TS-35型氨法脱硫工业化试验及其经济性分析

1、全国化工热工设计技术中心站2004年年会论文集PAGE PAGE 122TS-35型氨氨法脱硫工业业化试验及其其经济性分析析黄亚继1金保升升1朱凤松2 何新华2 夏 红红2 东南大学洁净煤煤发电和燃烧烧技术教育部部重点实验室室，南京 22100966 2.南京市玄武武区环保局，南南京 2100096）Industrry Expperimeent annd Ecoonomicc Anallysis on TSS-35 AAmmoniia Dessuphurrizatiion Faacilitty Huang YYaji1, Jinn baossheng11, Zhuu Fenggsong22,

2、He Xinhuua2, Xiaa Hongg2 (1 Eduucatioon Minnistryy Key Laborratoryy on CClean Coal Powerr Geneeratioon andd Combbustioon Tecchnoloogy, SSoutheeast UUniverrsity, Nanjjing 22100966, Chinaa2 Nanjiing Xuuanwu Envirronmenntal PProtecction Bureaau, naanjingg 2100096,Chhina)内容摘要 对TS-35型氨法法脱硫工艺进进行了系统的的工业化试验

3、验研究，该脱脱硫工艺对原原有锅炉参数数影响小，氨氨水消耗量小小，阻力小，能能耗低，脱硫硫效率可达880，几乎乎无废水排放放，二次污染染程度小，适适用于中小型型锅炉的脱硫硫，但有可能能会加剧锅炉炉尾部设备的的腐蚀。对于于大型锅炉，必必须考虑副产产品硫酸铵的的销路和价格格问题。通过过经济性分析析，得出目前前实施的排污污收费制度存存在一定的弊弊病，有必要要完善以总量量控制为目标标的排放许可可权交易制度度。关 键 词 氨法脱硫硫；经济性分分析；工业化化试验；排污污收费Abstracct: Thhe tecchnoloogicall proccess oof dessulphuurizattion ww

4、ith aammoniia wass testted inndustrriallyy on tthe TSS-35 ddesulpphurizzationn faciility. The facillity hhas liittle effecct on the bboilerr paraameterrs andd havee otheer advvancess suchh as llittlee fed ammonnia liiquid, low systeem ressistannce, llow ennergy lossees, hiigh deesulphhurizaation eff

5、icciencyy, no wastee wateer to dischharge and nno seccondarry polllutioon. So itt fitss the desullhpuriizatioon of middlle andd smalll scaale inndustrrial bboilerr. Butt it mmay caause mmore eend coorrosiion. TThe seell annd priice off (NH44)2SO4 mustt be ttaken into accouunt onn a laarge sscale ind

6、usstriall boiller. PPresennt polllutioon chaarge ssystemm can be seeen too havee somee disaadvanttages and SSO2 allowwance-tradiing syystem must be peerfectted.Key worrds: ddesulpphurizzationn withh ammoonia, econoomic aanalyssis, iindusttry exxperimment, polluution chargge sysstem 1绪论近年来，随着我我国经济的飞飞

7、速发展，能能源消耗在急急剧增加，由由燃煤引起的的二氧化硫的的排放量一直直居高不下。22001年全全国二氧化硫硫排放重量为为1947.8万吨，其其中工业排放放量为15666.6万吨吨1。目前前，中国工业业锅炉约500多万台，中中小型锅炉（1135t/h）约占880%。工业业排放的二氧氧化硫约有11/3是由中中小型锅炉造造成的，对锅锅炉烟气脱硫硫已成为众多多环保专家研研究的主要议议题。但我国国脱硫起步较较晚，大规模模电厂脱硫仅仅处于示范阶阶段。由于经经济原因，不不可能在所有有的中小锅炉炉上匹配国外外先进的脱硫硫设备。并且且，对于中小小型锅炉烟气气脱硫，国外外也缺乏可以以照搬使用的的数据作为参参考。

