氨法烟气脱硫技术经济性分析

氨法烟气脱硫技术经济性分析

氨法烟气脱硫技术随着2013年教育部新修订的《火电工业废水排放标准》（gb133-2011）的发布，该标准取代了原总循环保护办公室2003年通过的《火电工业排放标准》（gb133-2011）。2012年1月1日开始实施新标准，提高了电气工业的环保许可证水平。新标准对排放限制进行了大幅修订和从严,提高了新建机组和现有机组烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放控制要求。氨法脱硫技术作为一种符合循环经济要求的绿色环保脱硫技术,氨法脱硫技术越来越吸引了业界的重视。氨法烟气脱硫的副产品是硫酸铵,正是中国广大耕地所需要的含氮含硫的肥料,它可以单独使用,也可以和其他营养元素一起做复合肥料,有着广阔的市场需求,能较好地适应我国烟气脱硫发展的需要。不象钙基脱硫副产品石膏或亚硫酸钙,或因其市场饱和,或因其无法使用,抛弃后还占用宝贵的土地资源,形成“石头搬家”现象。越来越多的化工行业自备热电厂采用了氨法脱硫技术处理锅炉烟气,特别是生产合成氨的工厂,其生产过程有废氨水的产生,将废氨水作为脱硫剂,副产硫铵化肥,实现以废治废,变废为宝。在技术推广应用过程中,仍存在一些问题尚未得到很好的解决,如抑制气溶胶的生成、抑制氨挥发、亚硫酸铵氧化控制技术等,但氨法脱硫技术依然在我国脱硫行业获得了长足发展,其适用范围广,不受燃煤含硫量、机组容量的限制,脱硫效率高、无废水废渣排放、回收硫资源的优势也获得了业界的普遍认可。针对这些问题,根据我公司已建成的氨法烟气脱硫项目运行情况,针对副产物硫酸铵结晶方式的不同,可分为塔内饱和结晶工艺和塔外蒸发结晶工艺。针对这两种工艺方案,下面将从工艺流程与特点、技术经济性分析等方面进行分析。1塔外蒸发结晶处理1.1蒸发结晶器-焦炉烟气烟气工艺流程:锅炉出口原烟气经电除尘器除去99%以上的烟尘后,从吸收塔中部进入吸收塔;吸收液由循环泵打入喷淋管道,经喷嘴喷淋而下,雾化状的吸收液与烟气逆流充分撞击,混合接触反应生成亚硫酸铵;塔顶部的二级除雾器去除脱硫净化后烟气夹带的绝大部分雾滴,使其雾滴含量<75mg/Nm3,净化后烟气由烟囱排出;脱硫产物亚硫酸铵在吸收塔底部被氧化风机鼓入的空气氧化成硫铵;料液取出泵将35%的硫氨溶液从脱硫塔取出后打入母液箱,再进入蒸发结晶器;蒸发结晶器设置有抽真空系统,硫铵溶液在其中70℃左右就达到沸点,比正常蒸发下降了40℃,大大降低了蒸汽用量;蒸发结晶器出口含固量为30%的硫酸铵料浆,经离心机进一步分离,干燥机造粒,就得到含水率低于1%纯度较高的硫酸铵产品,且符合《GB535-1995硫酸铵》国家标准。流程示意图见下图。1.2脱硫塔蒸发结晶出液、蒸发流程蒸发结晶系统的功能是将干净的一定浓度(~40%)的硫酸铵溶液蒸发,使其有一定的结晶体析出(含固量~20%)。设置一套三效蒸发系统,由浓缩进料槽兼检修槽(1台)、浆液泵(2台,一运一备)、一效蒸发器(包括1台加热室、1台分离室)、二效蒸发器(包括1台加热室、1台分离室)、三效蒸发器(包括1台加热室、1台分离室)、表面冷凝器(1台)、蒸发循环泵(2台)、真空泵(1台)以及硫酸铵取出泵(1台,一运一备)等设备组成。脱硫塔取出泵送来的~35%硫酸铵溶液收集在浓缩进料槽中,浆液泵再将硫酸铵溶液送至一效加热室进口处加热后去分离室进行气液分离,在一效进行气液分离后的物料因为料液物料温度较高,先到二效分离室进行闪蒸,然后参与循环加热再蒸发,同样方式将物料输送至三效,三效蒸发后含有20%结晶体的硫酸铵溶液由硫酸铵取出泵送至旋流站中。厂区送来的适当温度压力下的生蒸汽进入一效加热室壳程对物料进行加热,一效分离室蒸出的二次蒸汽进入二效加热室壳程,一效冷凝水进入闪蒸罐闪发出一部分蒸汽进入二效壳程进行加热,闪蒸后的冷凝水通过疏水器回锅炉作为软化水使用。二效蒸出的二次蒸汽进入三效加热室,二效冷凝水进入闪蒸罐闪发出一部分蒸汽进入三效壳程进行加热,闪发后的冷凝水和三效冷凝水以及冷凝器中的冷凝水混合后收集在冷凝水罐中,由冷凝水泵送至合适的地方再利用。蒸发结晶工艺流程图如下:1.3塔外蒸发结晶技术的特点脱硫循环系统溶液为接近饱和溶液,无结晶,脱硫塔及吸收液循环系统的磨损减小,提高了脱硫部分的可靠性。(2)硫铵产品的外观良好蒸发结晶的产品粒径达0.2mm左右,比饱和结晶颗粒(0.05-0.15mm)大,产品颗粒感较强,外观好,有利于销售。