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烟气脱硫技术成本核算比较与适用条件-上海意海耐腐蚀泵厂推荐 
[ 2008/8/3 17:10:00 | By: zw-pump ]
 

烟气脱硫技术成本核算比较与适用条件-上海意海耐腐蚀泵厂推荐
几种石化企业电厂烟气脱硫技术成本比较及适用条件
中国石化扬子石油化工有限公司发展计划部 李成益
 
 
  随着《火电厂大气污染物排放标准》的实施,多数电厂的燃煤锅炉需进行烟气脱硫改造。2005年5月,国家发改委发布了《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》,对火电厂烟气脱硫的技术路线选择提出了原则性意见。目前,80%以上的网上大型火电厂采用了石灰石—石膏法。而对于化工和石化行业,由于其机组能力偏小(一般为60MW、锅炉蒸发能力220吨/6寸),不在《意见》规定范围内,加上这些企业在原料和副产品的综合利用、产品销售等方面有一定优势,在生产运行及管理方面没有障碍,因此,化工及石化行业自备电厂的烟气脱硫技术有更多选择余地。随着中国石化投入运行的烟气脱硫装置数量的增加,不同工艺的烟气脱硫条件下为便于比较,按照《中国石化集团公司项目可行性研究技术经济参数与数据2007》,对中国石化已建和在建的几套烟气脱硫装置的脱硫成本进行了测算,为今后同类装置技术路线比选提供依据。

  1 石化企业自备电厂的特点

  目前,网上电厂的脱硫成本计算均采用单位发电量的脱硫成本,即烟气脱硫增加的成本分摊到单位发电量。这是由于网上火电厂采用的是单元制模式,无论机组采用哪种类型(超高压、亚临界或超临界),其锅炉蒸发量和机组的发电量基本上是对应的。网上火电厂的机组能力均朝着大型化方向发展。

  石化企业自备电厂一般都采用热—电联产方式,即:在夏季用电高峰期多发电,在冬季用汽高峰期则多抽蒸汽,因此,为实现蒸汽能量的分级利用,汽轮机均采用分级抽出。石化企业自备电厂多采用母管制,锅炉与发电机不是一一对应。另外,为灵活调节、避免对下游蒸汽用户的影响,企业自备电厂的锅炉数量多、单台锅炉蒸发量也小。以中国石化为例,29家企业共有锅炉近200台,总蒸发量3.6万吨/时,其中220吨/时锅炉50台,410吨/g寸锅炉24台,扣除燃气(油)锅炉后,220吨/6寸和410吨/8寸燃煤锅炉的蒸发能力占60%以上。本文对中国石化已建和在建的220吨/时锅炉和410吨/B寸锅炉的烟气脱硫装置的脱硫成本进行了研究,旨对其他热电厂烟气脱硫方案选择有所参考。

  2 烟气脱硫成本的构成及计算依据

  由于企业自备电厂的特点,决定了自备电厂的单位脱硫成本计算方法也应有别于网上电厂。采用单位二氧化硫的脱硫成本计算方法更能直观反映行业特点。这是因为:网上电厂的脱硫成本对应于脱硫电价补贴,而大部分企业自备电厂得不到这部分补贴,对应的是二氧化硫排污费。

  2.1 烟气脱硫成本构成

  烟气脱硫的总成本主要由以下几部分组成:主要原材料、辅助材料、燃料及动力、工资及福利、制造费用、管理费用、财务费用、销售费用、副产品处理费用(销售收入或处理费用)。各部分具体如下:

  主要原材料:指脱硫剂(氨或氨水、石灰石粉或熟石灰、氧化镁粉等)。辅助材料:指各类助剂、催化剂、产品包装材料。燃料及动力:主要指由装置外提供的水、循环水、电、蒸汽、风及燃料、氮气等。

  工资及福利:指直接从事本装置的操作人员的工资及福利。制造费用:包括折旧、检修维修、其他制造费用。管理费用:按装置定员计算。财务费用:因本项目为环保项目,没有赢利能力,固定资产投资和流动资产投资均一次投入,不计贷款利息。工资及福利按3万元/(人·年)计算。

