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脫硫添加劑

 

 脫硫添加劑是指除吸收劑外，加入到脫硫系統中的化學物質，能起到提高脫硫效率、降低裝置投資、節省能耗的目的。是隨著第二代FGD改進而被引入到脫硫裝置中并逐步得以發展。

脫硫添加劑提高脫硫效率的原理可用以下方程式表示：

AB

<==>

A+

+

B-

(1)

SO2

+

H2O

<==>

HSO3-

+

H+

(2)

HSO3-

<==>

SO32-

+

H+

(3)

B-

+

H+

<==>

HB

(4)

2HB

+

CaCO3

<==>

Ca2+

+

H2O

+

CO2

+

2B-

(5)

Ca2+

+

SO42-

+

2H2O

<==>

CaSO4.2H2O

(6)

在上述方程式中，反應（1）是脫硫添加劑在漿液中的溶解過程，反應（2）、（3）是SO2的吸收過程，反應（4）、（5）是提高脫硫效率的過程，反應（6）是生成石膏的過程。

添加劑AB加入后首先在漿液中離解成A+及B-，其中的陰離子B-能結合反應（2）及（3）離解出的H+，形成較難離解的HB，降低漿液中的H+濃度，打破了（2）、（3）的反應平衡，從而使反應（2）、（3）向右進行，更多SO2將被吸收，脫硫效率因此得以提高。反應（2）、（3）、（4）發生在噴淋層，噴淋層的PH值一般在3左右。

三、脫硫添加劑作用

脫硫添加劑對脫硫裝置能起到以下主要作用：

1）提高脫硫效率

    設計脫硫效率為85%~90%的FGD裝置，在加入一定量的添加劑后脫硫效率可提升到95~97%；設計脫硫效率問90%~95%的FGD裝置，在加入一定量的添加劑后脫硫效率可提升到98~99%。

2）優化運行方式，降低能耗

據統計，在已運行的脫硫裝置中，絕大部分吸收塔都設計了至少三層噴淋層，在燃煤硫含量不高的、運行兩層噴淋層不能達到設計脫硫效率的情況下，可以通過加入添加劑的方式解決上述問題，以減少一層噴淋層，降低裝置的能耗。

3）降低裝置投資

添加劑可以從兩方面來降低脫硫裝置的投資。一方面，對于新建項目，可以按照平均入口SO2濃度設計吸收塔，當燃用高硫煤時，則通過添加劑保持要求的脫硫效率，可以有效減少液氣比（L/G），降低循環泵流量或噴淋層數，從而降低裝置投資；另一方面，已建項目由于燃煤硫含量提高脫硫效率難以保證需要進行改造時，可以針對燃煤硫含量提高的程度，當硫含量提高不大時，可通過添加劑直接解決，而不需要通過加大液氣比（L/G）、增加循環泵或其它設備等需要增加投資的方式，只有燃煤硫含量提高到通過添加劑不能解決時，再考慮增加設備的方式，而增加設備不僅帶來投資的增加，同時也會提高運行成本。

4）緩沖作用

添加劑不僅能提高脫硫效率，還能對SO2大幅波動起到有效的緩沖作用。燃煤中硫含量的不確定性，決定了進入脫硫裝置的SO2濃度并不是恒定的，會在設計值上下波動，脫硫效率也隨之波動，由于脫硫裝置的裕量有限，在SO2濃度高于設計值時，往往脫硫效率達不到要求，影響裝置脫硫效果，造成環保不達標。添加劑中的B-在噴淋層能與H+反應生成難電離的HB，噴淋層中的PH之值較無添加劑高，還存繼續降低的空間，有效地緩解了SO2突變造成的影響，因此添加劑的加入不僅提高脫硫效率，還能有效緩解SO2波動對脫硫效率的影響，起到平穩脫硫效率的作用。

5）降低石灰石消耗

脫硫添加劑的加入降低了噴淋層漿液的PH值，促進石灰石的溶解，提高了石灰石中碳酸鈣的利用率，降低了石灰石的消耗。

6）促進亞硫酸鈣氧化

添加劑可使吸收塔在保證脫硫效率的前提下，在較低的PH值下穩定運行，促進了亞硫酸鈣的氧化，同時，添加劑中含有促進亞硫酸鈣氧化的物質，可以提高亞硫酸鈣的氧化率，降低石膏中亞硫酸鈣的含量。

四、脫硫添加劑應用工況

脫硫添加劑在以下幾種工況下應用：

1）燃煤硫含量超過設計值50%以內；

2）燃煤硫含量約1%左右或低于設計值30%，停一層噴淋層，加入添加劑后能夠保持脫硫效率；

3）在設計燃煤硫含量情況下，脫硫效率低于設計值1~6%時；

4）燃煤硫含量變化大，加入添加劑可以穩定脫硫效率；

5）對于新建項目，可以按照平均入口SO2濃度設計吸收塔，當燃用高硫煤時，則通過添加劑保持要求的脫硫效率。

五、脫硫添加劑經濟性分析

與化學催化劑一樣，添加劑在提高脫硫效率的同時，自身也會存在損耗，也有一定的運行成本。添加劑的損耗主要包括揮發、降解、隨副產品或廢水帶走。以下是不同工況下添加脫硫添加劑經濟分析。

