氨法脱硫可行性分析研究报告.docx
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氨法脱硫可行性分析研究报告
1.1.3.2项目提出的背景
根据《国务院“十一五”期间全国污染物排放总量控制计划批复》及《关于做好我市“十一五”二氧化硫总量削减任务分解落实工作的意见》要求，为了完成塘沽区“十一五”末二氧化硫削减任务，确定天津碱厂“十一五”末二氧化硫控制指标为1800吨／年。
1.1.3.3投资必要性和经济意义
中国是燃煤大国，煤炭占一次能源消费总量的75%。
随着经济的快速发展，煤炭消费不断增长。
随着燃煤量的增加，燃煤排放的二氧化硫也不断增长，现在，我国二氧化硫排放量达到2370万吨。
由于二氧化硫的大量排放，致使我国出现大面积的酸雨。
酸雨污染造成我国粮食、蔬菜和水果减产。
空气中的二氧化硫污染能引起人体呼吸系统疾病。
1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《大气污染防治法》，专门规定在全国范围内划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区，即“两控区”。
在1996年全国人大批准的《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》以及《国务院关于环境保护若干问题的决定》中，都明确提出要重点治理“两控区”的酸雨和二氧化硫污染。
天津市地方政府对脱硫工作也非常重视。
天津市近１０年来大气质量下降，天空尘埃（总悬浮颗粒物）和二氧化硫年均值从未达到国家规定的二级标准。
天津“蓝天工程”要求，至２００７年全市大气环境质量将达到国家规定的标准，全年二级以上无污染天数至少达到三分之二。
为达此目的，将采取三项措施：
一是控制燃煤烟尘污染。
未来几年中心市区实现无燃煤区，改用天然气、电力等清洁能源。
取消燃煤小锅炉，2吨以上锅炉必须进行脱硫除尘双重治理，达标排放。
2002年，天津市政府又开展了创建国家环境保护模范城市的工作，其中的一项内容就是修订“蓝天工程”标准，对电厂烟气二氧化硫的治理工作提出了更进一步的要求，要求所有电厂2008年底以前必须完成所有锅炉的烟气脱硫。
从1996年开始，国务院要求两控区内征收二氧化硫排污费，原定收费标准为每排放一公斤二氧化硫收0.2元排污费，今年国家又出台了新的收费标准，新的排污收费标准按天津碱厂现在情况约0.6元/公斤二氧化硫，按此计算，仅三台高压锅炉二氧化硫排污费就高达311余万元。
我国一次能源以煤为主的结构近期不会发生变化，预计到2010年和2020年煤炭产量将分别达到18亿吨和21亿吨。
如不加以控制，2010年和2020年全国二氧化硫排放量将分别达到3300万吨和3900万吨。
到那时，酸雨污染的区域范围将进一步扩大，二氧化硫污染的城市数量将进一步增加，污染程度将进一步加重，对人民群众健康和生态环境的危害更加严重，造成的经济损失更大。
因此，对二氧化硫排放的控制工作必须下大决心，尽早开始。
1.1.4研究范围
本工程研究范围：
锅炉排放烟气的脱硫治理，建设脱硫设施及副产品硫酸铵的生产装置。
本装置投产后，烟气排放SO2浓度≤100mg/Nm3（DB12/151-2003并总量控制）同时生产硫酸铵9.8kt/a。
本工程建成后，电站改燃优质低硫煤，则根据上述计算和分析，当综合除尘效率为99.63％，综合脱硫效率为91.5％时，＃1～＃3高压气中烟尘排放浓度为28.9mg/m3，SO2的排放浓度为77.7m3，NOx排放浓度为215.0mg/m3，分别满足天津市地方环境标准——DB12/151-2003《锅炉大气污染物排放标准》火电厂（站）锅炉大气污染物排放限值（改扩建）：
