陳金泉 高商牛

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

醇銨硫液劑脫硫技術(shù)的研究與應(yīng)用

陳金泉 高商牛

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

我國(guó)燃煤電廠傳統(tǒng)脫硫技術(shù)(如石灰石濕法脫硫)存在投運(yùn)成本高、施工周期長(zhǎng)、對(duì)場(chǎng)地要求高等問(wèn)題，難以滿足不同鍋爐，尤其是中小型鍋爐的脫硫要求。文章介紹了一種緊湊型高效液劑脫硫技術(shù)及其在中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司熱電事業(yè)部5A爐進(jìn)行的應(yīng)用試驗(yàn)情況。結(jié)果表明，該脫硫技術(shù)可使裝置的脫硫效率達(dá)到95%，并能彌補(bǔ)傳統(tǒng)脫硫技術(shù)的不足，尤其適用于場(chǎng)地緊缺的中小型鍋爐，也可用作輔助或應(yīng)急用脫硫裝置，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

電廠鍋爐 醇銨硫液劑 脫硫 大氣污染 二氧化硫

我國(guó)電力生產(chǎn)以火力發(fā)電為主，是廢氣污染物SO2的主要排放源之一。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)SO2的排放控制日趨嚴(yán)格。上海市環(huán)保局頒發(fā)的鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB31/387－2007規(guī)定，自2010年1月1日起，電站燃焦鍋爐排放的SO2最高允許質(zhì)量濃度為800 mg/m3。根據(jù)2010年1－4月監(jiān)測(cè)結(jié)果，中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)熱電事業(yè)部5A循環(huán)硫化床燃焦鍋爐(以下簡(jiǎn)稱5A爐)排放的SO2煙氣平均質(zhì)量濃度為1 941 mg/m3，遠(yuǎn)不能達(dá)到上海市環(huán)保局規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

常規(guī)脫硫裝置(如石灰石濕法脫硫、噴霧干燥法脫硫)的設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大，施工、調(diào)試周期長(zhǎng)，不能滿足5A爐現(xiàn)階段脫硫要求［1］。針對(duì)這種情況，上海石化委托浙江大學(xué)熱能工程研究所設(shè)計(jì)了醇銨硫液劑脫硫裝置。該裝置具有投運(yùn)成本低，施工、調(diào)試周期短，對(duì)場(chǎng)地要求低等優(yōu)點(diǎn)，非常符合5A爐的要求。在此對(duì)該新型脫硫裝置的原理、系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行介紹，簡(jiǎn)述試驗(yàn)成果，綜合分析其工業(yè)應(yīng)用前景。

1 符合5A爐要求的脫硫裝置特點(diǎn)

根據(jù)上海石化熱電事業(yè)部對(duì)于5A爐脫硫裝置的要求，醇銨硫液劑脫硫裝置應(yīng)具備以下特點(diǎn):

(1)能使5A爐排放的SO2煙氣平均質(zhì)量濃度低于800 mg/m3(SO2質(zhì)量濃度至少下降1 200 mg/m3);

(2)工藝簡(jiǎn)單、操作方便、系統(tǒng)阻力小(不大于480 Pa)，不影響5A爐最大出力工況下的煙氣排放量;

(3)系統(tǒng)運(yùn)行中，設(shè)備不易堵塞和磨損，維護(hù)工作量小，耗電低;

(4)設(shè)備投資省，占地面積小，原設(shè)備系統(tǒng)改動(dòng)小，施工方便、工期短;

(5)無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理和副產(chǎn)物處理，無(wú)廢水排放，醇銨硫液劑可回收利用，不產(chǎn)生二次污染;

(6)作為解決5A爐正在籌建的“石灰石－石膏濕法脫硫裝置”(預(yù)計(jì)2011年底前投用)投運(yùn)前SO2排放達(dá)標(biāo)的重要設(shè)備，同時(shí)考慮到新建的5A爐調(diào)試投用和正常運(yùn)行后也難免會(huì)發(fā)生故障而停用，醇銨硫液劑脫硫裝置可以用作5A爐的應(yīng)急備用脫硫裝置。

