煤气锅炉烟气脱硫技术经济性效益分析

煤气锅炉烟气脱硫技术经济性效益分析

王小朋

中国电建集团四川电力设计咨询有限责任公司

【摘要】为了能够有效地减少煤气锅炉烟气污染物排放量，提高机组脱硫环保效果，需要在煤气锅炉系统加装脱硫设备，由于脱硫技术多样性，在初投资、运行、方案布置等方面存在着较大的差异。本文以某2×60MW煤气机组为例，采用经济性效益对比方法研究了机组分别采用SDS脱硫和罗氏脱硫两种工况下的经济性效益，研究结果表明：机组采用SDS脱硫技术在BMCR运行工况下，静态投资下降800万元, 年运行费用下降13.82万元，且在脱硫效率、布置方案等方面具有明显的经济效益。

【关键词】煤气锅炉；脱硫；经济性；SDS脱硫；罗氏脱硫

1引言

近年来，我国大气污染形势日渐严峻，政府、公众和电力行业对煤气发电项目的污染物排放的关注达到了前所未有的高度，相继制定了相关的标准和政策来控制大气污染物的排放，促进了煤气发电项目环保技术的快速发展。目前，我国煤气发电项目烟气脱硫技术分为湿法脱硫、半干法脱硫、干法脱硫三种主流工艺技术。现阶段常采用的烟气脱硫工艺主要有石灰石石膏法（湿法）、氨法脱硫法（湿法）、喷雾干燥法（SDA）（半干法）、活性焦法（干法）、小苏打SDS脱硫法（干法）、罗氏脱硫法（干法）等，但实践中运用于煤气发电项目主要是SDS脱硫法（干法）和罗氏脱硫法（干法）。

SDS脱硫和罗氏脱硫技术均能够显著地降低污染物的排放浓度，进而弱化烟气对尾部烟道的腐蚀，进而提高机组运行的可靠性和经济性。本文主要在初投资、运行、方案布置等方面进行系统性的论述，详细地对比分析两种脱硫方案的经济性。

2 SDS脱硫技术简述

SDS脱硫技术是利用碳酸氢钠（俗称“小苏打”）作为脱硫剂，对烟气中的SO₂进行吸收脱除的一种技术。

基本工艺流程为：来自锅炉的烟气进入SDS脱硫除尘系统，烟气首先进入SDS反应器，在SDS反应器内喷入脱硫剂超细粉（主要成分是碳酸氢钠），碳酸氢钠超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性碳酸钠和二氧化碳，Na₂CO₃与烟道内烟气中的SO₂及其他酸性介质充分接触发生化学反应，被吸收净化，脱硫后的粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器进一步除尘，脱硫除尘后的净烟气被引风机引出，送入烟囱排放。

将外购的粗颗粒状小苏打利用分级超细磨机将脱硫剂小苏打研磨成粒径为20~25μm的超细粉末，再通过喷射及均布装置喷入烟道内，与烟气充分混合、接触。在温度大于140℃条件下（低负荷工况下通过高温旁路满足脱硫排放），碳酸氢钠分解生成碳酸钠Na₂CO₃、H₂O和CO₂。新产生的碳酸钠Na₂CO₃在生成瞬间有高度的反应活性，可自发地与烟气中的酸性污染物进行反应，通过化学吸附去除烟气中的酸性污染物，反应快速、充分，在2s内即可生产副产物硫酸钠。同时，它还可通过物理吸附去除一些无机和有机微量物质。主要反应式如下：

主要反应：

2NaHCO₃(S)→Na₂CO₃(s)+H₂O(g)+CO₂(g)

SO₂(g)+Na₂CO₃(s) +1/2O₂→Na₂SO₄(s)+CO₂(g)

小苏打在温度超过140℃时迅速发生爆米花反应，由粉末变为蓬松的爆米花，极大的增加了表面积，具备极高的反应活性，大大加快了反应速度。反应产物Na₂CO₃是与SO₂、HCl、HF等酸性污染物反应的实际反应剂。通过分解反应，Na₂CO₃的内表面积增加，反应活性增强。烟气中酸组分与吸收剂之间的反应主要发生在烟道内，经吸收并干燥的含粉料烟气进入配套的布袋除尘器，在布袋表面粉尘层还可以进行进一步脱硫反应。脱硫后粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器收尘，经输灰装置输送灰仓储存统一外运。

