醇铵硫液剂脱硫技术的研究与应用

陈金泉 高商牛

(中国石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

醇铵硫液剂脱硫技术的研究与应用

陈金泉 高商牛

(中国石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

我国燃煤电厂传统脱硫技术(如石灰石湿法脱硫)存在投运成本高、施工周期长、对场地要求高等问题，难以满足不同锅炉，尤其是中小型锅炉的脱硫要求。文章介绍了一种紧凑型高效液剂脱硫技术及其在中国石化上海石油化工股份有限公司热电事业部5A炉进行的应用试验情况。结果表明，该脱硫技术可使装置的脱硫效率达到95%，并能弥补传统脱硫技术的不足，尤其适用于场地紧缺的中小型锅炉，也可用作辅助或应急用脱硫装置，具有广阔的工业应用前景。

电厂锅炉 醇铵硫液剂 脱硫 大气污染 二氧化硫

我国电力生产以火力发电为主，是废气污染物SO2的主要排放源之一。近年来，国家对SO2的排放控制日趋严格。上海市环保局颁发的锅炉大气污染物排放标准DB31/387－2007规定，自2010年1月1日起，电站燃焦锅炉排放的SO2最高允许质量浓度为800 mg/m3。根据2010年1－4月监测结果，中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)热电事业部5A循环硫化床燃焦锅炉(以下简称5A炉)排放的SO2烟气平均质量浓度为1 941 mg/m3，远不能达到上海市环保局规定的排放标准。

常规脱硫装置(如石灰石湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫)的设备投资及运行费用高、占地面积大，施工、调试周期长，不能满足5A炉现阶段脱硫要求［1］。针对这种情况，上海石化委托浙江大学热能工程研究所设计了醇铵硫液剂脱硫装置。该装置具有投运成本低，施工、调试周期短，对场地要求低等优点，非常符合5A炉的要求。在此对该新型脱硫装置的原理、系统和设备进行介绍，简述试验成果，综合分析其工业应用前景。

1 符合5A炉要求的脱硫装置特点

根据上海石化热电事业部对于5A炉脱硫装置的要求，醇铵硫液剂脱硫装置应具备以下特点:

(1)能使5A炉排放的SO2烟气平均质量浓度低于800 mg/m3(SO2质量浓度至少下降1 200 mg/m3);

(2)工艺简单、操作方便、系统阻力小(不大于480 Pa)，不影响5A炉最大出力工况下的烟气排放量;

(3)系统运行中，设备不易堵塞和磨损，维护工作量小，耗电低;

(4)设备投资省，占地面积小，原设备系统改动小，施工方便、工期短;

(5)无需在现场对原料进行预处理和副产物处理，无废水排放，醇铵硫液剂可回收利用，不产生二次污染;

(6)作为解决5A炉正在筹建的“石灰石－石膏湿法脱硫装置”(预计2011年底前投用)投运前SO2排放达标的重要设备，同时考虑到新建的5A炉调试投用和正常运行后也难免会发生故障而停用，醇铵硫液剂脱硫装置可以用作5A炉的应急备用脱硫装置。

2 醇铵硫液剂脱硫技术原理及工艺流程

2.1 醇铵硫液剂脱硫原理

醇铵硫液剂是一种新型脱硫剂，为浅黄色液体，其主要成分为季铵碱和有机醇类化合物，pH值13～14，密度1.05 g/cm3，是一种具有超强二氧化硫吸收功能的脱硫液剂。

醇铵硫液剂在液相条件下吸收二氧化硫后经催化剂催化溶解于液剂中，并保持稳定的液态。硫化物借重力下沉塔底，不会造成饱和结晶或结垢堵塞。醇铵硫液剂中的季铵碱基化合物作为碱性指示计，当指示计显示为中性时将塔底含硫产物排出塔外，根据外排液剂量补充新剂，构成闭路循环。吸收SO2后的饱和溶液(硫酸铵、钠盐)可在回收、再生后循环利用［2］。

醇铵硫液剂中最重要的脱硫成分是季铵碱和有机醇，具有强碱性，与SO2具有极高的反应活性。

季铵碱以R4NOH表示，有机醇以ROH表示，醇铵硫液剂脱硫总反应式如下:

2.2 醇铵硫液剂脱硫装置工艺流程

脱硫装置烟气流程见图1。

图1 脱硫装置工艺流程

醇铵硫脱硫装置主要由空间脱硫室、塔顶脱硫室、除雾器、液剂池和原液罐组成，其中塔顶脱硫室、除雾器和液剂池均布置在脱硫塔内。

醇铵硫液剂脱硫装置采用了分级脱硫技术:利用除雾脱硫室入口布置了脱硫喷嘴的烟道为空间脱硫室，实现第一次脱硫;将除雾器、脱硫剂池等组合成除雾脱硫塔，形成在塔顶脱硫室第二次脱硫，并利用分级除雾器实现高效除雾。脱硫塔出口的挡板利用惯性原理对脱硫后的烟气进行干燥除湿。

脱硫塔底部设有液剂池，可连续排出废液。原液筒内的脱硫剂原液经稀释后由泵打入液剂池，与烟气反应后的脱硫剂落入液剂池内，与原液混合。循环液系统将液剂池上部与原液混合后的脱硫剂送往两级脱硫室进行脱硫。液剂池底部可连续排出废液。

2.3 醇铵硫液剂脱硫装置的运行参数控制

(1)烟气处理量的调节

醇铵硫液剂的脱硫效率极高，而5A炉排放的SO2烟气平均质量浓度不得大于800 mg/m3，且烟气阻力不能过大，因此采用烟气分流的方法对部分烟气进行脱硫。通过脱硫烟气比例分配，可以调节烟气总体阻力和SO2平均质量浓度。实际运行时脱硫装置进出口烟道挡板全开，通过总烟道旁路挡板调整SO2质量浓度和总烟气阻力，用未脱硫烟气对脱硫后烟气进行加热，保留原烟道隔离挡板并移位至旁路挡板位置。