例1：新建機組裝機容量500MW，燃煤含硫量2%，脫硫效率91%，吸收塔為按5層噴淋層設計，液氣比為15，比較詳見下表：

序號	比較項目	單位	循環泵投運臺數			備注
			5	4	3
一	基礎數據
1	機組裝置容量	MW	500	500	500
2	燃煤含硫量	%	2	2	2
3	脫硫效率	%	90	90	90
4	吸收塔運行噴淋層數	層	5	4	3
5	循環泵電機功率
1)	第一層	kW	651
2)	第二層	kW	606	606
3)	第三層	kW	561	561	561
4)	第四層	kW	516	516	516
5)	第五層	kW	471	471	471
6	每層噴淋層的阻力	Pa	300	300	300
二	成本分析
1	循環泵總電耗	kW	2806	2155	1548
2	增壓風機電耗	kW		-250	-500
3	電價	元/kWh	0.5	0.5	0.5
4	添加劑價格	元/kg		40	40
5	年運行小時數	h	5000	5000	5000
6	運行成本
1)	循環泵運行成本	萬元/a	702	539	387
2)	增壓風機運行成本	萬元/a	基準值	-63	-125
3)	添加劑運行成本	萬元/a	0	81	108
三	經濟效益
1	年增運行成本	萬元/a	702	557	370
2	年節省運行費用	萬元/a	0	144	331

脫硫裝置采用添加劑后，可以減少噴淋層1~2層，年運行費用反降低，分別降低144萬元和331萬元。

例2：已建機組裝機容量600MW，原設計燃煤含硫量0.81%，脫硫效率95%，吸收塔按3層噴淋層設計，液氣比為12。燃煤硫含量提高到1.2%，脫硫裝置改造方案對比：

序號	比較項目	單位	改造方案		備注
			加大L/G，增加噴淋層	添加劑
一	基礎數據
1	機組裝置容量	MW	600	600
2	原設計燃煤含硫量	%	0.81	0.81
3	原進入脫硫裝置SO2總量	kg/h	3559	3559
4	脫硫效率	%	95	95
5	運行噴淋層數	層	3	3
6	原循環泵流量	m3/h	8936	8936
二	改造方案設計數據
1	現設計燃煤含硫量	%	1.2	1.2
2	運行噴淋層數	層	4	3
3	原循環泵流量	m3/h	8936
4	新增循環量泵流量	m3/h	5720	0
5	液氣比（L/G）	l/Nm3	從12提高到14.4
6	新增噴淋層電機功率	kW	485	0
7	新增噴淋層增加阻力	Pa	300	0
8	增壓風機電耗	kW	300	0
三	成本分析
1	循環泵總電耗	kW	485	0
2	增壓風機電耗	kW	300	0
3	電價	元/kWh	0.5	0.5
4	年運行小時數	h	5000	5000
5	小時運行成本
1)	循環泵	元/h	242	0
2)	增壓風機	元/h	150	0
3)	添加劑	元/h	0	160
四	年新增運行成本	萬元/a	196	80	改造方案比添加劑方案每年運行費用多出116萬元

從以上的數據比較中可以看出，當燃煤硫含量從0.8%增加到1.2%，要保持95%的脫硫效率可以采用兩種改造方案，一種是增加噴淋層，另一種方式是保持現有噴淋層不變，現系統中加入脫硫添加劑。

1）增加噴淋層

在原有3層噴淋層的基礎上新增一層噴淋層，流量為5720m3/h，原有噴淋層仍然保留，每層循環泵流量仍為8936 m3/h，在保持95%脫硫效率一定的情況下，四層噴淋層同時啟動可以滿足燃煤硫含量從0.8%提高到1.2%。由于新增了一層噴淋層，吸收塔相應提高一定的高度。

由于燃煤硫含量提高，為了滿足要求，脫硫其它系統一部分可以利用原有裕量，如磨機、皮帶機均按150%裕量考慮，另一部分可以啟動備用設備，如氧化風機、吸收塔排出泵等，還有部分設備需做相應改造，提高容量，如增壓風機、旋流器等。

2）加入脫硫添加劑

脫硫添加劑可以以最小的代價達到提高脫硫效率的目的。經計算，當燃煤硫含量從0.8%增加到1.2%時，在吸收塔噴淋層維持不變，漿液循環泵流量也不用調整的情況下，脫硫效率仍可保持在95%

3）經濟性比較

a. 改造費用

增加噴淋層后，除噴淋層外，需配套新增噴嘴、循環泵等塔內件，吸收塔要加高，同時，由于新增噴淋層增加了吸收塔的阻力，增壓風機還需進行相應改造，改造費用高。而加入脫硫添加劑可以利用現有設備往系統中加入，不需改造費用。

b. 運行成本

從上表中成本分析可以看出，增加噴淋層后，脫硫裝置成本增加主要是在循環泵及增壓風機電耗上，以電價0.5元/kW計，二者每年新增運行成本196萬元。

脫硫添加劑所增加的成要比上述方案小得多，每脫除1噸SO2，添加劑的消耗約0.5kg左右，年運行成本新增80萬元。

從以上的分析比較不難看出，加入脫硫添加劑能以最小的改造費用、最低運行成本達到提高脫硫效率或提高燃煤含硫量的目的。

 

六、脫硫添加劑應用前景

脫硫添加劑在國外新建脫硫項目及改造項目中廣泛使用，在我國還處在剛剛使用階段，脫硫添加劑在提高脫硫效率、降低工程造價及運行費用方面效果非常顯著，有人預計脫硫添加劑將成為今后FGD設計的主要項目，認為脫硫添加劑是小體積、高流速、處理大煙氣量和造價低的新型吸收塔的發展方向之一。

七、TST系列產品簡介

針對不同的脫硫裝置運行工況，開發出脫硫添加劑系列產品­：BSTST系脫硫添加劑。