2 醇銨硫液劑脫硫技術(shù)原理及工藝流程

2.1 醇銨硫液劑脫硫原理

醇銨硫液劑是一種新型脫硫劑，為淺黃色液體，其主要成分為季銨堿和有機(jī)醇類(lèi)化合物，pH值13～14，密度1.05 g/cm3，是一種具有超強(qiáng)二氧化硫吸收功能的脫硫液劑。

醇銨硫液劑在液相條件下吸收二氧化硫后經(jīng)催化劑催化溶解于液劑中，并保持穩(wěn)定的液態(tài)。硫化物借重力下沉塔底，不會(huì)造成飽和結(jié)晶或結(jié)垢堵塞。醇銨硫液劑中的季銨堿基化合物作為堿性指示計(jì)，當(dāng)指示計(jì)顯示為中性時(shí)將塔底含硫產(chǎn)物排出塔外，根據(jù)外排液劑量補(bǔ)充新劑，構(gòu)成閉路循環(huán)。吸收SO2后的飽和溶液(硫酸銨、鈉鹽)可在回收、再生后循環(huán)利用［2］。

醇銨硫液劑中最重要的脫硫成分是季銨堿和有機(jī)醇，具有強(qiáng)堿性，與SO2具有極高的反應(yīng)活性。

季銨堿以R4NOH表示，有機(jī)醇以ROH表示，醇銨硫液劑脫硫總反應(yīng)式如下:

2.2 醇銨硫液劑脫硫裝置工藝流程

脫硫裝置煙氣流程見(jiàn)圖1。

圖1 脫硫裝置工藝流程

醇銨硫脫硫裝置主要由空間脫硫室、塔頂脫硫室、除霧器、液劑池和原液罐組成，其中塔頂脫硫室、除霧器和液劑池均布置在脫硫塔內(nèi)。

醇銨硫液劑脫硫裝置采用了分級(jí)脫硫技術(shù):利用除霧脫硫室入口布置了脫硫噴嘴的煙道為空間脫硫室，實(shí)現(xiàn)第一次脫硫;將除霧器、脫硫劑池等組合成除霧脫硫塔，形成在塔頂脫硫室第二次脫硫，并利用分級(jí)除霧器實(shí)現(xiàn)高效除霧。脫硫塔出口的擋板利用慣性原理對(duì)脫硫后的煙氣進(jìn)行干燥除濕。

脫硫塔底部設(shè)有液劑池，可連續(xù)排出廢液。原液筒內(nèi)的脫硫劑原液經(jīng)稀釋后由泵打入液劑池，與煙氣反應(yīng)后的脫硫劑落入液劑池內(nèi)，與原液混合。循環(huán)液系統(tǒng)將液劑池上部與原液混合后的脫硫劑送往兩級(jí)脫硫室進(jìn)行脫硫。液劑池底部可連續(xù)排出廢液。

2.3 醇銨硫液劑脫硫裝置的運(yùn)行參數(shù)控制

(1)煙氣處理量的調(diào)節(jié)

醇銨硫液劑的脫硫效率極高，而5A爐排放的SO2煙氣平均質(zhì)量濃度不得大于800 mg/m3，且煙氣阻力不能過(guò)大，因此采用煙氣分流的方法對(duì)部分煙氣進(jìn)行脫硫。通過(guò)脫硫煙氣比例分配，可以調(diào)節(jié)煙氣總體阻力和SO2平均質(zhì)量濃度。實(shí)際運(yùn)行時(shí)脫硫裝置進(jìn)出口煙道擋板全開(kāi)，通過(guò)總煙道旁路擋板調(diào)整SO2質(zhì)量濃度和總煙氣阻力，用未脫硫煙氣對(duì)脫硫后煙氣進(jìn)行加熱，保留原煙道隔離擋板并移位至旁路擋板位置。