烟尘30mg/m3，SO2100mg/m3，NOx450mg/m3。
本项目的烟囱高150米，高度符合《锅炉大气污染物排放标准》DB12/151-2003的要求；出口内径小于最大出口内径4.3米，符合环保要求。
1.1.5研究的主要过程
多次派专人到各大碱厂、电厂考察、学习、取经，以促进本项工程的实施，力争使本项目达到国内先进水平。
1.2研究结论
1.2.1研究的主要综合结论
本工程项目是为治理高压锅炉烟气，是一项利国利民的环保项目。
项目实施后，烟气排放SO2浓度≤100mg/Nm3（DB12/151-2003并总量控制），同时能除去部分粉尘，减轻了对环境的污染，环保效益巨大。
而且副产化肥硫酸铵（N含量大于18%），变废为宝，同时能为企业创造经济效益。
并且解决了部分员工的就业问题，具有一定的社会效益。
1.2.2存在的主要问题和建议
（1）由于现场位置有限，#1~#3高压炉烟气排放管道的改造较为困难。
（2）由于原有#1烟囱未考虑脱硫，烟囱内未进行防腐，故本工程对#1~#2炉脱硫后烟气须经加热后再经烟囱排放，现场布置后，对现有排渣车的通行造成影响。
附：
主要技术经济指标表
综合技术经济指标表1-1
序号
指标名称
单位
数量
备注
一
设计规模
1
脱除二氧化硫能力
kt/a
4.9319
2
生产硫酸铵能力
kt/a
9.8
二
年操作日
小时/年
6500
三
原料及辅助材料消耗
1
氨水（20%）
m3/a
78000
四
动力消耗
1
新鲜水
m3/年
702000
2
循环水
m3/年
1300000
3
电
kW.h/年
10309000
4
蒸汽
吨/年
13260
五
三废排放量
1
尾气（含SO2mg/Nm3）
mg/Nm3
77.7
减少了排放烟气中SO2的量，达标排放
六
工厂用地
1
装置用地面积
m2
2000
2
建、构筑物用地面积
m2
498.31
3
道路及广场用地面积
m2
720
七
工厂建筑面积
m2
305
八
能耗指标
吨标煤/年
九
总定员
人
12
全部厂内调剂
1
其中：
生产工人
人
12
2
管理人员
人
0
十
总投资
万元
5800
1
固定资产投资
万元
5501
（1）
建设投资
万元
5501
（2）
固定资产投资方向调节税
万元
0
（3）
建设期利息
万元
0
2
流动资金
万元
299
其中铺底流动资金
万元
90
十一
年销售收入
万元
6871
十二
成本和费用
1
年均总成本费用
万元
6016
增量
2
年均经营成本
万元
5653
增量
十三
年均利润总额
万元
573
增量
十四
年均销售税金
万元
0
增量
十五
财务评价指标
1
投资利润率
%
14.74
增量
2
投资利税率
%
14.74
增量
3
资本金利润率
%
9.87
增量
4
全投资回收期
（含建设期2年）
（税前/税后）
年
7.04/8.26
增量
5
全投资内部收益率
万元
6
（税前/税后）
%
17.70/13.13
增量
7
全投资净现值
（税前/税后）
万元
1697/313
增量
8
自有资金内部收益率
%
13.13
增量
9
自有资金净现值
万元
313
增量
2．市场预测
2.1市场预测
硫酸铵为白色或浅色的结晶体，可直接用做化学肥料，还可用于工业原料，在食品、纺织、皮革、医药行业等有一定的用途。
目前，中国土壤和农作物缺硫较为广泛，且呈上升趋势。
据美国硫研究所估计，中国目前每年缺硫80万吨，如不采取正确措施，到2010年每年将缺硫270万吨。
大量试验结果表明，在中国缺硫面积日益扩大的土壤中施硫对达到高产优质高效是必须的。
如云南和广东省进行的试验中硫肥总增产粮食96980吨，甘蔗15万吨，总经济效益为1亿人民币。
