脱硫工程工艺选择详解.docx
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脱硫工程工艺选择详解
脱硫工程工艺选择
一、脱硫与脱硫工艺
硫不同程度地存在于所有固体和液体燃料中，并且在气体燃料也会存在。
在煤炭燃烧过程，几乎所有的硫被氧化成SO2，少量的SO2被进一步转化为SO3。
他们被排放到大气中，遇到冷凝的水蒸气形成硫酸“酸雨”，造成环境污染。
根据国家环保总局预测，未来15年，中国的经济总量将翻两番，如果按目前的污染水平发展下去，污染负荷可能增加4至5倍。
据预测，到2010年和2020年，我国的煤炭需求总量分别达到24.5亿吨和29亿吨，全国燃煤产生的SO2将达到3500万吨和4350万吨，而2005年SO2的排放总量已达到2549万吨，比2000年增加了27%。
按环保要求，预计到2010年中国电力行业SO2排放总量将控制在1000万吨以内，这就涉及减排问题，即SO2的生产总量大幅增加，但排放总量却要减少。
减少烟气中SO2的排放量的主要途径是脱硫。
根据脱硫工艺在生产中所处的环节不同可分：
Ø燃烧前脱硫，如原煤洗选脱硫
Ø燃烧中脱硫，如洁净煤燃烧、循环流化床锅炉和炉内喷钙
Ø燃烧后脱硫，如烟气脱硫
目前主要是燃烧后脱硫，即烟气脱硫，烟气脱硫主要有以下方式：
Ø湿法脱硫，石灰石─石膏湿法脱硫
Ø干法脱硫，如回流式循环流化床（RCFB干法）烟气脱硫
Ø半干法脱硫，如NID半干法烟气脱硫
Ø海水法脱硫
Ø电子束法脱硫
Ø氨水洗涤法脱硫
干法脱硫，如回流式循环流化床（RCFB干法）烟气脱硫只能用在循环流化床锅炉上，湿法烟气脱硫（fluegasdesulfurization,FGD）以其经济型、可靠性成为世界上唯一大规模商业化应用的脱硫技术方法。
以下是常见的几种湿法脱硫工艺。
1、1石灰石——石膏法烟气脱硫工艺
石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
它的工作原理是：
将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。
经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放。
脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器（GGH）加热升温后，由烟囱排入大气，烟气排放温度约80℃左右，当不加GGH直接排放时时，烟气排放温度约50℃左右。
由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。
该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫。
这种脱硫方法是我国目前主要脱硫手段。
下图为典型石灰石——石膏法烟气脱硫工艺。
典型石灰石——石膏法烟气脱硫工艺
脱硫剂还可以换成生石灰、熟石灰、氧化镁、电石渣（Ga（OH）2）等，基本流程都是一样的，液气比不同。
1、2氨水洗涤法脱硫工艺
该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产硫酸铵化肥。
锅炉排出的烟气经烟气换热器冷却至90~100℃，进入浓缩洗涤塔中洗涤浓缩，洗涤后的烟气进入脱硫塔中洗涤脱硫。
脱硫后烟气经过除雾进入换热器后进入烟囱排放。
循环水分两级，一级经浓缩塔浓缩至浓度约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售，也可以把这种溶液进一步浓缩蒸发干燥加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。
二级经脱硫塔洗涤烟气脱硫。
工艺的难点在于中间产物亚硫酸铵的氧化与浓度控制。
设备的防腐更为困难。
大多氨法脱硫装置都采用玻璃钢整体制作。
氨法脱硫具有如下优点：
1.2.1完全资源化。
脱硫过程不产生任何废水、废液和废渣，没有二次污染，是一项真正意义上的将污染物全部资源化，符合循环经济要求的脱硫技术。
1.2.2、装置阻力小，节省运行电耗。
利用碳铵脱硫的高活性，使液气比较常规湿法脱硫技术降低60%。
系统阻力较常规脱硫技术节电50%以上。
另外，循环泵的功耗降低了近70%。
1.2.3脱硫剂及脱硫产物都是易溶性物质，装置内脱硫液为澄清溶液，无积垢无磨损，更容易实现PLC、DCS等自动控制，操作控制简单易行。
1.2.4装置设备占地小，氨—硫铵脱硫装置无需原料预处理工序，副产物的生产过程也相对简单.