脫硫煙氣比例分配的主要依據(jù)在于以下3個(gè)參數(shù):脫硫效率、系統(tǒng)阻力和煙氣溫度。煙道旁路擋板全開(kāi)時(shí)，進(jìn)入脫硫裝置的煙氣比例較小，煙氣的整體脫硫效率較低，但此時(shí)系統(tǒng)阻力最小，脫硫后的低溫?zé)煔獗粸槊摿虻臒煔饧訜?，故煙氣溫度較為正常;煙道旁路擋板全關(guān)時(shí)，則煙氣全部進(jìn)入脫硫裝置進(jìn)行脫硫，此時(shí)脫硫效率可達(dá)到最大，但系統(tǒng)阻力也最大，煙氣溫度最低。因此調(diào)整脫硫煙氣比例的原則就是在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行和脫硫效率達(dá)標(biāo)的前提下，降低系統(tǒng)阻力，提高煙氣溫度。

參與脫硫的煙氣流量可以根據(jù)脫硫煙道的煙氣流速進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)煙道旁路擋板全關(guān)時(shí)，參與脫硫的煙氣量就是鍋爐排放的總煙氣量。

(2)液劑池液位的控制

脫硫裝置運(yùn)行過(guò)程中，塔底液劑池液位保持在2 m為宜，可通過(guò)管殼式液位計(jì)觀察液位。

維持液位的關(guān)鍵在于保持循環(huán)液蒸發(fā)量和補(bǔ)充水量的平衡，因此液劑池設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)水閥以自動(dòng)控制液位。

(3)循環(huán)液質(zhì)量濃度的控制

醇銨硫液劑在使用前需用水按照4∶1的比例進(jìn)行稀釋，使SO2及脫硫劑分子充分溶解并電離，以提高反應(yīng)速度。

3 醇銨硫液劑脫硫裝置試驗(yàn)

3.1 脫硫效率、阻力特性試驗(yàn)

試驗(yàn)期間5A爐蒸汽的平均蒸發(fā)量為283 t/h，尾部SO2煙氣的質(zhì)量濃度保持在2 000 mg/m3以上。將尾部煙道旁路擋板開(kāi)度分別調(diào)整為100%、50%、25%、0%，記錄系統(tǒng)詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算脫硫裝置的脫硫效率、煙氣處理能力和系統(tǒng)阻力。脫硫裝置進(jìn)出口SO2質(zhì)量濃度由上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院采用KANE9106多組分煙氣分析儀進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。

對(duì)于脫硫裝置阻力，由于各檢測(cè)點(diǎn)煙氣流通面積、溫度以及煙道抽拔力不同，難以根據(jù)靜壓變化進(jìn)行精確測(cè)量，只能參考引風(fēng)機(jī)前煙道擋板開(kāi)度、靜壓以及引風(fēng)機(jī)電流進(jìn)行估算。

不同煙道旁路擋板開(kāi)度下進(jìn)入脫硫裝置的煙氣量如表1所示，脫硫裝置的效率和阻力特性如表2和表3所示。

表1 不同煙道旁路擋板開(kāi)度下的煙氣量

表2 脫硫裝置的脫硫效率

表3 脫硫裝置的阻力特性

由表1、3可見(jiàn):

(1)進(jìn)脫硫裝置最大煙氣量為1.4×105m3/h，占總煙氣量51.2%;

(2)脫硫裝置的脫硫效率隨著煙氣處理量的增大而略有降低，脫硫效率最高可達(dá)95.2%，脫硫裝置出口SO2質(zhì)量濃度最大可下降2 056 mg/m3;

(3)在旁路煙道擋板全關(guān)條件下，引風(fēng)機(jī)電流和入口擋板開(kāi)度、靜壓等無(wú)明顯變化，引風(fēng)機(jī)尚有較大裕量，說(shuō)明脫硫裝置的阻力與原煙道阻力相比增加不大，不影響鍋爐的正常運(yùn)行，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.2 脫硫裝置試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