本项目实施后，可大幅降低天津碱厂脱硫成本，同时可解决我国部分土地缺硫问题，副产硫酸铵可出售。
2.2市场价格分析
近年来硫酸铵市场出现明显的上涨行情，同前期相比，上涨了60~80元/吨。
目前硫酸铵的出厂价大多为900~1150元/吨，最高的超过1250元/吨。
3.产品方案及生产规模
3.1产品方案：
本工程的产品为硫酸铵（含N≥18%）。
3.2生产规模
高压炉原设计采用西山贫煤煤中含硫量1.5%~2.5%。
煤中掺烧10%石灰石。
根据天津市大气污染防治条列：
不允许使用高硫煤，而且由于国内燃煤市场因素，天津碱厂#1~#3高压炉实际使用的是混煤，混煤中含硫量为0.5%。
煤炭中全硫组成为：
1.有机硫；2.硫铁矿；3.硫酸盐。
前两项为可燃硫，燃烧后生成二氧化硫（SO2），后一项为不可燃硫，列入灰分，沉入炉渣。
一般情况下，可燃硫占全硫分的70%－90%，治理中一般取80%计算，每吨汽消耗煤为0.16吨，即耗煤34.7吨/时.炉，同时在炉中加入石灰除硫（脱硫效率能达10%），一部分硫随炉渣排掉（约为10%），本装置脱硫效率为90%，工作时间为6500h，则装置生产能力为：
脱除二氧化硫量=34.7×0.5%×2×3×（1-0.1）×（1-0.1）×0.9×6500
=4931.9t/a
即生产规模：
脱除二氧化硫能力：
4.9319kt/a
生产硫酸铵能力：
9.8kt/a
3.3产品的规格及质量指标
产品质量标准（DL/P808-2002）
产品质量标准表3-1
序号
项目
控制指标
1
N
≥18%
2
水分
≤1.5%
3
游离酸（H2SO4）
≤2.0%
4.工艺技术方案
4.1工艺技术方案的选择
4.1.1工艺路线确定的原则和依据
锅炉烟气脱硫能够得到大量有用的副产品，副产品品种的不同决定了烟气洗涤及废液处理的工艺路线。
采用氨作为SO2的吸收剂，与用其他碱类相比较，其脱硫费用较低，且氨可以留在成品里，以氮肥形式提供使用。
本项目工艺借鉴4#高压炉脱硫的成功经验，采用氨为脱硫剂，副产硫酸铵，建设规模为脱除二氧化硫能力：
4.9319kt/a；生产硫酸铵能力：
9.8kt/a。
氨法脱硫工艺以氨水为吸收剂，吸收、浓缩、氧化、脱水、除雾在一座脱硫塔内一次完成，出塔液硫酸铵溶液再经过分离、干燥等过程，可以生产出N含量大于18%的副产品硫酸铵化肥。
该工艺的技术特点是：
投资低、占地相对较少；没有污水和其他废物；副产硫酸铵可作化肥使用。
该技术在国内烟气脱硫中处于领先水平。
4.1.2国内外烟气脱硫工艺技术概况
近年来，世界各发达国家在烟气脱硫（FGD）方面均取得了很大的进展，美国、德国、日本等发达工业国家在2004年前完成了200610MW的FGD处理容量。
目前国际上已实现工业应用的燃煤电厂烟气脱硫技术主要有：
（1）湿法脱硫技术，占85%左右，其中石灰-石膏法约占36.7%，其它湿法脱硫技术约占48.3%；
（2）喷雾干燥脱硫技术，约占8.4%；（3）吸收剂再生脱硫法，约占3.4%；（4）炉内喷射吸收剂/增温活化脱硫法，约占1.9%；（5）海水脱硫技术；（6）电子束脱硫技术；（7）脉冲等离子体脱硫技术；（8）烟气循环流化床脱硫技术等。
以湿法脱硫为主的国家有：
日本（约占98%）、美国（约占92%）和德国（约占90%）等。
4.1.2.1湿法石灰石/石灰烟气脱硫工艺技术
这种技术在70年代因其投资大、运行费用高和腐蚀、结垢、堵塞等问题而影响其在火电厂中的应用，经过多年的实践和改进，工作性能和可靠性大为提高，投资与运行费用显著减少。
突出的优点是：
（1）脱硫效率高（有的装置Ca/S=1时，脱硫效率大于90%）；
（2）吸收剂利用率高，可大于90%；（3）设备运转率高（可达90%以上）。
