醇銨硫液劑脫硫技術的研究與應用

陳金泉 高商牛

(中國石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

醇銨硫液劑脫硫技術的研究與應用

陳金泉 高商牛

(中國石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

我國燃煤電廠傳統脫硫技術(如石灰石濕法脫硫)存在投運成本高、施工周期長、對場地要求高等問題，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及其在中國石化上海石油化工股份有限公司熱電事業部5A爐進行的應用試驗情況。結果表明，該脫硫技術可使裝置的脫硫效率達到95%，并能彌補傳統脫硫技術的不足，尤其適用于場地緊缺的中小型鍋爐，也可用作輔助或應急用脫硫裝置，具有廣闊的工業應用前景。

電廠鍋爐 醇銨硫液劑 脫硫 大氣污染 二氧化硫

我國電力生產以火力發電為主，是廢氣污染物SO2的主要排放源之一。近年來，國家對SO2的排放控制日趨嚴格。上海市環保局頒發的鍋爐大氣污染物排放標準DB31/387－2007規定，自2010年1月1日起，電站燃焦鍋爐排放的SO2最高允許質量濃度為800 mg/m3。根據2010年1－4月監測結果，中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)熱電事業部5A循環硫化床燃焦鍋爐(以下簡稱5A爐)排放的SO2煙氣平均質量濃度為1 941 mg/m3，遠不能達到上海市環保局規定的排放標準。

常規脫硫裝置(如石灰石濕法脫硫、噴霧干燥法脫硫)的設備投資及運行費用高、占地面積大，施工、調試周期長，不能滿足5A爐現階段脫硫要求［1］。針對這種情況，上海石化委托浙江大學熱能工程研究所設計了醇銨硫液劑脫硫裝置。該裝置具有投運成本低，施工、調試周期短，對場地要求低等優點，非常符合5A爐的要求。在此對該新型脫硫裝置的原理、系統和設備進行介紹，簡述試驗成果，綜合分析其工業應用前景。

1 符合5A爐要求的脫硫裝置特點

根據上海石化熱電事業部對于5A爐脫硫裝置的要求，醇銨硫液劑脫硫裝置應具備以下特點:

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

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

(3)系統運行中，設備不易堵塞和磨損，維護工作量小，耗電低;

(4)設備投資省，占地面積小，原設備系統改動小，施工方便、工期短;

(5)無需在現場對原料進行預處理和副產物處理，無廢水排放，醇銨硫液劑可回收利用，不產生二次污染;

(6)作為解決5A爐正在籌建的“石灰石－石膏濕法脫硫裝置”(預計2011年底前投用)投運前SO2排放達標的重要設備，同時考慮到新建的5A爐調試投用和正常運行后也難免會發生故障而停用，醇銨硫液劑脫硫裝置可以用作5A爐的應急備用脫硫裝置。

2 醇銨硫液劑脫硫技術原理及工藝流程

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醇類化合物，pH值13～14，密度1.05 g/cm3，是一種具有超強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催化劑催化溶解于液劑中，并保持穩定的液態。硫化物借重力下沉塔底，不會造成飽和結晶或結垢堵塞。醇銨硫液劑中的季銨堿基化合物作為堿性指示計，當指示計顯示為中性時將塔底含硫產物排出塔外，根據外排液劑量補充新劑，構成閉路循環。吸收SO2后的飽和溶液(硫酸銨、鈉鹽)可在回收、再生后循環利用［2］。

醇銨硫液劑中最重要的脫硫成分是季銨堿和有機醇，具有強堿性，與SO2具有極高的反應活性。

季銨堿以R4NOH表示，有機醇以ROH表示，醇銨硫液劑脫硫總反應式如下:

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。

醇銨硫液劑脫硫裝置采用了分級脫硫技術: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，實現第一次脫硫;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，并利用分級除霧器實現高效除霧。脫硫塔出口的擋板利用慣性原理對脫硫后的煙氣進行干燥除濕。

脫硫塔底部設有液劑池，可連續排出廢液。原液筒內的脫硫劑原液經稀釋后由泵打入液劑池，與煙氣反應后的脫硫劑落入液劑池內，與原液混合。循環液系統將液劑池上部與原液混合后的脫硫劑送往兩級脫硫室進行脫硫。液劑池底部可連續排出廢液。