將煙道擋板開(kāi)度調(diào)節(jié)到25%，采集脫硫裝置的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。裝置的脫硫效率由煙氣在線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)記錄。裝置運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 脫硫裝置運(yùn)行參數(shù)記錄

由表4可以看出:

(1)16 h連續(xù)運(yùn)行結(jié)果表明，煙氣平均脫硫效率大于70%，排放的煙氣中SO2質(zhì)量濃度不大于800 mg/m3，SO2質(zhì)量濃度下降了1 200 mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)要求;

(2)總煙道煙氣溫度不小于83℃，與上海石化熱電事業(yè)部1#、2#脫硫裝置出口煙氣溫度相當(dāng)。

4 醇銨硫液劑脫硫裝置經(jīng)濟(jì)性分析

通過(guò)醇銨硫液劑脫硫裝置的試驗(yàn)性應(yīng)用研究，對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了初步分析，并與上海石化熱電事業(yè)部1#脫硫裝置(石灰石濕法脫硫裝置)進(jìn)行比較。兩種脫硫裝置實(shí)際運(yùn)行消耗如表5所示。在煙氣處理量為1×105m3/h、脫硫量為1 800 mg/m3的條件下，兩種脫硫裝置總費(fèi)用比較如表6所示。

表5 兩種脫硫裝置的運(yùn)行消耗比較

表6 兩種脫硫裝置的費(fèi)用比較

由表5和表6可以看出:

(1)醇銨硫液劑脫硫裝置的投資費(fèi)用僅為石灰石濕法脫硫的五分之一，具有高度省水、省電的特點(diǎn)，符合我國(guó)節(jié)能減排的政策;

(2)醇銨硫液劑脫硫裝置無(wú)設(shè)備腐蝕和結(jié)垢堵塞困擾，避免了鍋爐出力受限、陪停受損，設(shè)備檢維修費(fèi)用大大降低。

5 結(jié)論

(1)醇銨硫液劑脫硫裝置完全滿足了上海石化熱電事業(yè)部5A爐對(duì)于脫硫裝置的要求，脫硫效率可達(dá)95.2%;

(2)醇銨硫液劑脫硫裝置具有高度省水、節(jié)電的特點(diǎn)，運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生廢水，脫硫劑可循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次為污染;

(3)由于該脫硫技術(shù)尚不成熟，脫硫裝置的設(shè)計(jì)尚可優(yōu)化，脫硫劑成本也有降低的余地。就其特點(diǎn)來(lái)看，該技術(shù)十分適用于場(chǎng)地緊缺的中小型鍋爐，并可作為常規(guī)脫硫裝置的備用二次脫硫裝置。

1 龔優(yōu)軍，鄭利霞，張樹(shù)禮.我國(guó)火電廠脫硫技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.內(nèi)蒙古環(huán)境科學(xué)，2008(6):55－56.

2 汪家銘.SCOT硫回收尾氣處理技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用［J］.石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2010，25(5):57 －62.

Study on Alcohol Amine Sulfur Liquor Desulfurization Technology and its Application

Chen Jinquan，Gao Shangniu
(SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540)

As the traditional desulfurization technology(eg.limestone wet process desulfurization)adopted by Chinese coal－ fired power plants have problems of high operation cost，long construction period，and high demand on site，which is difficult to meet the desulfurization requirements of different boilers，especially medium and small－sized boilers.This paper introduced a compact high efficient liquor desulfurization technology and its application in 5A boiler in Thermal Power Division of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited.Experimental result showed that this technology could improve the desulfurization efficiency of boiler to 95%，and could compensate the deficiencies of traditional desulfurization technology，which was especially suitable for medium and small － sized boilers，and could also act as auxiliary or emergency desulfurization units，so it had good prospect for commercial utilization.

boiler in power plant，alcohol amine sulfur liquor，desulfurization，air pollution，sulfur dioxide

1674－1099 (2011)05－0036－04

TQ534.9

A

2011-08-11。

陳金泉，男，1977年出生，碩士，工程師，主要從事科技開(kāi)發(fā)管理工作，已發(fā)表論文多篇。