1.2.5既脱硫又脱硝--适应环保更高要求。
氨对NO同样有吸收作用。
另外脱硫过程中形成的亚硫铵对NO还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现脱硝的目的。
氨法脱硫技术上是成熟的，在有废氨水的地方完全可采用。
如用液氨做脱硫剂，液氨的运输与储存成本较高，脱硫产物硫酸铵纯度不高，售价较低，两者的差价比钙法脱硫剂的成本还要略高。
除非国家出台政策支持，现阶段氨法脱硫还很难大规模推广。
如燃烧低硫煤（北京），不考虑硫酸铵的回收，脱硫剂采用碳铵还是很好的方案。
衡兴环保向北京的很多用户推荐采用了此工艺。
1、3海水脱硫工艺
海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。
在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。
吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的
被氧化成为稳定的
，并使海水的PH值与COD调整达到排放标准后排放大海。
海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤（燃煤含硫量小于1．5％的中低硫煤）的电厂。
海水脱硫工艺在挪威比较广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业炉窑的烟气脱硫，先后有20多套脱硫装置投
入运行。
近几年，海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展。
此种工艺最大问题是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论，因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑。
1、4双碱法（钠钙）脱硫工艺
钙钠双碱法是先用钠碱性吸收液进行烟气脱硫，然后再用石灰粉再生脱硫液，由于整个反应过程是液气相之间进行，而且吸收速率高，液气比低，吸收剂利用率高，投资费用省，运行成本低。
1.4.1以NaOH（Na2CO3）脱硫，脱硫液中主要为NaOH（Na2CO3）水溶液，在循环过程中对水泵、管道、设备缓解腐蚀、冲刷及堵塞，便于设备运行和维护。
1.4.2钠基吸收液对SO2反应速度快，故用较小的液气比，还能达到较高的脱硫效率。
1.4.3脱硫剂的再生及脱硫沉淀均发生于塔体避免塔内堵塞和磨损，提高了运行的可靠性，降低了运行成本。
1.4.4反应原理
SO2吸收反应：
Na2CO3＋SO2→Na2SO3＋CO2↑
吸收剂再生反应：
CaO＋H2O→Ca（OH）2
Ca（OH）2＋Na2SO3＋H2O→2NaOH＋CaSO3＋H2O
钠钙双碱法脱硫是假脱硫，仅仅能够应对环保抽查，没有长期运行的工程。
主要问题在于中间产物硫酸钠的结晶，循环水管路、喷流喷嘴、塔壁等处全是硫酸钠的结晶，造成系统崩溃。
只有衡兴环保的铵钙双碱法才能可靠运行，当然必须以衡兴改性玻璃钢脱硫塔和循环水PH值控制系统为前提。
二、脱硫的化学过程
脱硫剂的不同决定了脱硫的化学过程的不同（见下表）
脱硫剂
PH值
液气比（l/m³）
塔内化学过程
产物
石灰CaO
4.5~5.2
＞5
固、液、气
CaSO4·2H20
MgO
4.2~5.0
＞5
固、液、气
MgSO4·7H20
碳铵
氨水
6.0~8.0
＞2
离子、液、气
（NH4）2SO4
铵钙双碱法
5.0~8.0
＞2
离子、液、气
（NH4）2SO4
CaSO4·2H20
钠钙双碱法
5.0~8.0
＞2
离子、液、气
Na2SO4·7H20
Na2SO4·10H20
CaSO4·2H20
NaOH
8.0~12.0
＞1
离子、液、气
Na2SO4·7H20
Na2SO4·10H20
石灰石、生石灰、熟石灰、MgO等脱硫剂价格相对便宜，大多不溶于水或微溶于水。
脱硫的化学过程主要是固、液、气的反应，需维持较低的PH值以利于固体的溶解，但需要较高的循环水量来提高SO2的吸收。
碳铵、钠碱等脱硫剂价格较贵，大多极易溶于水，有较高的PH值，SO2的吸收效率很高。
脱硫的化学过程主要是离子、液、气的反应。
双碱法兼顾两端，但相对需要较大的空间，也就是循环水池要大，以空间换取了能量的消耗。
