硝效率。對(duì)該工藝稍作改進(jìn)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(dá)到NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，而不再需要承擔(dān)NOx排放的排污費(fèi)用。真正做到了在一套裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步脫硫脫硝，節(jié)約大量投資及長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用。3氨法煙氣脫硫技術(shù)在國(guó)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(jìn)，適宜大型火電廠的推廣

廣西水利電力建設(shè)集團(tuán)有限公司田東電廠2×135MW機(jī)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(jì)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，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(guó)合成氨年產(chǎn)量也在快速增加，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2000年至2019年，其年產(chǎn)量增加了1685.8萬噸，達(dá)到了世界年總產(chǎn)量的33.6%，居世界首位。截至2019年底，我國(guó)現(xiàn)有合成氨企業(yè)達(dá)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(jìng)爭(zhēng)的加劇，我國(guó)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(dá)202家，其生產(chǎn)總量占全國(guó)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(jī)組提供了穩(wěn)定的保障。圖2是國(guó)內(nèi)所有脫硫裝置皆使用氨法煙氣脫硫所需脫硫劑氨及合成氨年總產(chǎn)量的比較。

圖2氨法脫硫需要氨量和全國(guó)合成氨總產(chǎn)量比較

由圖可見，即使國(guó)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(guó)內(nèi)合成氨總產(chǎn)量的20％。

可見，我國(guó)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(chǎng)的總氮容量，還增加了硫元素的供給，這對(duì)改善我國(guó)土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)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(chǎng)分析

硫酸銨主要作為化肥原料，它一直是我國(guó)的一個(gè)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(duì)于復(fù)合肥方面的應(yīng)用，我國(guó)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(duì)硫銨的需求將大幅度提升。而我國(guó)目前的硫銨產(chǎn)量在氮肥總量中只占0.3%左右。2019年全國(guó)硫銨總產(chǎn)量約170萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)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(yùn)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(shí)實(shí)現(xiàn)同步脫硝，適應(yīng)我國(guó)環(huán)境保護(hù)日趨嚴(yán)格的趨勢(shì)；

（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(biāo)準(zhǔn)，完全滿足農(nóng)業(yè)應(yīng)用的要求；

（4）目前我國(guó)合成氨總量大、分布廣，可滿足氨法脫