2.3 醇銨硫液劑脫硫裝置的運行參數控制

(1)煙氣處理量的調節

醇銨硫液劑的脫硫效率極高，而5A爐排放的SO2煙氣平均質量濃度不得大于800 mg/m3，且煙氣阻力不能過大，因此采用煙氣分流的方法對部分煙氣進行脫硫。通過脫硫煙氣比例分配，可以調節煙氣總體阻力和SO2平均質量濃度。實際運行時脫硫裝置進出口煙道擋板全開，通過總煙道旁路擋板調整SO2質量濃度和總煙氣阻力，用未脫硫煙氣對脫硫后煙氣進行加熱，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在于以下3個參數:脫硫效率、系統阻力和煙氣溫度。煙道旁路擋板全開時，進入脫硫裝置的煙氣比例較小，煙氣的整體脫硫效率較低，但此時系統阻力最小，脫硫后的低溫煙氣被為脫硫的煙氣加熱，故煙氣溫度較為正常;煙道旁路擋板全關時，則煙氣全部進入脫硫裝置進行脫硫，此時脫硫效率可達到最大，但系統阻力也最大，煙氣溫度最低。因此調整脫硫煙氣比例的原則就是在保證系統正常運行和脫硫效率達標的前提下，降低系統阻力，提高煙氣溫度。

參與脫硫的煙氣流量可以根據脫硫煙道的煙氣流速進行計算。當煙道旁路擋板全關時，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

脫硫裝置運行過程中，塔底液劑池液位保持在2 m為宜，可通過管殼式液位計觀察液位。

維持液位的關鍵在于保持循環液蒸發量和補充水量的平衡，因此液劑池設有自動補水閥以自動控制液位。

(3)循環液質量濃度的控制

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

3 醇銨硫液劑脫硫裝置試驗

3.1 脫硫效率、阻力特性試驗

試驗期間5A爐蒸汽的平均蒸發量為283 t/h，尾部SO2煙氣的質量濃度保持在2 000 mg/m3以上。將尾部煙道旁路擋板開度分別調整為100%、50%、25%、0%，記錄系統詳細運行參數，計算脫硫裝置的脫硫效率、煙氣處理能力和系統阻力。脫硫裝置進出口SO2質量濃度由上海發電設備成套設計研究院采用KANE9106多組分煙氣分析儀進行實地測量。

對于脫硫裝置阻力，由于各檢測點煙氣流通面積、溫度以及煙道抽拔力不同，難以根據靜壓變化進行精確測量，只能參考引風機前煙道擋板開度、靜壓以及引風機電流進行估算。

不同煙道旁路擋板開度下進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:

(1)進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95.2%，脫硫裝置出口SO2質量濃度最大可下降2 056 mg/m3;

(3)在旁路煙道擋板全關條件下，引風機電流和入口擋板開度、靜壓等無明顯變化，引風機尚有較大裕量，說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行，滿足了設計要求。

3.2 脫硫裝置試驗運行參數

將煙道擋板開度調節到25%，采集脫硫裝置的相關運行參數。裝置的脫硫效率由煙氣在線連續監測系統(CEMS)記錄。裝置運行參數見表4。

表4 脫硫裝置運行參數記錄

由表4可以看出:

(1)16 h連續運行結果表明，煙氣平均脫硫效率大于70%，排放的煙氣中SO2質量濃度不大于800 mg/m3，SO2質量濃度下降了1 200 mg/m3，達到設計要求;

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

4 醇銨硫液劑脫硫裝置經濟性分析

通過醇銨硫液劑脫硫裝置的試驗性應用研究，對其經濟性進行了初步分析，并與上海石化熱電事業部1#脫硫裝置(石灰石濕法脫硫裝置)進行比較。兩種脫硫裝置實際運行消耗如表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，兩種脫硫裝置總費用比較如表6所示。

表5 兩種脫硫裝置的運行消耗比較

表6 兩種脫硫裝置的費用比較

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，符合我國節能減排的政策;

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

5 結論

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

(2)醇銨硫液劑脫硫裝置具有高度省水、節電的特點，運行過程中不產生廢水，脫硫劑可循環利用，不產生二次為污染;

(3)由于該脫硫技術尚不成熟，脫硫裝置的設計尚可優化，脫硫劑成本也有降低的余地。就其特點來看，該技術十分適用于場地緊缺的中小型鍋爐，并可作為常規脫硫裝置的備用二次脫硫裝置。

1 龔優軍，鄭利霞，張樹禮.我國火電廠脫硫技術的發展及應用現狀［J］.內蒙古環境科學，2008(6):55－56.

2 汪家銘.SCOT硫回收尾氣處理技術進展及應用［J］.石油化工技術與經濟，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，主要從事科技開發管理工作，已發表論文多篇。