8、本文主主要目的是针针对与35tt/h锅炉匹匹配的氨法脱脱硫设备进行行系统的工业业化试验，分分析脱硫设备备与锅炉之间间的相互影响响，得出脱硫硫设备运行参参数和由其引引起的二次污污染程度，最最后进行经济济性分析，为为即将实施的的排放许可权权交易制度提提供参考。2 基本参数2.1锅炉和脱脱硫设备主要要技术参数 南京跃进集集团公司热电电厂共有三台台型号为UGG-35/33.82-MM7低压自然然循环固态排排渣炉排炉，主主要是电、蒸蒸汽、供热联联产，发电量量2400万万千瓦时/年年，蒸汽量77万吨/年，供供热量7万兆兆焦/年，年年耗煤量3万万吨/年。锅锅炉尾部均装装有水膜除尘尘器，除尘效效率95。与与2

9、号锅炉匹匹配的脱硫设设备采用镇江江远东环保机机械设备厂生生产的TS35型氨法法脱硫设备，其其核心部件是是雾化喷头，设设计处理烟气气量8.4104 m3/h。安装脱硫设备后后，形成的除除尘脱硫工艺艺流程图见图图1。锅炉出出口烟气经文文丘里喷淋降降温后，在水水膜除尘器中中除去大部分分烟尘，随后后进入脱硫设设备。脱硫设设备采用稀释释后的氨水做做吸收剂，脱脱硫原理是喷喷雾吸收法。雾雾化的氨水与与烟气中SOO2进行气气气热交换和瞬瞬时化学反应应。在两级旋旋流板作用下下，反应后的的液滴或已挥挥发干的固体体颗粒坠落到到下部密封水水槽内。反应应后的烟气由由引风机，经经烟囱排入大大气。水膜除除尘器排出的的灰水与

10、脱硫硫设备排出的的废液混合进进入灰沉淀池池。灰沉淀池池中的灰水经经长时间沉淀淀后，再由水水泵送至文丘丘里喷嘴和水水膜除尘器。 图 1 除尘脱硫工工艺流程图2.2 燃料特特性为研究煤中含硫硫量对脱硫设设备性能的影影响，本试验验中共采用三三种不同含硫硫量的煤，中中硫煤由高、低低硫煤均匀掺掺和而成。试试验用煤均为为江苏徐州烟烟煤，三种煤煤的工业分析析和元素分析析见表1表1 三种种煤的工业分分析和元素分分析工业分析(%)元素分析(%)低位发热量（MJ/kg）全水份内在水份挥发份灰份固定碳碳氢硫氮氧MtMadVadAadFCadCadHadSadNadOadQd高硫煤4.292.2425.7433.49

11、38.5351.823.571.420.96.5619.72中硫煤6.322.2127.5528.3240.9256.695.780.611.524.8721.57低硫煤6.211.8429.5119.8248.8362.347.320.412.555.7223.042.3分析方法法采用3011HH比托管平行行自动烟尘采采样仪测量脱脱硫设备进出出口烟气温度度、含湿量、含含氧量、露点点温度和SOO2浓度；烟气气中氨气采用用次氯酸钠水杨酸分光光光度法（GGB/T688204.225-20000）测定；脱硫后的废废水中CODD、NH3-N和pHH值分别采用用重铬酸钾法法（GB111914899）、滴

12、定法法（水和废废水监测分析析第三版）、玻玻璃电极法（GGB69200-86）测测定。3 试验部分3.1脱硫设备备对锅炉运行行参数的影响响脱硫设备应该能能够适应锅炉炉负荷的变化化，尽可能减减少对原有锅锅炉运行参数数的影响。增增加脱硫设备备，无疑会使使整个系统压压力重新分布布。脱硫设备备阻力太大时时，就需要更更换功率大、压压头大的引风风机。经测试试脱硫设备进进出口烟气压压力，发现该该脱硫设备阻阻力很小（约约为30mmmH2O），而其其它湿法脱硫硫设备的系统统阻力通常在在120mmmH2O左右2，故该脱硫硫设备运行与与否对整个系系统压力分布布影响很小，整整个系统压力力平衡点还在在高温过热器器段附近。