石灰/石膏法循环液含固量在10%至20%之间，一般采用塔内循环的方式，脱硫塔的造价较高，脱硫剂的制备、脱硫渣的脱水都需要实时的过程，需要较多的人工。
石灰/石膏法以自动控制系统为核心，本系统需要200多个点的联动，对控制系统的质量要求较高，需要较高的投资来保证。
各阀门节点、流速流量、石灰浆液石膏浆液的浓度（密度）、各节点的PH值等参数的取得需要较高的投资。
石灰石/石灰/石膏法比较适合燃烧高硫煤、锅炉吨位比较大的电厂（分担比例大）。
碳铵—硫铵法设备投资相对简单，循环水ＰＨ值较高，系统冗余度较大，通过ＰＨ值的控制就能保证脱硫效率。
碳铵和硫铵都是化肥，其有效成分是氮，脱硫过程中有很少量的流失，如能回收硫铵，则是教经济的脱硫工艺。
铵钙双碱法是衡兴最擅长的工艺，有多个工程在运转。
解决了传统的钠钙双碱法的芒硝结垢问题。
三、几种不同的脱硫工艺工程投资成本与运营成本测算
4x65t/h脱硫系统三种工艺投资对比
石灰—石膏法
碳铵—硫铵法
铵钙双碱法
主体系统投资
（万元）
554.4
398.4
398.4
脱硫液循环系统
投资（万元）
53
35
35
脱硫剂制备系统
投资（万元）
75.7
37
57.2
脱硫渣处理系统
投资（万元）
171.3
43.5
75.5
工艺水及回水系统投资（万元）
17.6
17.6
17.6
电气与自控系统
投资（万元）
365.35
123.6
137.6
循环水池造价
（万元）
0
35
45
基础造价（万元）
30
20
40
总投资（万）
1267.35
710.1
806.3
4x65t/h脱硫系统运营成本对比
项目
石灰-石膏法
铵法
铵钙双碱法
钠碱法
电耗
循环水系统（Kw）
135
55
55
55
副产物处理系统（Kw）
真空皮带机形式138.5
20
压滤机形式
50
20
其他系统耗电（Kw）
50
20
20
20
电费总计（元）
207.04
60.8
80
60.8
脱硫剂消耗
脱硫剂
石灰（CaO纯度80%）
碳铵（NH4HCO3）
石灰（CaO纯度80%）571.2
碳铵补充（NH4HCO3）
NaOH
消耗
（Kg/h）
403.8
1238
403.8
24.8
627.2
脱硫剂单价
300元/吨
700元/吨
300元/吨
700元/吨
3000元/吨
脱硫剂
（元/小时）
121.14
866.6元
138.5
1881.6元
水消耗（元/小时）
32.85
10.95
32.85
10.95
副产物回收
脱硫副产物
CaSO4·2H2O
（NH4）2SO4
CaSO4·2H2O
Na2SO4
脱硫产物产量
（Kg/h）
1737.2
1035
1737.2
1113.28
回收价值
0
550
0
汇总（元/小时）
360.68
938.35
251.35
1953.35
人工
7人（三班）
1
2
1
一、石灰—石膏法
1、投资测算
一、主体系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
BYJ-65T脱硫塔
台
117
4
468
2
φ1800玻璃钢烟道
米
0.8
88
70.4
3
检修平台
套
4
4
16
小计
554.4
二、脱硫液循环系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
脱硫循环泵150UHB-ZK-300-25
45kw
台
2.8
12
42
2
循环水管路（FPR）
套
2.2
5
11
小计
53
三、脱硫剂制备系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
石灰储仓
台
25
1
25
2
螺旋输送机
台
2.5
1
2.5
3
称量罐
台
2.2
1
2.2
4
化灰器
台
8
1
8
5
化灰泵
台
8
1
8
6
石灰浆液罐
台
10
1
10
7
石灰浆液泵
台
2
5
10
8
石灰浆液管阀及支架
套
2
5
10
小计
75.7
四、脱硫渣处理系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
搅拌器
台
3
2
6
2
罗茨鼓风机
台
2.5
3
7.5
3
水力旋流器
台
8
2
16
4
真空皮带过滤机
套
40
2
80
5
真空泵
台
6
2
12
6
滤液池搅拌
台
3
1
3
7
滤液泵
套
9
1
9
8
回液泵
套
3.5
2
7
9
