氨法煙氣脫硫技術經濟性分析

氨法煙氣脫硫技術經濟性分析

氨法煙氣脫硫技術隨著2013年教育部新修訂的《火電工業(yè)廢水排放標準》（gb133-2011）的發(fā)布，該標準取代了原總循環(huán)保護辦公室2003年通過的《火電工業(yè)排放標準》（gb133-2011）。2012年1月1日開始實施新標準，提高了電氣工業(yè)的環(huán)保許可證水平。新標準對排放限制進行了大幅修訂和從嚴,提高了新建機組和現有機組煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放控制要求。氨法脫硫技術作為一種符合循環(huán)經濟要求的綠色環(huán)保脫硫技術,氨法脫硫技術越來越吸引了業(yè)界的重視。氨法煙氣脫硫的副產品是硫酸銨,正是中國廣大耕地所需要的含氮含硫的肥料,它可以單獨使用,也可以和其他營養(yǎng)元素一起做復合肥料,有著廣闊的市場需求,能較好地適應我國煙氣脫硫發(fā)展的需要。不象鈣基脫硫副產品石膏或亞硫酸鈣,或因其市場飽和,或因其無法使用,拋棄后還占用寶貴的土地資源,形成“石頭搬家”現象。越來越多的化工行業(yè)自備熱電廠采用了氨法脫硫技術處理鍋爐煙氣,特別是生產合成氨的工廠,其生產過程有廢氨水的產生,將廢氨水作為脫硫劑,副產硫銨化肥,實現以廢治廢,變廢為寶。在技術推廣應用過程中,仍存在一些問題尚未得到很好的解決,如抑制氣溶膠的生成、抑制氨揮發(fā)、亞硫酸銨氧化控制技術等,但氨法脫硫技術依然在我國脫硫行業(yè)獲得了長足發(fā)展,其適用范圍廣,不受燃煤含硫量、機組容量的限制,脫硫效率高、無廢水廢渣排放、回收硫資源的優(yōu)勢也獲得了業(yè)界的普遍認可。針對這些問題,根據我公司已建成的氨法煙氣脫硫項目運行情況,針對副產物硫酸銨結晶方式的不同,可分為塔內飽和結晶工藝和塔外蒸發(fā)結晶工藝。針對這兩種工藝方案,下面將從工藝流程與特點、技術經濟性分析等方面進行分析。1塔外蒸發(fā)結晶處理1.1蒸發(fā)結晶器-焦爐煙氣煙氣工藝流程:鍋爐出口原煙氣經電除塵器除去99%以上的煙塵后,從吸收塔中部進入吸收塔;吸收液由循環(huán)泵打入噴淋管道,經噴嘴噴淋而下,霧化狀的吸收液與煙氣逆流充分撞擊,混合接觸反應生成亞硫酸銨;塔頂部的二級除霧器去除脫硫凈化后煙氣夾帶的絕大部分霧滴,使其霧滴含量<75mg/Nm3,凈化后煙氣由煙囪排出;脫硫產物亞硫酸銨在吸收塔底部被氧化風機鼓入的空氣氧化成硫銨;料液取出泵將35%的硫氨溶液從脫硫塔取出后打入母液箱,再進入蒸發(fā)結晶器;蒸發(fā)結晶器設置有抽真空系統(tǒng),硫銨溶液在其中70℃左右就達到沸點,比正常蒸發(fā)下降了40℃,大大降低了蒸汽用量;蒸發(fā)結晶器出口含固量為30%的硫酸銨料漿,經離心機進一步分離,干燥機造粒,就得到含水率低于1%純度較高的硫酸銨產品,且符合《GB535-1995硫酸銨》國家標準。流程示意圖見下圖。1.2脫硫塔蒸發(fā)結晶出液、蒸發(fā)流程蒸發(fā)結晶系統(tǒng)的功能是將干凈的一定濃度(~40%)的硫酸銨溶液蒸發(fā),使其有一定的結晶體析出(含固量~20%)。