目前从设计上综合考虑加强反应控制，强制氧化和加入氧化剂，从而减少吸收塔和附属设备体积、降低电耗，减小基建投资和运行费用；选用耐腐蚀材料，提高吸收塔及出口烟道、挡板、除雾装置等处的使用寿命，提高气液传质效率，建造大尺寸的吸收塔等因素，对此项技术作了进一步改进和提高。
4.1.2.2喷雾干燥烟气脱硫技术
这种技术属于半干法脱硫技术，多数采用旋转喷雾器，技术成熟、投资低于湿法工艺。
在西欧的德国、奥地利、意大利、丹麦、瑞典、芬兰等国家应用比较多，美国也有15套装置（总容量5000MW）正在运行。
燃煤含硫量一般不超过1.5%，脱硫效率均低于90%。
4.1.2.3吸收剂再生烟气脱硫工艺
主要有氧化镁法、双碱法、WELLMENLORD法。
虽然脱硫效率可达95%左右，但系统复杂，投资大，运行成本高，仅在特定条件下应用，目前应用不多。
双碱法用的石灰可用石灰石代替，使成本降低。
加拿大正在建设一个采用此法脱硫的大型电厂。
国内：
国内深圳西部电厂海水脱硫项目已经投入运行。
4.1.3工艺技术方案的比较和选择的理由
关于#1~#3高压锅炉烟气脱硫的方案，由于有#4高压炉烟气脱硫工程的成功经验，而且氨法脱硫技术亦处于国内领先水平，故本项目仍选用该技术，并结合天津碱厂的实际情况，对部分工艺及副产硫酸铵设备进行改进，提高装置的可靠性和稳定性，以达到稳定脱硫，降低蒸汽消耗，连续生产硫酸铵产品的目的。
4.2工艺流程和消耗定额
4.2.1脱硫工艺原理
氨法脱硫以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础：
SO2+H2O+NH3=NH4HSO3
SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3
因此，采用氨在脱硫塔的吸收段将锅炉烟气中的SO2吸收，得到亚硫酸铵或亚硫酸氢铵中间品；脱硫中间品亚硫酸铵溶液在脱硫塔的氧化段，鼓入压缩空气进行亚硫酸铵的氧化反应：
2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4
4.2.2工艺流程简述
烟气进入脱硫塔的中部，吸收液从脱硫塔底部经循环泵送到吸收段，烟气与吸收液在塔内进行逆流吸收，净化后的烟气从塔顶离开脱硫塔经原有烟道去烟囱。
氨水由泵送到脱硫塔的吸收段。
吸收塔中的硫铵浆液由循环泵送至浆液喷雾系统的喷嘴，产生细小的液滴沿吸收塔横截面均匀向下喷淋。
每套装置浆液循环系统设三层喷淋，设四台循环泵开三备一。
SO2、SO3与浆液中氨反应，生成亚硫酸铵和硫酸铵。
在吸收塔浆池中鼓入空气将生成的亚硫酸铵氧化成硫酸铵。
塔底出来的硫铵溶液经过稠厚、离心、干燥、包装得到副产品硫铵成品。
见附图：
烟气脱硫管道仪表流程图。
4.2.2原材料、辅助材料和燃料、动力消耗定额
主要原材料的规格及消耗量表4-4
序号
名称
规格
单位
小时消耗
年消耗量
消耗定额
1
氨水
20%
m3
12
78000
1.4
2
锅炉烟气
含SO22600mg/m3
Nm3
840000
5.46×109
4.1.6.2动力消耗，见表4-7。
动力（水、电）消耗定额及消耗量表4-7
序号
名称
规格
使用情况
单位
消耗定额
小时消耗量
备注
正常
最大
1
电
380V50HZ
连续
kWh
188.8
1586
1600
2
新鲜水
0.3MPa
连续
m3
9.5
80
88
3
循环水
0.5MPa
连续
m3
23.8
200
220
4
蒸汽
1.3MPa
连续
t
0.24
2.04
2.5
4.3自控技术方案
4.3.1设计标准：
《化工自控设计规定》HG/T20505~20700-2000。
《自动化仪表选型设计规定》HG/T20507-2000