滤布冲洗水泵
台
1.5
2
3
10
滤布冲洗水罐
个
1.8
1
1.8
11
管路与阀门
套
10
2
20
12
管路支架
套
3
2
6
小计
171.3
五、工艺水及回用水系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
工艺水泵
台
1.3
2
2.6
2
工艺水管路及管件
套
5.5
2
11
3
管路支架
套
2
2
4
小计
17.6
六、电气与自控
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
高压开关柜
台
8.5
5
42.5
2
脱硫变压器SCB9-1250/10
台
25
1
25
3
低压开关柜
台
7
9
63
4
脱硫控制柜
台
9
4
36
5
上位机
套
16
2
32
6
UPS系统
套
16
1
16
7
现场操作箱
只
0.15
11
1.65
8
照明配电箱
只
0.4
3
1.2
9
检修电源箱
只
1.2
2
2.4
10
电缆及桥架
套
80
1
80
11
接地装置
套
8
1
8
12
热电阻
只
0.1
4
0.4
13
照明灯具
套
4
1
4
14
压力变送器
只
0.7
4
2.8
15
液位变送器
只
1.2
3
3.6
16
超声波液位计
台
0.8
6
4.8
17
密度计
台
8
2
16
18
吸收塔浆液PH计
台
3.5
4
14
19
石灰仓（或粉仓）雷达料位计
台
2
1
2
20
辅材
套
10
1
10
小计
365.35
总计
1221.35
2、运行成本
成本估算参考如下：
烟气量：
162500m³/h；SO2初始浓度800mg/m³；脱硫效率≥97.5%
液气比：
5:
1
钙硫比：
1.03
石灰（CaO纯度80%）：
300元/吨
电费：
0.64元/度
水费：
3.65元/吨
单台65T脱硫系统运行每小时消耗石灰142.8kg；
每小时耗水9吨，
3、脱硫反应原理
Ca（OH）2+SO2CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
CaCO3+SO2+1/2H2OCaSO3·1/2H2O+CO2
CaSO3·1/2H2O+SO2+1/2H2OCa（HSO3）2
氧化过程
2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O2CaSO4·2H2O
Ca（HSO3）2+1/2O2+H2OCaSO4·2H2O+SO2
二、碳铵—硫铵法
1、投资测算
一、主体系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
BYJ-65T脱硫塔
台
78
4台
312
2
φ1800玻璃钢烟道
米
0.8
88
70.4
３
检修平台
套
４
４
16
小计
398.4
二、脱硫液循环系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
脱硫循环泵200UHB-ZK-320-32
55kw
台
3
8
24
2
循环水管路（FPR）
套
2.2
5
11
小计
35
三、脱硫剂制备系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
碳铵储仓
台
25
1
25
2
螺旋输送机
台
2
1
2
3
脱硫液管阀及支架
套
2
5
10
小计
37
四、脱硫渣处理系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
搅拌器，7.5kw
台
3
2
6
2
罗茨鼓风机，18.5kw
台
2.5
3
7.5
3
龙门抓斗
台
20
1
20
4
离心机
台
10
1
10
小计
43.5
五、工艺水及回用水系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
工艺水泵
台
1.3
2
2.6
2
工艺水管路及管件
套
5.5
2
11
3
管路支架
套
2
2
4
小计
17.6
六、电气与自控
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
脱硫控制柜
台
9
4
26
2
上位机
套
16
2
22
3
电缆及桥架
套
10
1
10
4
接地装置
套
8
1
8