1.4蒸发冷蒸发蒸发结晶有常压蒸发、真空蒸发、单效、二效、三效等多种方法,其中(1)三效蒸发工艺的流程复杂,设备较多,操作要求比较高;(2)单效蒸发工艺的蒸汽耗量较大,操作简单;(3)采用二效蒸发,可降低蒸汽耗量,同时工艺流程也较为简捷,操作控制较为方便;蒸发室保持一定的真空度,可有效增加传热温差,从而减少换热面积,节省了投资。单效、二效或三效蒸发采用抽真空的方法进行,将从蒸发器中抽出来的蒸汽经过冷凝器后冷凝成液体,经过汽液分离后的冷凝液回收,不可凝气体被真空泵送往缓冲罐后排入大气。塔外蒸发结晶比塔内饱和结晶工艺多一套蒸发结晶装置,塔外蒸发结晶工艺具有系统更可靠、硫铵结晶外观好等优点,但其投资大、能耗高、蒸发系统影响因素较多,控制调节要求严格,运行管理和操作相对比较复杂,对操作人员要求高。2塔的饱和结晶过程2.1次旋流器浓缩塔内饱和结晶工艺核心是利用原烟气的热量将脱硫塔内循环泵喷淋液浓缩到饱和状态并产生结晶,再经过固液分离、干燥和包装形成商品。为了维持塔内浆液的化学反应及物料平衡,回收吸收浆液中的副产品硫酸铵,由吸收塔排出泵将含固量约5%的硫酸铵饱和浆液送到一次旋流器进行初步浓缩,其溢流返回吸收塔,含固量为10-15%的底流泵入一级旋流底流槽,再由此罐泵入二次旋流器进一步浓缩。二次旋流器底流含固体硫酸铵量达到40-50%,由泵送入离心机给料储罐,由此罐再泵入离心机进行脱水。二次旋流器的溢流收集在二次旋流集液槽内,其大部分由泵送回吸收塔;部分送去压滤机除飞灰,滤液返回集液罐。集液罐将一部分液体送往产品干燥机让其蒸发。为了防止循环的吸收浆液中氯离子浓度过高给吸收塔及其他设备部件造成腐蚀(一般将其浓度控制在20g/l以下),需将数量有限的集液罐中的废水排向肥料生产干燥机,并和脱水后的硫酸铵同时进行蒸发处理。脱水后的氯化铵本身也是肥料将和硫酸铵混在一起。因为其量很小,不会对产品质量产生影响。离心机的下产品——滤液去二级旋流集液罐,上产品——硫酸铵半成品含水2%,由干式螺旋输送机送至干燥机干燥,冷却机冷却后,再由干式螺旋输送机送至硫酸铵储藏仓中,硫酸铵储藏仓总容量按贮存6小时的硫酸铵考虑。仓罐下安装一台自动包装机用于硫酸铵的打包,打包后堆放仓库面积按2班生产的硫酸氨量考虑。塔内饱和结晶脱硫工艺流程图如下:2.2塔的饱和结晶技术的特点(1)产品比蒸发结晶工艺塔内饱和结晶工艺利用烟气的热量进行浓缩结晶,不需消耗额外的蒸汽,每吨产品比蒸发结晶工艺可节省蒸汽1.1t/t(硫铵溶液按40%计)。蒸发结晶工艺多一套蒸发设备,整个系统的电耗和循环水耗量均有所增加。(2)氨法脱硫副产的硫铵溶液温度塔内饱和结晶工艺,硫铵系统的操作温度50~60℃,蒸发结晶工艺的操作温度为100~130℃。操作温度低可降低物料对系统的腐蚀。氨法脱硫副产的硫铵溶液温度越高腐蚀力越强,如蒸发结晶的换热管就是最容易损坏的部位。只有操作温度低时,才可采用耐腐性能优越的非金属材料(如PP、FRP等)来大幅度提高设备使用寿命。(3)脱硫塔循环泵饱和结晶工艺的液气比至少是蒸发结晶工艺的的2-3倍,脱硫塔循环泵的流量较大,随着脱硫塔内的硫酸铵浆液的浓度提高,硫酸铵晶体含量增加,导致脱硫塔循环泵的功率较高。(4)系统的维护简单,发挥后在其生长塔内饱和结晶工艺流程短,设备少故障点少,系统可靠性提高,运行维护相对简单,但塔内溶液浓度高,有结晶,系统处理不好容易堵塞喷头。(5)硫酸铵损害机理◆硫酸铵的逃逸和夹带比较严重由于循环的硫酸铵浆液处于饱和状态,硫铵溶液浓度高,在循环喷淋的过程中,形成气溶胶,形成氨逃逸。烟气带走的硫酸铵会增多;硫铵溶液浓度高堵塞喷嘴;塔内结晶容易造成多重结晶、群晶,及各种结晶都会形成,容易造成喷嘴和除雾器堵塞;当喷嘴和除雾器堵塞时,造成冲洗水越大,水平衡容易失衡。塔内饱和结晶工艺系统利用烟气热量使硫铵浓缩结晶,蒸汽消耗低,但循环溶液浓度高,液气比大,电耗大,容易形成汽溶胶,形成硫酸铵晶体和氨逃逸,造成二次污染,降低氨的利用率,内部管件容易堵塞。3工艺特点的比较综合前面的内容,两种工艺路线对比如下:4脱硫废水的排放以某化工项目4×260t/h高温高压循环流化床锅炉配套的烟气脱硫采用氨法烟气脱硫装置为基础,对其分别采用两种工艺进行的技术经济比较。由于脱硫产生的主要为环保效益,专题采用年费用法进行评价。按照《建设项目经济评价》(国家计委第二版)及《电力建设项目经济评价方法实施细则及文件汇编》的有关规定,年度