火力发电厂烟气脱硫添加剂应用的技术经济分析

张永国，董传深

（神华浙江国华浙能发电有限公司，浙江 宁波 315612）

石灰石—石膏湿法烟气脱硫（WFGD）因其技术成熟可靠、脱硫率高、石灰石价廉易得等优点，在烟气脱硫中占有主导地位[1-2]。但是石灰石在水中的溶解度很低，工业上一般采用较大液气比（L/G）和325目以下粒度的石灰石浆液，造成脱硫装置投资高、能耗大。而且随着煤炭大量的开采和使用，煤炭品质逐渐降低，煤粉含硫量逐渐升高，使某些已经投运的脱硫设备即使在其设计脱硫效率下也很难达到SO2排放标准。所以提高石灰石溶解速率、降低液气比，以及在不对原有脱硫设备进行改造升级的前提下提高系统对高硫煤的适应性，是目前WFGD技术的主要研究方向。其中，脱硫添加剂的研究与应用是主要措施之一。

在总结脱硫添加剂发展的基础上，结合某火力发电厂脱硫添加剂的实践应用，分析火力发电厂烟气脱硫添加剂应用的技术经济性。

1 脱硫添加剂的发展及机理的研究

在WFGD系统中加入有机添加剂既能提高脱硫效率和吸收剂利用率，又能防垢，可提高系统运行可靠性，降低运行费用[3]，因此添加剂的研究一直是热门话题。至今已有几十种添加剂被研究过，但不同的研究者对同一种添加剂应用于不同的WFGD装置中，得到的结果不尽相同，且机理也不尽完善[4]。

20世纪70年代初，德国SHU公司[5]采用石灰石吸收液中加入甲酸的添加剂技术，不但提高了脱硫剂的脱硫效率和石灰石的利用率，而且加强了系统运行的稳定性和可靠性。美国EPA在10 MW机组的脱硫装置上对己二酸进行了研究，在典型操作条件下，SO2脱除效率在不加己二酸时为80%～85%，而加入己酸时可增加到90%～95%。1998年，Drik E和Luckas M[6]的实验表明，在同样的操作条件下，加入一定量的己二酸可使脱硫效率从48%提高到97%，与1993年Olausson S[7]得到的结果相同。

浙江大学在旋流塔板脱硫试验装置上，进行了采用某有机废液作添加剂时对脱硫效率以及脱硫浆液特性影响的研究。结果表明，添加适量的添加剂可使脱硫效率提高5%以上。在此基础上，还研究了己二酸对石灰石浆液脱硫的影响，结果表明，通过向浆料中添加己二酸，可以明显改善化学反应与传质过程，能促进CaCO3的溶解并减缓浆料pH值的下降，从而提高脱硫率[8]。

国内很多文献对脱硫添加剂的作用机理进行了详细的阐述[9-10]，加入添加剂后能够较好地减缓脱硫浆液pH值的降低过程，从而减少液相传质阻力和气相传质阻力，同时由于添加剂的表面活性的作用，能够改善化学反应的传质过程，促进碳酸钙的溶解并减缓浆液pH值的下降，从而提高脱硫效率[10]。

2 某发电厂脱硫添加剂实践应用

2.1 试验对象

某发电厂的600 MW机组烟气脱硫工程采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统，一炉一塔单元匹配，吸收塔为喷淋塔，设计脱硫装置效率不小于95%。

在实际运行过程中，必须3台浆液循环泵同时运行，才能保证脱硫效率大于95%。在设计燃煤硫份条件下，不同负荷工况时，停运任何一台浆液循环泵后都将导致脱硫装置效率小于90%。吸收塔的3台浆液循环泵和电机相关参数如表1和表2所示。

试验中采用的复合添加剂的成分主要是己二酸、乙酸等。

表1 浆液循环泵参数

表2 浆液循环泵电机参数

2.2 试验过程

记录脱硫塔运行参数，对比添加剂加入前后脱硫效率的变化情况。加入添加剂且运行工况稳定后，在不同负荷工况下，尝试停运不同浆液循环泵，评估对脱硫效率的影响。

机组负荷分别为450 MW，500 MW，550 MW，600 MW，燃煤硫份稳定。脱硫系统按照运行规程调整正常后，记录吸收塔pH值、进出口SO2浓度、浆液循环泵A/B/C电流及脱硫效率；分别依次停运A，B，C泵，待脱硫系统稳定，记录吸收塔pH值、进出口SO2浓度、运行中的2台浆液循环泵电流及脱硫效率。