13、不不过脱硫设备备运行后，排排烟温度下降降2.277.7，含湿量增增加0. 881.5%。为了了解脱硫设设备对锅炉尾尾部受热面带带来的低温腐腐蚀问题，本本文采用计算算管式空气预预热器壁温的的近似估算公公式3： ； tw为空预器壁壁温（）, ty为排烟温度度（）, to为冷空气温温度（）。虽然所测量出的的露点温度一一般比计算出出的tw高15，但考虑低低负荷等种种种原因可能引引起壁温的波波动，计算出出的tw值一般有11012的波动范围围3，故可可以认为增加加该脱硫装置置可能会加剧剧锅炉尾部设设备的腐蚀。3.2 锅炉运运行参数对脱脱硫设备的影影响锅炉出口烟气量量增加，气液液比增加，烟烟气在脱硫塔塔中滞

14、留的时时间减少，相相应的脱硫效效率也降低。但但烟气量的增增加也使得气气液扰动加剧剧，所以随着着烟气量的增增加，脱硫效效率降低的速速度减慢，见见图2。本次次试验中，在在调节锅炉负负荷时，只改改变了给煤机机转速，并没没有相应改变变送风机和引引风机功率，加加上脱硫设备备本身阻力较较小，从而使使得锅炉出口口烟气量变化化不大。从图图3可以看出出，随着锅炉炉负荷的降低低，脱硫设备备进口烟气SSO2浓度减少，脱脱硫效率总体体上呈上升的的趋势；在相相同锅炉负荷荷下，随着煤煤种含硫量增增加，烟气入入口SO2浓度也相应应增加，脱硫硫效率呈减少少的趋势。图2 烟气量与与脱硫效率的的关系 图图3 锅炉负负荷与脱硫效效

15、率的关系3.3 脱硫设设备自身参数数对脱硫效率率的影响3.3.1喷氨氨水量对脱硫硫效率的影响响 图 4 喷入氨氨水量与脱硫硫效率的关系系 图图 5 喷入入氨水量与脱脱硫设备废液液pH值的关关系喷入氨水量越大大，气液比越越小， SOO2与氨水接触触机会相应增增加，脱硫效效率也相应提提高。具体表表现在喷入氨氨水量由3550t/h变变化为4500t/h时，脱脱硫效率由663.9%变变化为80.3%。但随随着氨水量的的增加，脱硫硫设备排出废废水的pH值值呈上升的趋趋势，说明氨氨水利用率下下降。氨水量量由450kkg/h变化化到650kkg/h时，脱脱硫效率只增增加了4.55%。不过喷喷入氨水量过过低时

16、，脱硫硫效果也不理理想。氨水喷喷入量为2550kgt/h时，脱硫硫效率只有225.3%，脱脱硫设备排出出废水呈很强强的碱性（ppH值为100.1），原原因是喷入的的氨水量不足足以将雾化喷喷头很好的雾雾化，以致形形成很大的液液滴，气液接接触面积减少少，液滴停留留时间减少，从从而脱硫效率率降低，氨水水利用率反而而下降。由图图5可知，该该脱硫设备最最佳耗氨水量量在450kkg/h左右右。3.3.2氨水水浓度对脱硫硫效率的影响响氨水浓度增加，在在气液比一定定的情况下，影影响脱硫效率率的液态氨侧侧的传质速度度加快，缩短短了氨与SOO2反应时间，脱脱硫效率相应应提高，但脱脱硫后的废水水pH值也相相应提高（

