火力發(fā)電廠煙氣脫硫添加劑應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

張永國(guó)，董傳深

（神華浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315612）

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫（WFGD）因其技術(shù)成熟可靠、脫硫率高、石灰石價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn)，在煙氣脫硫中占有主導(dǎo)地位[1-2]。但是石灰石在水中的溶解度很低，工業(yè)上一般采用較大液氣比（L/G）和325目以下粒度的石灰石漿液，造成脫硫裝置投資高、能耗大。而且隨著煤炭大量的開(kāi)采和使用，煤炭品質(zhì)逐漸降低，煤粉含硫量逐漸升高，使某些已經(jīng)投運(yùn)的脫硫設(shè)備即使在其設(shè)計(jì)脫硫效率下也很難達(dá)到SO2排放標(biāo)準(zhǔn)。所以提高石灰石溶解速率、降低液氣比，以及在不對(duì)原有脫硫設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)的前提下提高系統(tǒng)對(duì)高硫煤的適應(yīng)性，是目前WFGD技術(shù)的主要研究方向。其中，脫硫添加劑的研究與應(yīng)用是主要措施之一。

在總結(jié)脫硫添加劑發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合某火力發(fā)電廠脫硫添加劑的實(shí)踐應(yīng)用，分析火力發(fā)電廠煙氣脫硫添加劑應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

1 脫硫添加劑的發(fā)展及機(jī)理的研究

在WFGD系統(tǒng)中加入有機(jī)添加劑既能提高脫硫效率和吸收劑利用率，又能防垢，可提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)行費(fèi)用[3]，因此添加劑的研究一直是熱門(mén)話(huà)題。至今已有幾十種添加劑被研究過(guò)，但不同的研究者對(duì)同一種添加劑應(yīng)用于不同的WFGD裝置中，得到的結(jié)果不盡相同，且機(jī)理也不盡完善[4]。

20世紀(jì)70年代初，德國(guó)SHU公司[5]采用石灰石吸收液中加入甲酸的添加劑技術(shù)，不但提高了脫硫劑的脫硫效率和石灰石的利用率，而且加強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。美國(guó)EPA在10 MW機(jī)組的脫硫裝置上對(duì)己二酸進(jìn)行了研究，在典型操作條件下，SO2脫除效率在不加己二酸時(shí)為80%～85%，而加入己酸時(shí)可增加到90%～95%。1998年，Drik E和Luckas M[6]的實(shí)驗(yàn)表明，在同樣的操作條件下，加入一定量的己二酸可使脫硫效率從48%提高到97%，與1993年Olausson S[7]得到的結(jié)果相同。

浙江大學(xué)在旋流塔板脫硫試驗(yàn)裝置上，進(jìn)行了采用某有機(jī)廢液作添加劑時(shí)對(duì)脫硫效率以及脫硫漿液特性影響的研究。結(jié)果表明，添加適量的添加劑可使脫硫效率提高5%以上。在此基礎(chǔ)上，還研究了己二酸對(duì)石灰石漿液脫硫的影響，結(jié)果表明，通過(guò)向漿料中添加己二酸，可以明顯改善化學(xué)反應(yīng)與傳質(zhì)過(guò)程，能促進(jìn)CaCO3的溶解并減緩漿料pH值的下降，從而提高脫硫率[8]。

國(guó)內(nèi)很多文獻(xiàn)對(duì)脫硫添加劑的作用機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述[9-10]，加入添加劑后能夠較好地減緩脫硫漿液pH值的降低過(guò)程，從而減少液相傳質(zhì)阻力和氣相傳質(zhì)阻力，同時(shí)由于添加劑的表面活性的作用，能夠改善化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)過(guò)程，促進(jìn)碳酸鈣的溶解并減緩漿液pH值的下降，從而提高脫硫效率[10]。

2 某發(fā)電廠脫硫添加劑實(shí)踐應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)對(duì)象

某發(fā)電廠的600 MW機(jī)組煙氣脫硫工程采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，一爐一塔單元匹配，吸收塔為噴淋塔，設(shè)計(jì)脫硫裝置效率不小于95%。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，必須3臺(tái)漿液循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行，才能保證脫硫效率大于95%。在設(shè)計(jì)燃煤硫份條件下，不同負(fù)荷工況時(shí)，停運(yùn)任何一臺(tái)漿液循環(huán)泵后都將導(dǎo)致脫硫裝置效率小于90%。吸收塔的3臺(tái)漿液循環(huán)泵和電機(jī)相關(guān)參數(shù)如表1和表2所示。

試驗(yàn)中采用的復(fù)合添加劑的成分主要是己二酸、乙酸等。

表1 漿液循環(huán)泵參數(shù)

