脱硫催化剂使用的安全性和经济性分析

摘要：湿法烟气脱硫是世界上大规模商业化应用的脱硫方法之一，由于其技术成熟、运行状况稳定，我国火电脱硫工艺大部分为湿法烟气脱硫。然而，随着超低排放改造的完成，系统运行能耗很高，并且随着国家污染物排放标准要求的提高，大部分电厂只能燃烧低硫煤才能达到环保要求。徐州华鑫发电有限公司为了降低脱硫工艺能耗，提高燃煤经济性，使用了高效脱硫增效剂进行了停泵节能试验和掺烧高硫煤的安全性和经济性实验，取得了明显的节能效果。

关键词：脱硫增效剂 掺烧高硫煤 节能

火力发电是现代社会电力发展的主力军，煤炭在火力发电中有着广泛的应用，在我国能源结构中起着举足轻重的作用，但是燃煤带来的SO2的大量排放，严重污染了环境。在提出建设和谐社会、发展循环经济的大背景下，我们把更多的目光放在环境保护方面，对煤炭的含硫量进行了严格的限制。

为响应国家对环境保护的要求，电厂具有完整的烟气脱硫工艺及设备，目前大部分火电厂采用的是石灰石-石膏湿法烟气脱硫（WFGD）工艺。石灰石-石膏湿法烟气脱硫（WFGD）工艺具有技术成熟、脱硫效率高、吸收剂来源丰富并且价格低廉、副产品可利用的优点。但目前我国火力发电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置的运行普遍存在能耗和运行成本高、对煤种硫份的适应能力差、吸收塔后续设备堵塞结垢现象严重、设备磨损严重等问题。目前我国环保部门对电厂燃煤含硫量控制严格，锅炉燃煤含硫量基本不超过0.8mg/m3.这直接导致了电厂燃煤成本大幅提高，煤炭市场供应两极分化，严重失衡。导致煤炭市场不稳定，众多电厂长期亏损。电厂能在保证环保达标的情况下掺烧一部分高硫煤会给电厂带来不菲的经济价值，会给低迷的煤炭市场注入一针强心剂。徐州华鑫电厂使用脱硫催化剂后，分别对脱硫系统进行节能试验和掺烧高硫煤试验，整个试验非常完满。

2 徐州华鑫发电有限公司对脱硫增效剂的应用

2.1徐州华鑫发电有限公司情况简介

徐州华鑫发电厂进行脱硫增效剂试验机组为2*330MW，此系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统。脱硫系统主要由烟气系统、吸收塔系统、石灰石浆液制备系统、石膏浆液脱水系统、废水处理系统等组成。吸收塔系统共五台浆液循环泵（A：800kw、B：450kw、C：450kw、D：800kw、E：900kw）。实际负荷为200-300MW，入口SO2浓度为1000-2000mg/m3，目前机组执行SO2排放浓度为35mg/m3以下。

目前燃煤含硫量存在波动，当燃煤含硫量较大时，脱硫系统的运行压力较大。目前脱硫系统为A、E两台循环泵运行，在节省系统电耗，降低厂用电率方面还有一定的潜力。为了使脱硫系统能更好的稳定运行，同时降低运行成本，达到节能省电的目的，拟采用脱硫增效剂进行节能试验。脱硫增效剂适用于大型燃煤电厂的石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，提高脱硫效率和石灰石利用率的效果明显，且加药量小。根据电厂运行具体情况，电厂决定对#1机组进行脱硫增效试验。

2.3 加药效果分析

2.3.1加药前浆液循环泵运行情况

加药前浆液循环泵运行

由上表可以看出

1、在硫份1200mg/Nm3以下300MW负荷时PH值5.7-5.8，可以运行AB浆液循环泵；在硫份1400 mg/Nm3以下240MW负荷时PH值6.1，运行吃力，建议切至两台大泵运行。

2、负荷在250MW上下，入口硫份在2000 mg/Nm3左右时，若想满足排放标准需要运行三台泵。

2.3.2 初次投加效果

此次试验为#1机组试验，初次加药效果如下：（详细数据见附件）

从上表的数据可以看出：加药后运行一大一小两台泵负荷在220MW上下、入口SO2浓度在1600mg/Nm3--1700mg/Nm3，pH在5.20―5.70之间时，脱硫效率能维持在99.2%左右；出口SO2浓度降低40-50%，脱硫增效剂减排效果非常明显。

2.3.3 加药后提高燃煤硫份试验

加药后，选取锅炉负荷、入口SO2浓度均大于加药前的工况数据进行对比，考察加药后运行1台大功率与1台小功率浆液循环泵，出口SO2浓度和脱硫率的变化情况。

由上表可以看出，负荷在300MW上下，入口SO2浓度为3000mg/Nm3左右时，加药后1台大功率与1台小功率浆液循环泵运行，脱硫效率基本维持在99%以上，出口SO2浓度可有效控制在30mg/Nm2以内。

（A/C浆液循环泵运行，原烟气硫份2200mg/m3，负荷320MW时#1脱硫PH值在5.8以下，排口SO2在28mg/m3以下，运行各项参数在正常范围内，可以运行。）

加药后1台大功率与1台小功率浆液循环泵运行效果非常显著，硫份较高时（入口SO2浓度为3200mg/Nm3左右）依然可以有效控制出口SO2排放浓度。

4.5 2台小功率浆液循环泵运行试验及数据分析

（BC浆液循环泵运行，负荷最高280MW，原烟气硫份1000---1100mg/m3， pH值5.33―5.8之间，排口SO2含量在22 mg/Nm3―31 mg/Nm3之间。可以运行）