  装置年操作时间按8000小时计算。折旧平均按14年计算,检修维修费用按固定资产原值的3%计算,其他制造费按固定资产原值的0.4%计算,摊销按10年平均计算。

  管理费用按装置定员25000元/(人,年)计算。销售费用:副产品有销售收入的按销售收入的0.5%计算。

  副产品销售收入(或处置费用):指副产品出厂价格或副产品委托处理的费用。燃料动力消耗价格均按含税价计算,其中:电0.59元/千瓦时;水2.34元/吨;蒸汽113元/吨。

  流转税及附加则根据财税[2004]25号《关于部分资源综合利用产品增值税政策的补充通知》,对燃煤电厂烟气脱硫副产品实行增值税即征即退的政策。根据计算,在所选的几种方法中,进项税均大于销项税,即不用交纳城建维护税和教育费附加,也不交纳增值税。

  2.2 烟气脱硫成本的计算依据

  有资料介绍了相关的烟气脱硫机理及工艺流程,因硫化钠—硫磺法报道极少,这里做补充说明。硫化钠—硫磺法的基本反应方程式如下:

 

  烟气脱硫成本计算的原材料价格均按到厂价格计算,副产品处理价格均按出厂价格计算。氨—肥法和镁—肥法所产副产品均按肥料价格计算。脱硫剂和副产品的品质与价格见表1。

 


  2.3 几种烟气脱硫方法的脱硫成本计算结果

  根据上述各参数可计算出不同烟气脱硫方案的脱硫成本如图1。由图1可见,烟气脱硫成本除了与技术路线选择有关外,还与烟气中的二氧化硫含量有关。随着烟气中的二氧化硫含量的升高,脱硫成本均呈现下降的趋势。在不同S02含量区间,烟气中的SO2含量低于800mg/Nm3时,以半干法成本最低;SO2含量在800—2600 mg/Nm3时,镁—肥法的成本最低,氨—肥法次之;当烟气中的SO2含量在大于2600 mg/Nm3时,硫化钠—硫磺法显示出低成本优势,镁—肥法、氨—肥法依次垫后。在抛弃法中,半干法的脱硫成本略低于氧化镁(抛弃法);氧化镁(抛弃法)的成本略低于石灰石—石膏法,而S02含量高于1400 mg/Nm3时氧化镁(抛弃法)的成本则略高于石灰石—石膏法。

 


  由图1还可见,有些方法脱硫成本的比较优势随烟气中SO2含量变化而发生交替变化(先低后高或先高后低),这说明各工艺均存在一定的适用范围。

  表1中的脱硫剂消耗系数为设计消耗系数,而实际生产中由于各种原因,脱硫剂的实际消耗量会高于设计系数,烟气中S02含量为2100 mg/Nm3时几种烟气脱硫方法的脱硫成本变化如图2。

 


  由图2可见,氨—肥法和镁—肥法的脱硫成本对脱硫剂的消耗系数较敏感。

  3 各种脱硫方法的适用条件

  在上述讨论的6种烟气脱硫方案中,除氧化镁(抛弃法)和半干法的副产品抛弃处置外,其他4种方案的产品均为再利用,因此对烟气组成和脱硫剂的组成有一定的要求。

  3.1 对烟气尘含量的要求

  由于湿法脱硫能将烟气中携带的部分灰尘洗下来而进入副产品,因此在脱硫系统中如未增设除尘过滤设施,烟气中的尘含量将影响副产品质量。

  根据实际生产经验,烟气中约60%的粉尘在脱硫过程中随喷淋液捕捉下来进入副产品石膏中,硫酸钙在水中的溶解度稍小,要在石灰石—石膏法工艺过程中去除粉尘较困难。另外,石灰石粉中也带有一定数量的杂质,同样影响着石膏的产品质量(含量和色泽)。在原料中的CaCO3含量为93%时,为满足产品中的CaS03含量达到93%以上,烟气中的最高尘含量如图3所示。

 


  硫酸铵、硫酸镁在水中的溶解度较高,烟气中的尘虽对产品质量有影响,但可通过增设沉降分离等设施将尘从系统中分离出来。因此,烟气中的尘含量将直接影响副产品质量。由图3可见,烟气中的允许尘含量与SO2含量呈一定的对应关系,即S02含量越高、尘含量的允许值相应提高。