設置一套三效蒸發(fā)系統(tǒng),由濃縮進料槽兼檢修槽(1臺)、漿液泵(2臺,一運一備)、一效蒸發(fā)器(包括1臺加熱室、1臺分離室)、二效蒸發(fā)器(包括1臺加熱室、1臺分離室)、三效蒸發(fā)器(包括1臺加熱室、1臺分離室)、表面冷凝器(1臺)、蒸發(fā)循環(huán)泵(2臺)、真空泵(1臺)以及硫酸銨取出泵(1臺,一運一備)等設備組成。脫硫塔取出泵送來的~35%硫酸銨溶液收集在濃縮進料槽中,漿液泵再將硫酸銨溶液送至一效加熱室進口處加熱后去分離室進行氣液分離,在一效進行氣液分離后的物料因為料液物料溫度較高,先到二效分離室進行閃蒸,然后參與循環(huán)加熱再蒸發(fā),同樣方式將物料輸送至三效,三效蒸發(fā)后含有20%結晶體的硫酸銨溶液由硫酸銨取出泵送至旋流站中。廠區(qū)送來的適當溫度壓力下的生蒸汽進入一效加熱室殼程對物料進行加熱,一效分離室蒸出的二次蒸汽進入二效加熱室殼程,一效冷凝水進入閃蒸罐閃發(fā)出一部分蒸汽進入二效殼程進行加熱,閃蒸后的冷凝水通過疏水器回鍋爐作為軟化水使用。二效蒸出的二次蒸汽進入三效加熱室,二效冷凝水進入閃蒸罐閃發(fā)出一部分蒸汽進入三效殼程進行加熱,閃發(fā)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,由冷凝水泵送至合適的地方再利用。蒸發(fā)結晶工藝流程圖如下:1.3塔外蒸發(fā)結晶技術的特點脫硫循環(huán)系統(tǒng)溶液為接近飽和溶液,無結晶,脫硫塔及吸收液循環(huán)系統(tǒng)的磨損減小,提高了脫硫部分的可靠性。(2)硫銨產品的外觀良好蒸發(fā)結晶的產品粒徑達0.2mm左右,比飽和結晶顆粒(0.05-0.15mm)大,產品顆粒感較強,外觀好,有利于銷售。1.4蒸發(fā)冷蒸發(fā)蒸發(fā)結晶有常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)、單效、二效、三效等多種方法,其中(1)三效蒸發(fā)工藝的流程復雜,設備較多,操作要求比較高;(2)單效蒸發(fā)工藝的蒸汽耗量較大,操作簡單;(3)采用二效蒸發(fā),可降低蒸汽耗量,同時工藝流程也較為簡捷,操作控制較為方便;蒸發(fā)室保持一定的真空度,可有效增加傳熱溫差,從而減少換熱面積,節(jié)省了投資。單效、二效或三效蒸發(fā)采用抽真空的方法進行,將從蒸發(fā)器中抽出來的蒸汽經過冷凝器后冷凝成液體,經過汽液分離后的冷凝液回收,不可凝氣體被真空泵送往緩沖罐后排入大氣。塔外蒸發(fā)結晶比塔內飽和結晶工藝多一套蒸發(fā)結晶裝置,塔外蒸發(fā)結晶工藝具有系統(tǒng)更可靠、硫銨結晶外觀好等優(yōu)點,但其投資大、能耗高、蒸發(fā)系統(tǒng)影響因素較多,控制調節(jié)要求嚴格,運行管理和操作相對比較復雜,對操作人員要求高。2塔的飽和結晶過程2.1次旋流器濃縮塔內飽和結晶工藝核心是利用原煙氣的熱量將脫硫塔內循環(huán)泵噴淋液濃縮到飽和狀態(tài)并產生結晶,再經過固液分離、干燥和包裝形成商品。為了維持塔內漿液的化學反應及物料平衡,回收吸收漿液中的副產品硫酸銨,由吸收塔排出泵將含固量約5%的硫酸銨飽和漿液送到一次旋流器進行初步濃縮,其溢流返回吸收塔,含固量為10-15%的底流泵入一級旋流底流槽,再由此罐泵入二次旋流器進一步濃縮。二次旋流器底流含固體硫酸銨量達到40-50%,由泵送入離心機給料儲罐,由此罐再泵入離心機進行脫水。