5
热电阻
只
0.1
4
0.4
6
照明灯具
套
4
1
4
7
压力变送器
只
0.7
4
2.8
8
液位变送器
只
1.2
3
3.6
9
超声波液位计
台
0.8
6
4.8
10
密度计
台
8
2
16
11
吸收塔浆液PH计
台
3.5
4
14
12
粉仓雷达料位计
台
2
1
2
13
辅材
套
10
1
10
小计
123.6
总计
639.1
2.、运行成本
成本估算参考如下：
烟气量：
162500m³/h；SO2初始浓度800mg/m³；脱硫效率≥97.5%
液气比：
2：
1
铵硫比：
1.03
碳铵（NH4HCO3）：
700元/吨
硫铵（（NH4）2SO4）：
550元/吨
电费：
0.64元/度
水费：
3.65元/吨
单台65T脱硫系统运行每小时消耗碳铵322.3kg
每小时耗电82KW，
每小时耗水3吨，
2、脱硫反应原理
NH4HCO3+H2SO3NH4HSO3+H2O+CO2
NH4HSO3+NH4HCO3（NH4）2SO3+H2O+CO2
（NH4）2SO3+1/2O2（NH4）2SO4
三、铵钙双碱法
1、投资测算
一、主体系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
BYJ-65T脱硫塔
台
78
4台
312
2
φ1800玻璃钢烟道
米
0.8
88
70.4
3
检修平台
套
4
4
16
小计
398.4
二、脱硫液循环系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
脱硫循环泵200UHB-ZK-320-32
55kw
台
3
8
24
2
循环水管路（FPR）
套
2.2
5
11
小计
35
三、脱硫剂制备系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
石灰储仓
台
10
1
10
2
螺旋输送机
台
2.5
2
5
3
碳铵仓
台
10
1
10
4
称量罐
台
2.2
1
2.2
5
石灰消化池
台
10
1
10
6
石灰消化池搅拌器
台
2
5
10
7
石灰浆液管阀及支架
套
2
5
10
小计
57.2
四、脱硫渣处理系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
搅拌器7.5kw
台
3
2
6
2
罗茨鼓风机18.5k
台
2.5
3
7.5
3
厢式压滤机5.5kw
台
30
1
30
4
滤液输送泵55kw
台
3
2
6
5
管路与阀门
套
10
2
20
6
管路支架
套
3
2
6
小计
75.5
五、工艺水及回用水系统
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
1
工艺水泵
台
1.3
2
2.6
2
工艺水管路及管件
套
5.5
2
11
3
管路支架
套
2
2
4
小计
17.6
六、电气与自控
序号
项目规格
单位
单价（万）
数量
总价（万）
6
脱硫控制柜
台
9
4
30
7
上位机
套
16
2
22
12
电缆及桥架
套
20
1
20
13
接地装置
套
8
1
8
14
热电阻
只
0.1
4
0.4
15
照明灯具
套
4
1
4
16
压力变送器
只
0.7
4
2.8
17
液位变送器
只
1.2
3
3.6
18
超声波液位计
台
0.8
6
4.8
19
密度计
台
8
2
16
20
吸收塔浆液PH计
台
3.5
4
14
21
石灰仓（或粉仓）雷达料位计
台
2
1
2
22
辅材
套
10
1
10
小计
137.6
总计
705.3
2、运行成本
成本估算参考如下：
烟气量：
162500m³/h；SO2初始浓度800mg/m³；脱硫效率≥97.5%
液气比：
2:
1
钙硫比：
1.03
石灰（CaO纯度80%）：
300元/吨
电费：
0.64元/度
水费：
3.65元/吨
单台65T脱硫系统运行每小时消耗石灰142.8kg
每小时耗电82KW，；
每小时耗水3吨
脱硫反应原理
NH4HCO3+H2SO3NH4HSO3+H2O+CO2
NH4HSO3+NH4HCO3（NH4）2SO3+H2O+CO2
（NH4）2SO3+1/2O2（NH4）2SO4
（NH4）2S
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