  国家标准GB2449—92中硫磺合格品的灰分含量要求小于0.02%(w/w),按此计算,烟气中的尘含量要求控制在很低的水平(一般在0.58—4.1 mg/Nm3以下,图3中很难标注清楚)。因此系统中必须设置尘过滤系统。

  3.2 氯的影响

  氨—肥法和镁—肥法的副产品均作为肥料,氨—肥法的副产品硫酸铵的质量标准(无论是国家标准GB535—1995还是行业标准DL/T808—2002)中对氯没有质量要求。而目前国内硫酸镁肥料的质量标准为企业标准。肥料级一水硫酸镁的主要质量在不考虑脱硫剂本身带入氯的情况下,镁—肥法对烟气中的氯含量与烟气中的S02含量关系如图4。随着烟气中S02含量提高,氯含量的允许值亦提高。

 


  石膏中的残留氯要求小于100ppm,如无废水排放,烟气中的氯含量应控制在2mg/Nm3以下。当然,石膏中可熔物(Mg+Na+K)的质量指标也使得石灰石—石膏法须通过废水排放,同时解决氯和可熔物两个问题。因此,在副产品回收的方法中,须高度重视烟气中氯含量,同时在脱硫剂采购中考虑氯含量对后系统的影响。无论哪种技术路线,系统中的氯离子含量高都将导致设备腐蚀加剧。

  3.3 烟气中其他杂质的影响

 


  氨—肥法和镁—肥法的副产品均作为肥料。在GB535—1995中对农用硫酸铵化肥的重金属含量未作要求,国家标准化管理委员会于2003年3月5日发布GB535—1995《硫酸铵》国家标准第1号修改单,自2003年7月1日起GB535—1995不适合烟气脱硫副产硫铵,取而代之的是DL/T808—2002。在该标准中,也来对烟气脱硫副产硫酸铵的重金属含量作要求。为防止长期使用副产硫酸铵导致区域重金属(主要是指砷、铅等)积累而进入食物链,须对原煤中的重金属进行分析,或对施肥区域的土壤定期监测,以确保土壤生态的平衡。同样,副产品硫酸镁(俗称硫镁肥)也应有类似的要求。

  3.4 对脱硫剂纯度的要求

  在不考虑烟气中尘含量时,石灰石粉中CaC03含量与产品中CaS04含量的对应关系如表3。由表3可见,在不考虑烟气中的尘含量的情况下,为满足脱硫石膏的含量要求,石灰石粉中的CaCO3含量应在89.76%以上。石灰石中的氯、可熔物(Mg+Na+K)对石膏质量也有影响,上述杂质含量增加,废水排放量也将增加。

  在镁—肥法中,脱硫剂氧化镁粉(通常为轻烧镁粉)中的氯、固体不溶物等将影响硫镁肥的质量,氯含量高将导致废水排放量增加和脱硫剂消耗量增加。

  在氨—肥法中,如脱硫剂氨(或氨水)中含有还原性物质,将影响亚硫酸铵的氧化率,有些有机物还会影响副产品的质量。

 


  4 结论与建议

  由于烟气脱硫成本烟气脱硫泵 与烟气中的SO2含量和方案选择有关,因此,在选择脱硫方案时首先应考虑实际生产过程中烟气SO2含量的最可能范围,从而为技术路线的正确决策提供依据。

  烟气中的杂质含量将影响到副产品的质量,也关系到废水(或灰渣)排放量。烟气中的氯含量不仅影响副产品质量,还导致脱硫剂消耗量增加,对设备腐蚀加剧。

  脱硫剂的纯度不仅关系到副产品质量,还关系废水排放量、脱硫剂消耗量,最终影响脱硫成本。

  参考文献

  1.何祚云,程一步,李家强.石化企业烟气脱硫技术选择研究.当代石油石化,2008,16(2):14-18

 

作者简介:李成益,高级工程师,1987年毕业于江苏化工学院有机化工专业,现在扬子石油化工有限公司从事项目管理工作。曾在一些专业刊物上发表过文章。

 
《当代石油石化》2008年第06期
 

 
 
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