添加剂加入循环浆液后，重复以上试验。

2.3 试验结果与分析

如表3所示，脱硫添加剂使用前，吸收塔入口 SO2浓度（标况下）为 1 500～1 900 mg/m3，负荷在450～600 MW时，停运任意一台浆液循环泵，脱硫效率均小于90%；脱硫添加剂添加后，相同条件下，停运任意一台浆液循环泵，脱硫效率均大于90%。

系统在停运C泵，运行A/B泵时，在不考虑石灰石粉耗量变化的前提下，每月可节省厂用电运行成本约14万元，同时新增运行材料成本约6.8万元，每月可节省约7.2万元，全年累计节省86万元。此外，石灰石粉的粒度可由325目降为250目，使磨机的厂用电率有所下降。

试验中，石膏的CaCO3含量略有提升，从1.5%升至约2.8%，但经过调整和优化，可完全控制在2.5%以内；CaSO3含量降低，废水化学需氧量（COD）升高，其他化验指标基本无明显变化，脱硫添加剂添加后急剧提升了石灰石粉的反应速率。

表3 脱硫添加剂使用前后比较

不加添加剂时pH值从5.5至3.5没有缓冲效果。加入添加剂后pH值的缓冲范围增大，并随添加剂加入量的增大而增大。因此，在实际烟气脱硫过程中加入添加剂能减少因SO2浓度波动引起的pH值波动，使运行更平稳。

添加剂既可以促进石灰石的溶解，提高脱硫剂的利用率，从而减少其用量，还能强化H+离子的传递，缓冲吸收液的pH值，抑制SO2溶解导致的气—液界面酸度的降低，加速SO2的吸收，提高脱硫率。此外，脱硫添加剂具有分散作用，可以增强石灰石的表面活性，增加石灰石的分散性，降低其沉降速度，增大有效传质面积，促进石灰石的溶解，减少设备结垢。

3 结论

根据脱硫添加剂的实际应用情况，可以得到以下结论：

（1）在现有脱硫系统不改变的情况下，加入脱硫添加剂可以明显提高脱硫效率，使烟气排放符合环保标准。

（2）在保证脱硫效率不下降的前提下，加入适量的脱硫添加剂，可以停运一台浆液循环泵，提高浆液循环系统设备的备用系数，降低浆液循环泵停运后对脱硫效率的负面影响。同时可节约厂用电，有明显的节能效果及经济效益。

（3）使用脱硫添加剂后，降低了浆液中CaSO3含量，提高了废水COD，但其他化验指标无明显变化，未发现脱硫添加剂对脱硫系统防腐材料有显著影响。

（4）加入适量的脱硫添加剂后，使得石灰石浆液pH值的缓冲范围增大，能减少因SO2浓度波动引起的pH值波动，使运行更平稳，提高了脱硫系统对煤种硫份变化的适应范围，使得高硫煤得以利用。

[1]胡金榜，胡玲玲，段振亚，等.湿法烟气脱硫添加剂研究进展[J].化学工业与过程,2005，22（6）:456-460.

[2]杨磊，卢啸风.WFGD工艺典型脱硫添加剂应用探讨[J].电站系统工程，2007,23（3）:4-6.

[3]MOBLEY J D.Organic Acids Can Enhance Wet Limestone Flue Gas Scrubbing[J].Power Engineering，1986，90（5）:32-35.

[4]李玉平，谭天恩，景国红.无机盐对 SO2·H2O·CaCO3气、液、固三相反应系统pH值的影响[J].环境污染与防治,1997,19（5）:1-5.

[5]ROCHELLER G T,KING C J.The Effect of Additives on Mass Transfer in CaCO3or CaO Slurry Scrubbing of SO2form Waste Gases[J].Ind Eng Chem Fund，1977，16（1）:67-75.

[6]AHLBECK J,ENGMAN T,FALTEN S,et al.A Method for Measuring the Reactivity of Absorbents for Wet Flue Gas Desulfurization.Chem Eng Sci[J].1993,48（20）:3479-3484.

[7]OLAUSSON S,WALLIN M,BJERLE I.A Model for the Absorption of Sulfur Dioxide into a Limestone Slurry.The Chemical Engineering Journal[J].1993，51:99-108.

[8]吴忠标，余世清，莫建松.己二酸强化石灰石浆液脱硫工艺过程研究[J].高校化学工程学报，2003，17（5）:540-544.

[9]奚胜兰.石灰石湿法烟气脱硫添加剂的实验研究[J].能源环境保护，2003，17（1）:32-35.

[10]袁翀，庞旭，薛勇.湿法烟气脱硫添加剂的试验研究[J].江苏环境科技，2007，20（2）:27-30.