由上表数据及图可知，负荷在250MW上下，入口SO2浓度为1000mg/Nm3左右时，添加脱硫增效剂后，运行2台小功率浆液循环泵，同时吸收塔pH值在5.20-5.80之间，依然可以保持出口SO2浓度为30mg/Nm3以内。由此可见脱硫增效效果非常明显。

3 徐州华鑫发电有限公司应用脱硫增效剂的经济效益分析

1）通过添加脱硫增效剂，提高了脱硫效率，减少SO2排放量，满足了达标排放要求。加药后，通过合理调配循环泵运行，可以完全避免超标情况发生。且脱硫增效剂对系统燃烧高硫煤的作用效果良好。

2）通过添加脱硫增效剂，可以提高系统系统裕量，使系统适应缓冲能力更强，当燃煤硫份超出设计值的30%时也能很好的控制出口排放达标，此项燃烧高硫煤，每年为公司节省近千万元的效益。

3）在入口SO2浓度较低的情况下，加药后相比加药前运行两台小功率浆液循环泵即可，可以降低厂用电率。

吸收塔停运行1台大功率和1台小功率浆液泵，比运行2台大功率浆液泵（以运行方式有A＼E切换至A＼B泵计算），一天可节省电费为：

（900kw-450kw）×24×0.378元=4082元。一年可节省电费为：4082元×300=122.4万元。

吸收塔每日投加40KG，一年按两次建立初始加药浓度，一年药剂使用费用为：（40×300+800×2）×52.7元=71.6万元。

一台吸收塔停运一台浆液循环泵，每年可节约运行费用为122.4-71.6万元=50.8万元。

两台吸收塔同时加药，可节约运行费用为101.6万元。

高负荷时脱硫用电率下降较明显（日脱硫用电率由之前0.84降至0.74左右）。

4）加入增效剂后，脱硫系统对燃煤硫份的波动适应性增强，可以适当提高燃煤硫份，以我厂的实验数据来看，使用增效剂可提高燃煤硫分80%，市场采购价格每吨保守估计可降低5元左右，以两台机组每天燃煤3000吨计算。可降低燃煤成本=3000吨×40元/吨=120000，全年可降低成本=12万元×300=3600万元。在为系统的稳定运行提供了安全保障的同时还能降低运行成本。

5）脱硫增效剂有增强石灰石溶解的作用，加入增效剂后可以提高石灰石利用率，石灰石粉用量减少。

6）脱硫增效剂可以增强脱硫塔内的浆液氧化效果，对石膏的脱水率有提升，可以提高石膏的品质。

7）脱硫增效剂具有减少系统腐蚀结垢的作用，在一定程度上能够改善或缓解系统结垢的问题，提高设备备用系数和减少循环泵系统的检修、维护工作量，减少了循环泵的检修和维护费用。

8）脱硫催化剂的使用增加了脱硫系统的设备富余量，大大提高了脱硫系统的运行安全可靠性。

总之，脱硫增效剂的使用有着良好的经济效益和可靠的安全性。

4 增效剂添加试验结果讨论

徐州华鑫发电有限公司通过添加脱硫增效剂，在不改变系统及设备情况下，大幅提高了系统的处理能力，可以迅速有效降低出口SO2浓度。其效果相当于1-2台浆液循环泵的处理能力。对于目前电厂执行的标准，添加脱硫增效剂后，提高了系统裕量，使系统适应缓冲能力更强，当其他条件（如煤质、烟温、机组负荷等）存在波动时，系统依然可以高效、稳定及环保运行，增强了运行控制能力。电厂经营管理水平和安全性等各项重要指标得到提升。后期运行成本也较系统改造更低。

通过添加脱硫催化剂，大幅提高了系统对燃煤硫份适应范围，大幅降低燃煤成本。以年燃煤用量计算，此项可减少燃煤采购成本上千万元。另外，脱硫增效剂具有减少系统腐蚀结垢的作用，系统在添加脱硫添加剂后，在一定程度上能够改善或缓解系统腐蚀、结垢问题，延长系统及其设备使用寿命。

5 结束语

为了有效控制SO2对大气造成的污染，满足日益严格的环保要求，在目前成熟脱硫工艺的基础上而开发的脱硫添加剂，可进一步提高脱硫效率、降低脱硫运行成本，将会带来很好的经济和环境效益。

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中，脱硫剂石灰石反应活性主要取决于石料成分、CaCO3含量、粒径及其分布等因素，石灰石CaCO3含量越大、粒径越小，脱硫反应活性越高，在石灰石浆液中添加脱硫增效剂，能有效提高石灰石的活性、促进石灰石的溶解，在脱硫吸收塔中，烟气中SO2脱除率及钙转化率显著提高，在提升脱硫效率的同时，提高了石灰石CaCO3的吸收利用率。由于脱硫增效剂减缓pH值的波动，减少了浆液补充调整的操作频次，提高了供浆流量均衡性，从而提高系统运行的可靠性和稳定性，有效降低了脱硫运行费用。

试验证明，应用脱硫增效剂还可以提高运行操作的灵活性，拓展燃煤硫分的适应范围，这样既降低了投资成本和运行费用，也确保了SO2达标排放，实现企业经济效益和社会效益双丰收。

参考文献：

[1]陶莉，周艳明，李国永.脱硫添加剂在烟气系统故障处理中的应用[J]：湖南电力，2010（5）： 10-13.

[2]湿法脱硫系统安全运行与节能降耗[M].中国电力出版社，2010.

作者简介：

李壮志，男，工程师，徐州华鑫发电有限公司发电部除灰脱硫专业工程师，邮编：221000