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脱硫添加剂

 

 脱硫添加剂是指除吸收剂外，加入到脱硫系统中的化学物质，能起到提高脱硫效率、降低装置投资、节省能耗的目的。是随着第二代FGD改进而被引入到脱硫装置中并逐步得以发展。

脱硫添加剂提高脱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，反应（1）是脱硫添加剂在浆液中的溶解过程，反应（2）、（3）是SO2的吸收过程，反应（4）、（5）是提高脱硫效率的过程，反应（6）是生成石膏的过程。

添加剂AB加入后首先在浆液中离解成A+及B-，其中的阴离子B-能结合反应（2）及（3）离解出的H+，形成较难离解的HB，降低浆液中的H+浓度，打破了（2）、（3）的反应平衡，从而使反应（2）、（3）向右进行，更多SO2将被吸收，脱硫效率因此得以提高。反应（2）、（3）、（4）发生在喷淋层，喷淋层的PH值一般在3左右。

三、脱硫添加剂作用

脱硫添加剂对脱硫装置能起到以下主要作用：

1）提高脱硫效率

    设计脱硫效率为85%~90%的FGD装置，在加入一定量的添加剂后脱硫效率可提升到95~97%；设计脱硫效率问90%~95%的FGD装置，在加入一定量的添加剂后脱硫效率可提升到98~99%。

2）优化运行方式，降低能耗

据统计，在已运行的脱硫装置中，绝大部分吸收塔都设计了至少三层喷淋层，在燃煤硫含量不高的、运行两层喷淋层不能达到设计脱硫效率的情况下，可以通过加入添加剂的方式解决上述问题，以减少一层喷淋层，降低装置的能耗。

3）降低装置投资

添加剂可以从两方面来降低脱硫装置的投资。一方面，对于新建项目，可以按照平均入口SO2浓度设计吸收塔，当燃用高硫煤时，则通过添加剂保持要求的脱硫效率，可以有效减少液气比（L/G），降低循环泵流量或喷淋层数，从而降低装置投资；另一方面，已建项目由于燃煤硫含量提高脱硫效率难以保证需要进行改造时，可以针对燃煤硫含量提高的程度，当硫含量提高不大时，可通过添加剂直接解决，而不需要通过加大液气比（L/G）、增加循环泵或其它设备等需要增加投资的方式，只有燃煤硫含量提高到通过添加剂不能解决时，再考虑增加设备的方式，而增加设备不仅带来投资的增加，同时也会提高运行成本。

4）缓冲作用

添加剂不仅能提高脱硫效率，还能对SO2大幅波动起到有效的缓冲作用。燃煤中硫含量的不确定性，决定了进入脱硫装置的SO2浓度并不是恒定的，会在设计值上下波动，脱硫效率也随之波动，由于脱硫装置的裕量有限，在SO2浓度高于设计值时，往往脱硫效率达不到要求，影响装置脱硫效果，造成环保不达标。添加剂中的B-在喷淋层能与H+反应生成难电离的HB，喷淋层中的PH之值较无添加剂高，还存继续降低的空间，有效地缓解了SO2突变造成的影响，因此添加剂的加入不仅提高脱硫效率，还能有效缓解SO2波动对脱硫效率的影响，起到平稳脱硫效率的作用。

5）降低石灰石消耗

脱硫添加剂的加入降低了喷淋层浆液的PH值，促进石灰石的溶解，提高了石灰石中碳酸钙的利用率，降低了石灰石的消耗。

6）促进亚硫酸钙氧化

添加剂可使吸收塔在保证脱硫效率的前提下，在较低的PH值下稳定运行，促进了亚硫酸钙的氧化，同时，添加剂中含有促进亚硫酸钙氧化的物质，可以提高亚硫酸钙的氧化率，降低石膏中亚硫酸钙的含量。

四、脱硫添加剂应用工况

脱硫添加剂在以下几种工况下应用：

1）燃煤硫含量超过设计值50%以内；

2）燃煤硫含量约1%左右或低于设计值30%，停一层喷淋层，加入添加剂后能够保持脱硫效率；

3）在设计燃煤硫含量情况下，脱硫效率低于设计值1~6%时；

4）燃煤硫含量变化大，加入添加剂可以稳定脱硫效率；

5）对于新建项目，可以按照平均入口SO2浓度设计吸收塔，当燃用高硫煤时，则通过添加剂保持要求的脱硫效率。

五、脱硫添加剂经济性分析

与化学催化剂一样，添加剂在提高脱硫效率的同时，自身也会存在损耗，也有一定的运行成本。添加剂的损耗主要包括挥发、降解、随副产品或废水带走。以下是不同工况下添加脱硫添加剂经济分析。