表2 漿液循環(huán)泵電機(jī)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

記錄脫硫塔運(yùn)行參數(shù)，對(duì)比添加劑加入前后脫硫效率的變化情況。加入添加劑且運(yùn)行工況穩(wěn)定后，在不同負(fù)荷工況下，嘗試停運(yùn)不同漿液循環(huán)泵，評(píng)估對(duì)脫硫效率的影響。

機(jī)組負(fù)荷分別為450 MW，500 MW，550 MW，600 MW，燃煤硫份穩(wěn)定。脫硫系統(tǒng)按照運(yùn)行規(guī)程調(diào)整正常后，記錄吸收塔pH值、進(jìn)出口SO2濃度、漿液循環(huán)泵A/B/C電流及脫硫效率；分別依次停運(yùn)A，B，C泵，待脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定，記錄吸收塔pH值、進(jìn)出口SO2濃度、運(yùn)行中的2臺(tái)漿液循環(huán)泵電流及脫硫效率。

添加劑加入循環(huán)漿液后，重復(fù)以上試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

如表3所示，脫硫添加劑使用前，吸收塔入口 SO2濃度（標(biāo)況下）為 1 500～1 900 mg/m3，負(fù)荷在450～600 MW時(shí)，停運(yùn)任意一臺(tái)漿液循環(huán)泵，脫硫效率均小于90%；脫硫添加劑添加后，相同條件下，停運(yùn)任意一臺(tái)漿液循環(huán)泵，脫硫效率均大于90%。

系統(tǒng)在停運(yùn)C泵，運(yùn)行A/B泵時(shí)，在不考慮石灰石粉耗量變化的前提下，每月可節(jié)省廠用電運(yùn)行成本約14萬(wàn)元，同時(shí)新增運(yùn)行材料成本約6.8萬(wàn)元，每月可節(jié)省約7.2萬(wàn)元，全年累計(jì)節(jié)省86萬(wàn)元。此外，石灰石粉的粒度可由325目降為250目，使磨機(jī)的廠用電率有所下降。

試驗(yàn)中，石膏的CaCO3含量略有提升，從1.5%升至約2.8%，但經(jīng)過(guò)調(diào)整和優(yōu)化，可完全控制在2.5%以?xún)?nèi)；CaSO3含量降低，廢水化學(xué)需氧量（COD）升高，其他化驗(yàn)指標(biāo)基本無(wú)明顯變化，脫硫添加劑添加后急劇提升了石灰石粉的反應(yīng)速率。

表3 脫硫添加劑使用前后比較

不加添加劑時(shí)pH值從5.5至3.5沒(méi)有緩沖效果。加入添加劑后pH值的緩沖范圍增大，并隨添加劑加入量的增大而增大。因此，在實(shí)際煙氣脫硫過(guò)程中加入添加劑能減少因SO2濃度波動(dòng)引起的pH值波動(dòng)，使運(yùn)行更平穩(wěn)。

添加劑既可以促進(jìn)石灰石的溶解，提高脫硫劑的利用率，從而減少其用量，還能強(qiáng)化H+離子的傳遞，緩沖吸收液的pH值，抑制SO2溶解導(dǎo)致的氣—液界面酸度的降低，加速SO2的吸收，提高脫硫率。此外，脫硫添加劑具有分散作用，可以增強(qiáng)石灰石的表面活性，增加石灰石的分散性，降低其沉降速度，增大有效傳質(zhì)面積，促進(jìn)石灰石的溶解，減少設(shè)備結(jié)垢。

3 結(jié)論

根據(jù)脫硫添加劑的實(shí)際應(yīng)用情況，可以得到以下結(jié)論：

（1）在現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)不改變的情況下，加入脫硫添加劑可以明顯提高脫硫效率，使煙氣排放符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在保證脫硫效率不下降的前提下，加入適量的脫硫添加劑，可以停運(yùn)一臺(tái)漿液循環(huán)泵，提高漿液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備的備用系數(shù)，降低漿液循環(huán)泵停運(yùn)后對(duì)脫硫效率的負(fù)面影響。同時(shí)可節(jié)約廠用電，有明顯的節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益。

（3）使用脫硫添加劑后，降低了漿液中CaSO3含量，提高了廢水COD，但其他化驗(yàn)指標(biāo)無(wú)明顯變化，未發(fā)現(xiàn)脫硫添加劑對(duì)脫硫系統(tǒng)防腐材料有顯著影響。

（4）加入適量的脫硫添加劑后，使得石灰石漿液pH值的緩沖范圍增大，能減少因SO2濃度波動(dòng)引起的pH值波動(dòng)，使運(yùn)行更平穩(wěn)，提高了脫硫系統(tǒng)對(duì)煤種硫份變化的適應(yīng)范圍，使得高硫煤得以利用。

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