17、见见图6和图77）。图 6 氨水密密度与脱硫效效率的关系 图 7 氨氨水密度与脱脱硫塔废水ppH值的关系系氨水浓度对脱硫硫效率影响比比较明显。氨氨水密度为00.994103kg/m3（对应氨水水浓度0.5570moll/L）时，脱脱硫效率为665.1，当当氨水密度变变化到0.9964103kg/m3（对应氨水水浓度4.669mol/L）时，脱脱硫效率为883.2%，但但当氨水浓度度进一步增加加时，脱硫效效率提高并不不太明显。如如氨水密度从从0.9644103kg/m3变化到0.928103kg/m3时（也就是是氨水浓度从从4.69mmol/L增增加到14.88moll/L），脱脱硫效率只增增加

18、6.4%。所以在实实际运行时要要兼顾脱硫效效率和氨水成成本两个方面面。3.3.3入口口SO2浓度对脱硫硫效率的影响响当氨水浓度和流流量一定时，脱脱硫设备入口口SO2浓度增加，出出口SO2浓度也相应应增加，脱硫硫效率随入口口SO2浓度的增加加而降低（见见图8）。但但也可以看出出随着进口SSO2浓度的增加加，脱硫塔废废水pH值呈呈下降的趋势势，说明氨水水利用率增加加（见图9）。图 8 入口烟烟气SO2浓度与脱硫硫效率的关系系 图 9 入入口SO2浓度与脱硫硫塔废水pHH值的关系3.4 氨法法脱硫带来的的二次污染考虑到氨法脱硫硫会带来二次次污染，本次次研究中还测测定了烟气中中NH3含量和排出出废水中

19、NHH3-N、COOD含量。所所有工况下，测测得的烟气中中NH3含量都很低低（大概在11.0ppmm）。造成烟烟气中NH33含量低的原原因有：（11）脱硫设备备喷入氨水量量少， NHH3与SO2反应速率快快，氨水利用用率高；（22）烟气进入入脱硫设备前前先经过水膜膜除尘器除尘尘降温，含湿湿量大（一般般在6.0左左右），有可可能在脱硫设设备之后的烟烟道壁上凝结结成液体，而而气态NH33又极易溶解解于水；（33）硼酸滴定定法的检测能能力有限，不不能有效的测测定烟气中NNH3含量。胡昌昌华等人在四四川某电厂氨氨吸收法 (NADS氨氨肥法 )中试试验中中测定脱硫塔塔出口烟气氨氨含量低于550ppm4。

20、脱硫设备排出废废水中NH33-N、COOD含量很高高，可以说明明两个方面问问题：（1）脱脱硫废水不能能直接排放，其其NH3-N和COOD远超过废废水排放标准准中规定的极极限值；（22）NH3-N含量高高也为脱硫废废水的回收利利用提供可能能性，大型氨氨法脱硫系统统往往将回收收铵盐作为抵抵消脱硫成本本主要的经济济来源。4 氨吸收法脱脱硫的经济性性分析脱硫工艺经济性性分析的主要要因素是投资资费用、运行行费用和脱硫硫副产品销售售市场及其经经济效益。理理想的脱硫工工艺应该是投投资少，脱硫硫效率能够满满足排放要求求，副产品容容易处理而且且所产生的经经济效益可冲冲抵脱硫剂和和运行费用并并有所节余。在本次试验

21、中，所所使用的脱硫硫塔没有回收收硫酸铵副产产品，一个主主要原因是该该设备耗氨水水量很小，并并且氨水中大大部分水分在在脱硫过程中中因烟气潜在在的热焓而挥挥发，真正最最后落入水封封槽的反应后后的溶液量很很小，从而回回收硫酸铵副副产品所带来来的经济效益益不是很明显显。加上南京京跃进集团公公司热电厂地地处工业园区区，离农田和和化肥厂较远远，给硫酸铵铵的进一步应应用带来不便便。该脱硫设设备实际运行行时，是将脱脱硫塔尾部排排出的碱性残残留液体去中中和除尘器出出口酸性灰水水，二者混合合最终流入沉沉淀池。在相同负荷下，随随着入炉煤含含硫量的增加加，除尘器出出口SO2浓度也在增增加，几乎成成等比关系。试试验测得