例1：新建机组装机容量500MW，燃煤含硫量2%，脱硫效率91%，吸收塔为按5层喷淋层设计，液气比为15，比较详见下表：

序号	比较项目	单位	循环泵投运台数			备注
			5	4	3
一	基础数据
1	机组装置容量	MW	500	500	500
2	燃煤含硫量	%	2	2	2
3	脱硫效率	%	90	90	90
4	吸收塔运行喷淋层数	层	5	4	3
5	循环泵电机功率
1)	第一层	kW	651
2)	第二层	kW	606	606
3)	第三层	kW	561	561	561
4)	第四层	kW	516	516	516
5)	第五层	kW	471	471	471
6	每层喷淋层的阻力	Pa	300	300	300
二	成本分析
1	循环泵总电耗	kW	2806	2155	1548
2	增压风机电耗	kW		-250	-500
3	电价	元/kWh	0.5	0.5	0.5
4	添加剂价格	元/kg		40	40
5	年运行小时数	h	5000	5000	5000
6	运行成本
1)	循环泵运行成本	万元/a	702	539	387
2)	增压风机运行成本	万元/a	基准值	-63	-125
3)	添加剂运行成本	万元/a	0	81	108
三	经济效益
1	年增运行成本	万元/a	702	557	370
2	年节省运行费用	万元/a	0	144	331

脱硫装置采用添加剂后，可以减少喷淋层1~2层，年运行费用反降低，分别降低144万元和331万元。

例2：已建机组装机容量600MW，原设计燃煤含硫量0.81%，脱硫效率95%，吸收塔按3层喷淋层设计，液气比为12。燃煤硫含量提高到1.2%，脱硫装置改造方案对比：

序号	比较项目	单位	改造方案		备注
			加大L/G，增加喷淋层	添加剂
一	基础数据
1	机组装置容量	MW	600	600
2	原设计燃煤含硫量	%	0.81	0.81
3	原进入脱硫装置SO2总量	kg/h	3559	3559
4	脱硫效率	%	95	95
5	运行喷淋层数	层	3	3
6	原循环泵流量	m3/h	8936	8936
二	改造方案设计数据
1	现设计燃煤含硫量	%	1.2	1.2
2	运行喷淋层数	层	4	3
3	原循环泵流量	m3/h	8936
4	新增循环量泵流量	m3/h	5720	0
5	液气比（L/G）	l/Nm3	从12提高到14.4
6	新增喷淋层电机功率	kW	485	0
7	新增喷淋层增加阻力	Pa	300	0
8	增压风机电耗	kW	300	0
三	成本分析
1	循环泵总电耗	kW	485	0
2	增压风机电耗	kW	300	0
3	电价	元/kWh	0.5	0.5
4	年运行小时数	h	5000	5000
5	小时运行成本
1)	循环泵	元/h	242	0
2)	增压风机	元/h	150	0
3)	添加剂	元/h	0	160
四	年新增运行成本	万元/a	196	80	改造方案比添加剂方案每年运行费用多出116万元

从以上的数据比较中可以看出，当燃煤硫含量从0.8%增加到1.2%，要保持95%的脱硫效率可以采用两种改造方案，一种是增加喷淋层，另一种方式是保持现有喷淋层不变，现系统中加入脱硫添加剂。

1）增加喷淋层

在原有3层喷淋层的基础上新增一层喷淋层，流量为5720m3/h，原有喷淋层仍然保留，每层循环泵流量仍为8936 m3/h，在保持95%脱硫效率一定的情况下，四层喷淋层同时启动可以满足燃煤硫含量从0.8%提高到1.2%。由于新增了一层喷淋层，吸收塔相应提高一定的高度。

由于燃煤硫含量提高，为了满足要求，脱硫其它系统一部分可以利用原有裕量，如磨机、皮带机均按150%裕量考虑，另一部分可以启动备用设备，如氧化风机、吸收塔排出泵等，还有部分设备需做相应改造，提高容量，如增压风机、旋流器等。

2）加入脱硫添加剂

脱硫添加剂可以以最小的代价达到提高脱硫效率的目的。经计算，当燃煤硫含量从0.8%增加到1.2%时，在吸收塔喷淋层维持不变，浆液循环泵流量也不用调整的情况下，脱硫效率仍可保持在95%

3）经济性比较

a. 改造费用

增加喷淋层后，除喷淋层外，需配套新增喷嘴、循环泵等塔内件，吸收塔要加高，同时，由于新增喷淋层增加了吸收塔的阻力，增压风机还需进行相应改造，改造费用高。而加入脱硫添加剂可以利用现有设备往系统中加入，不需改造费用。

b. 运行成本

从上表中成本分析可以看出，增加喷淋层后，脱硫装置成本增加主要是在循环泵及增压风机电耗上，以电价0.5元/kW计，二者每年新增运行成本196万元。

脱硫添加剂所增加的成要比上述方案小得多，每脱除1吨SO2，添加剂的消耗约0.5kg左右，年运行成本新增80万元。

从以上的分析比较不难看出，加入脱硫添加剂能以最小的改造费用、最低运行成本达到提高脱硫效率或提高燃煤含硫量的目的。

 

六、脱硫添加剂应用前景

脱硫添加剂在国外新建脱硫项目及改造项目中广泛使用，在我国还处在刚刚使用阶段，脱硫添加剂在提高脱硫效率、降低工程造价及运行费用方面效果非常显著，有人预计脱硫添加剂将成为今后FGD设计的主要项目，认为脱硫添加剂是小体积、高流速、处理大烟气量和造价低的新型吸收塔的发展方向之一。

七、TST系列产品简介

针对不同的脱硫装置运行工况，开发出脱硫添加剂系列产品­：BSTST系脱硫添加剂。