二次旋流器的溢流收集在二次旋流集液槽內,其大部分由泵送回吸收塔;部分送去壓濾機除飛灰,濾液返回集液罐。集液罐將一部分液體送往產品干燥機讓其蒸發(fā)。為了防止循環(huán)的吸收漿液中氯離子濃度過高給吸收塔及其他設備部件造成腐蝕(一般將其濃度控制在20g/l以下),需將數量有限的集液罐中的廢水排向肥料生產干燥機,并和脫水后的硫酸銨同時進行蒸發(fā)處理。脫水后的氯化銨本身也是肥料將和硫酸銨混在一起。因為其量很小,不會對產品質量產生影響。離心機的下產品——濾液去二級旋流集液罐,上產品——硫酸銨半成品含水2%,由干式螺旋輸送機送至干燥機干燥,冷卻機冷卻后,再由干式螺旋輸送機送至硫酸銨儲藏倉中,硫酸銨儲藏倉總容量按貯存6小時的硫酸銨考慮。倉罐下安裝一臺自動包裝機用于硫酸銨的打包,打包后堆放倉庫面積按2班生產的硫酸氨量考慮。塔內飽和結晶脫硫工藝流程圖如下:2.2塔的飽和結晶技術的特點(1)產品比蒸發(fā)結晶工藝塔內飽和結晶工藝利用煙氣的熱量進行濃縮結晶,不需消耗額外的蒸汽,每噸產品比蒸發(fā)結晶工藝可節(jié)省蒸汽1.1t/t(硫銨溶液按40%計)。蒸發(fā)結晶工藝多一套蒸發(fā)設備,整個系統(tǒng)的電耗和循環(huán)水耗量均有所增加。(2)氨法脫硫副產的硫銨溶液溫度塔內飽和結晶工藝,硫銨系統(tǒng)的操作溫度50~60℃,蒸發(fā)結晶工藝的操作溫度為100~130℃。操作溫度低可降低物料對系統(tǒng)的腐蝕。氨法脫硫副產的硫銨溶液溫度越高腐蝕力越強,如蒸發(fā)結晶的換熱管就是最容易損壞的部位。只有操作溫度低時,才可采用耐腐性能優(yōu)越的非金屬材料(如PP、FRP等)來大幅度提高設備使用壽命。(3)脫硫塔循環(huán)泵飽和結晶工藝的液氣比至少是蒸發(fā)結晶工藝的的2-3倍,脫硫塔循環(huán)泵的流量較大,隨著脫硫塔內的硫酸銨漿液的濃度提高,硫酸銨晶體含量增加,導致脫硫塔循環(huán)泵的功率較高。(4)系統(tǒng)的維護簡單,發(fā)揮后在其生長塔內飽和結晶工藝流程短,設備少故障點少,系統(tǒng)可靠性提高,運行維護相對簡單,但塔內溶液濃度高,有結晶,系統(tǒng)處理不好容易堵塞噴頭。(5)硫酸銨損害機理◆硫酸銨的逃逸和夾帶比較嚴重由于循環(huán)的硫酸銨漿液處于飽和狀態(tài),硫銨溶液濃度高,在循環(huán)噴淋的過程中,形成氣溶膠,形成氨逃逸。煙氣帶走的硫酸銨會增多;硫銨溶液濃度高堵塞噴嘴;塔內結晶容易造成多重結晶、群晶,及各種結晶都會形成,容易造成噴嘴和除霧器堵塞;當噴嘴和除霧器堵塞時,造成沖洗水越大,水平衡容易失衡。塔內飽和結晶工藝系統(tǒng)利用煙氣熱量使硫銨濃縮結晶,蒸汽消耗低,但循環(huán)溶液濃度高,液氣比大,電耗大,容易形成汽溶膠,形成硫酸銨晶體和氨逃逸,造成二次污染,降低氨的利用率,內部管件容易堵塞。3工藝特點的比較綜合前面的內容,兩種工藝路線對比如下:4脫硫廢水的排放以某化工項目4×260t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐配套的煙氣脫硫采用氨法煙氣脫硫裝置為基礎,對其分別采用兩種工藝進行的技術經濟比較。由于脫硫產生的主要為環(huán)保效益,專題采用年費用法進行評價。按照《建設項目經濟評價》(國家計委第二版)及《電力建設項目經濟評價方法實施細則及文件匯編》的有關規(guī)定,年度