22、结果果表明，在燃燃烧高硫煤时时，除尘器出出口SO2浓度受锅炉炉负荷的影响响要比燃烧低低硫煤时高得得多。若燃烧烧中低硫煤，SSO2排放满足现现行的排放要要求，但低硫硫煤的价格往往往比高硫煤煤高。若燃烧烧高硫煤，在在环保要求日日益严格的今今天，无疑要要控制SO22排放，从而而增加了投资资和运行费用用。表2 脱硫塔运运行经济性分分析参数燃烧高硫煤不加脱硫设备燃烧高硫煤加脱硫设备燃烧中硫煤不加脱硫设备燃烧中硫煤加脱硫设备燃烧低硫煤不加脱硫设备脱硫塔一次性投投资 万元 29 29 脱硫塔折旧费 万元元/年 1.9 1.9 氨水（20） 元/吨 580 580 氨水费用 万元/年 116 104 脱硫塔运

23、行电耗耗 万元/年0.80.8 煤价格 元/吨300 300 310310 325 煤费用 万元/年年825 825 852.5852.5893.8锅炉排放SO22量 吨/年年656.25 175 179.239.295.2SO2排污费 万万元/年13.1 3.5 全年费用 万万元/年838.1 947.2 856.1960.0895.7典型的经济性分分析结果列于于表2。这里里没有考虑回回收硫酸铵带带来的副产品品收入以及由由于脱硫所带带来的环境效效应和社会效效应，而仅仅仅从燃煤价格格和排污费收收费上对脱硫硫设备进行经经济性分析。为为简单起见，脱脱硫设备一次次性投资费用用按照等年限限折算，不考考

24、虑政府政策策行为和脱硫硫设备对锅炉炉的影响。由由于南京跃进进集团公司热热电厂属于自自备电厂，主主要用于产汽汽，正常运行行时间为8小小时/天。为为了将所讨论论的问题普遍遍化，今假设设该锅炉年利利用小时数为为5000hh。SO2排污费按照照目前实行的的0.2元/收取。高、低硫煤价格格参照目前市市场价格。从上表可以看出出，在不计入入脱硫设备维维护费和人员员费的情况下下，增加脱硫硫设备后发电电直接成本增增加12左左右(高硫煤煤（947.28388.1）/8838.1=13%；中中硫煤（9660.08856.1）/856.1112.11)。在没没有副产品可可以回收且目目前国家还没没有将脱硫成成本计入电价

25、价的情况下，这这笔投资费用用对于商业化化运作的电厂厂来说确实是是一笔很大的的费用。值得得一提的是燃燃烧低硫煤且且不安装脱硫硫设备的发电电成本比燃烧烧高硫煤且安安装脱硫设备备的发电成本本低（9477.28995.7）/895.77=5.7%。经济性分析说明明目前实施的的排污收费制制度存在一定定的弊病。增增加脱硫设备备后的费用比比企业治理费费用以及燃烧烧低硫煤费用用高，除环境境效益、社会会效益外，电电力企业无任任何经济效益益，从而影响响企业脱硫的的积极性。目目前用煤企业业往往采用宁宁多交排污费费的态度，或或燃烧低硫煤煤以满足环境境排放标准。然然而从长久角角度来看，燃燃烧低硫煤只只是缓兵之策策。因为从煤煤炭资源的埋埋藏分布特征征看，一些生生产优质煤的的大型矿区，220年后将向向深部地层开开发，更多的的高硫煤将被被开采5。排污收费费虽然在污染染控制治理、“三废”综合利用方面、环保资金统筹方面起了很大作用，但也暴露一些弊病，如对排放浓度和排放总量没有限制，既不考虑单位时间某地区可以承受的环境容量，也不考虑区域整体环境质量水平，仅仅按照SO2相同标准来0.2元/kg来收取。所以政府部门在脱硫政策上必须