SDS干法脱硫除尘系统主要包括烟气系统、研磨喷射系统、除尘器系统、输灰及灰库系统等。

SDS干法脱硫系统简单，脱硫系统全干态运行，没有废水处理和排放问题，没有湿法脱硫烟气拖尾和含尘湿烟气排放问题。此外，SDS脱硫效率更高、系统更简单、节省成本及投资。

3 罗氏脱硫技术简述

罗氏干式氧化法脱硫系统设计采用分仓设计，烟气由下部进入脱硫塔，脱硫剂与烟气进行逆行流接触，随着与脱硫剂的接触 SO₂ 即被脱除，烟气均布装置利用饱和脱硫剂有效拦截烟气中的灰尘，达到深度除尘的效果，净化后的烟气从脱硫塔上部引出。脱硫反应器设计成模块单元，根据处理烟气量和不同的场地，可设计不同规模不同结构的装置模块单元。上料采取电动装置，每隔一定时间将脱硫剂加满。运行一段时间后效率下降，打开固定床脱硫装置底部的排料阀，将装置下部反应完的吸收剂排出一部分，从上部补充新的吸收剂。装置底放出的废料由装置下部的分刮板输送至集合刮板，再由斗提送至废料仓中。副产物主要成分为硫酸钙，一般掺入炉渣、钢渣制砖。

罗氏干式氧化法脱硫技术的核心是高效复合脱硫剂。这个方法在工程上的实现是采取固定床技术，将脱硫剂成型颗粒装于脱硫剂仓中，形成一定高度的固定床层，烟气通过脱硫剂颗粒层，经催化氧化将SO

₂转化成SO₃，并被反应固化成硫酸钙固体（CaSO₄）。

罗氏干法脱硫原理：

SO₂+[O]→ SO₃

SO₃+Ca(OH)₂→CaSO₄+H₂O

采用催化氧化法一步脱硫，生成硫酸钙固体颗粒，工艺简单，但是目前实践已投运煤气发电机组中能够脱除NOx原始浓度上限为100mg/Nm³(标干态，3%O₂)，对于更高上限的原始浓度项目存在技术风险，在实践中应用业绩相对较少。

4 脱硫工艺的经济性分析

4.1静态投资比较

表1 静态投资对比表（2台机组）

由表1可知，采用罗氏脱硫法比SDS脱硫法初投资ΔZ增加约800万元。

4.2运行费用比较

由于SDS脱硫与罗氏脱硫系统阻力相当，因此引风机功耗相当，仅考虑脱硫系统的电耗。

本工程采用SDS脱硫与罗氏脱硫的运行费用分别如表2所示：

表2 脱硫系统运行费用对比表（2台机组）

注：上表中脱硫剂原料价格会因市场价格波动而导致运行费用产生偏差。

4.3 装置布置

表3 脱硫装置布置对比表（2台机组）

4.4 副产物

表4 脱硫副产物对比表（2台机组）

由上述对比列表可知：两种工艺的脱硫效率、布置均可满足本项目要求， SDS脱硫工艺适应范围广，而罗氏脱硫工艺则受到NOx原始浓度上限值的制约，在实践中应用业绩相对较少；两种工艺的副产物均为一般固废，均有参考可行的处置途径。

从本项目锅炉烟气特点、初投资、运行维护、占地面积、副产物处置等方面综合考虑，本项目采用SDS脱硫工艺。

7 结束语

随着国家对于污染性气体排放标准的日益严格，为了能够更好地实现污染物超低排放的设计目标，本工程通过选择经济合理的脱硫工艺技术能够满足污染物的超低排放。

经过对不同脱硫工艺技术的对比，本工程推荐采用SDS脱硫法进行烟气脱硫，能够保证机组在任何运行工况下，烟囱出口的污染物排放均能够满足国家超低排放的要求。

作者简介

王 小 朋 硕士研究生，工程师， 现任中国电建集团四川电力设计咨询有限责任公司锅炉设计工程师，主要从事能源工程技术设计工作。