脱硫烟气比例分配的主要依据在于以下3个参数:脱硫效率、系统阻力和烟气温度。烟道旁路挡板全开时，进入脱硫装置的烟气比例较小，烟气的整体脱硫效率较低，但此时系统阻力最小，脱硫后的低温烟气被为脱硫的烟气加热，故烟气温度较为正常;烟道旁路挡板全关时，则烟气全部进入脱硫装置进行脱硫，此时脱硫效率可达到最大，但系统阻力也最大，烟气温度最低。因此调整脱硫烟气比例的原则就是在保证系统正常运行和脱硫效率达标的前提下，降低系统阻力，提高烟气温度。

参与脱硫的烟气流量可以根据脱硫烟道的烟气流速进行计算。当烟道旁路挡板全关时，参与脱硫的烟气量就是锅炉排放的总烟气量。

(2)液剂池液位的控制

脱硫装置运行过程中，塔底液剂池液位保持在2 m为宜，可通过管壳式液位计观察液位。

维持液位的关键在于保持循环液蒸发量和补充水量的平衡，因此液剂池设有自动补水阀以自动控制液位。

(3)循环液质量浓度的控制

醇铵硫液剂在使用前需用水按照4∶1的比例进行稀释，使SO2及脱硫剂分子充分溶解并电离，以提高反应速度。

3 醇铵硫液剂脱硫装置试验

3.1 脱硫效率、阻力特性试验

试验期间5A炉蒸汽的平均蒸发量为283 t/h，尾部SO2烟气的质量浓度保持在2 000 mg/m3以上。将尾部烟道旁路挡板开度分别调整为100%、50%、25%、0%，记录系统详细运行参数，计算脱硫装置的脱硫效率、烟气处理能力和系统阻力。脱硫装置进出口SO2质量浓度由上海发电设备成套设计研究院采用KANE9106多组分烟气分析仪进行实地测量。

对于脱硫装置阻力，由于各检测点烟气流通面积、温度以及烟道抽拔力不同，难以根据静压变化进行精确测量，只能参考引风机前烟道挡板开度、静压以及引风机电流进行估算。

不同烟道旁路挡板开度下进入脱硫装置的烟气量如表1所示，脱硫装置的效率和阻力特性如表2和表3所示。

表1 不同烟道旁路挡板开度下的烟气量

表2 脱硫装置的脱硫效率

表3 脱硫装置的阻力特性

由表1、3可见:

(1)进脱硫装置最大烟气量为1.4×105m3/h，占总烟气量51.2%;

(2)脱硫装置的脱硫效率随着烟气处理量的增大而略有降低，脱硫效率最高可达95.2%，脱硫装置出口SO2质量浓度最大可下降2 056 mg/m3;

(3)在旁路烟道挡板全关条件下，引风机电流和入口挡板开度、静压等无明显变化，引风机尚有较大裕量，说明脱硫装置的阻力与原烟道阻力相比增加不大，不影响锅炉的正常运行，满足了设计要求。

3.2 脱硫装置试验运行参数

将烟道挡板开度调节到25%，采集脱硫装置的相关运行参数。装置的脱硫效率由烟气在线连续监测系统(CEMS)记录。装置运行参数见表4。

表4 脱硫装置运行参数记录

由表4可以看出:

(1)16 h连续运行结果表明，烟气平均脱硫效率大于70%，排放的烟气中SO2质量浓度不大于800 mg/m3，SO2质量浓度下降了1 200 mg/m3，达到设计要求;

(2)总烟道烟气温度不小于83℃，与上海石化热电事业部1#、2#脱硫装置出口烟气温度相当。

4 醇铵硫液剂脱硫装置经济性分析

通过醇铵硫液剂脱硫装置的试验性应用研究，对其经济性进行了初步分析，并与上海石化热电事业部1#脱硫装置(石灰石湿法脱硫装置)进行比较。两种脱硫装置实际运行消耗如表5所示。在烟气处理量为1×105m3/h、脱硫量为1 800 mg/m3的条件下，两种脱硫装置总费用比较如表6所示。

表5 两种脱硫装置的运行消耗比较

表6 两种脱硫装置的费用比较

由表5和表6可以看出:

(1)醇铵硫液剂脱硫装置的投资费用仅为石灰石湿法脱硫的五分之一，具有高度省水、省电的特点，符合我国节能减排的政策;

(2)醇铵硫液剂脱硫装置无设备腐蚀和结垢堵塞困扰，避免了锅炉出力受限、陪停受损，设备检维修费用大大降低。

5 结论

(1)醇铵硫液剂脱硫装置完全满足了上海石化热电事业部5A炉对于脱硫装置的要求，脱硫效率可达95.2%;

(2)醇铵硫液剂脱硫装置具有高度省水、节电的特点，运行过程中不产生废水，脱硫剂可循环利用，不产生二次为污染;

(3)由于该脱硫技术尚不成熟，脱硫装置的设计尚可优化，脱硫剂成本也有降低的余地。就其特点来看，该技术十分适用于场地紧缺的中小型锅炉，并可作为常规脱硫装置的备用二次脱硫装置。

1 龚优军，郑利霞，张树礼.我国火电厂脱硫技术的发展及应用现状［J］.内蒙古环境科学，2008(6):55－56.

2 汪家铭.SCOT硫回收尾气处理技术进展及应用［J］.石油化工技术与经济，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。

陈金泉，男，1977年出生，硕士，工程师，主要从事科技开发管理工作，已发表论文多篇。