《控制室设计规定》HG/T20508-2000
《仪表供电设计规定》HG/T20509-2000
《仪表供气设计规定》HG/T20510-2000
《仪表系统接地设计规定》HG/T20513-2000
《自动分析器室设计规定》HG/T20516-2000
4.3.2设计依据：
#1~#3高压锅炉新建脱硫设施项目工艺流程设置的监控点。
4.3.3设计范围：
#1~#3高压炉的烟气脱硫生产过程中的各工艺参数的控制、记录、指示、烟气分析。
4.3.4自控水平：
#1~#3高压炉烟气脱硫生产采用离散系统（DCS）控制。
分析参数进入DCS并设有调节回路。
4.3.4.1温度测量
测温点共11点，全部集中显示，其中调节回路一个。
测温点分别为a.脱硫塔入口烟气温度测量；b.脱硫塔内烟气温度测量；c.脱硫塔出口烟气温度测量；d.硫铵结晶器内温度测量（2点），硫酸铵溶液具有腐蚀性，热电阻套管材质选用钛；e.干燥热风温度测量，并对至干燥加热器蒸汽流量节性单回路PID调节；f.循环冷却水上水温度测量；g.循环冷却水温度测量。
4.3.4.2压力测量
压力测量共16点，其中集中显示4点，就地显示12点。
测压点分别为a.脱硫塔入口烟气压力测量（集中）；b.脱硫塔出口烟气压力测量（集中）；c.吸收循环液泵出口压力测量（就地8点），由于硫酸铵、亚硫酸铵溶液具有腐蚀性，采用隔膜就地压力表，隔膜材质选用哈氏合金-C。
d.料浆泵出口压力测量（就地4点），硫酸铵溶液具有腐蚀性，采用隔膜就地压力表，隔膜材质选用哈氏合金-C。
4.3.4.3流量测量
流量测量共8点，全部集中显示，并且对流量进行瞬时显示、流量累积、记录。
流量测量点分别为a.烟气进脱硫塔流量测量；b.烟气出脱硫塔流量测量；c.旁路烟气流量测量；d.新鲜水流量测量；e.蒸汽流量测量。
其中a、b、c三处由于管道直径达到6米，采用德尔塔巴作为节流装置进行流量测量。
4.3.4.4液位测量
液位测量共4点，全部集中显示，其中调节回路2个。
液位测量点分别为a.脱硫塔内液位测量，并对脱硫塔水加入量进行单回路PID调节，由于硫酸铵溶液具有腐蚀性，变送器膜盒材质选用哈氏合金-C；b.硫铵料液罐液位测量。
4.3.4.5比重测量
比重测量4点，全部集中显示，其中调节回路2个。
分别a.为脱硫塔内溶液比重测量，并对料浆泵回流至脱硫塔溶液量进行单回路PID调节，由于硫酸铵溶液具有腐蚀性，变送器膜盒材质选用哈氏合金-C；b.硫铵结晶器内溶液比重测量，由于硫酸铵溶液具有腐蚀性，变送器膜盒材质选用哈氏合金-C。
4.3.4.6pH值测量
pH值测量2点，集中显示，调节回路2个。
为脱硫塔内溶液pH值测量，并对脱硫塔氨水加入量进行单回路PID调节。
4.3.4.7成分分析测量
成分分析有六处，共26点，全部集中显示。
三处分别为a.入口烟气分析：
1、入口SO2浓度2、入口O2浓度3、入口NOx浓度4、入口烟尘浓度5、入口湿度；
b.出口烟气分析：
1、出口SO2浓度2、出口O2浓度3、出口NOx浓度4、出口烟尘浓度5、出口湿度6、出口NH3浓度；
c.FGD出口烟气分析：
1、FGD出口SO2浓度2、FGD出口O2浓度3、烟囱入口烟尘浓度。
其中需要向环保部门传输的数据分别为：
入口SO2浓度、入口O2浓度、入口NOx浓度、入口烟尘浓度、入口温度、入口烟气流量、入口静压、入口湿度、出口SO2浓度、出口O2浓度、出口NOx浓度、出口烟尘浓度、出口温度、出口烟气流量、出口NH3浓度、出口静压、出口湿度、旁路挡板门开度、脱硫变压器负荷、旁路烟道烟气流量、FGD出口SO2浓度、FGD出口O2浓度、烟囱入口烟尘浓度、出口“系统故障”、出口“零点标定”或“系统反吹”、旁路挡板门开关状态、1~8号循环浆液泵运行状态。
4.3.5仪表选型：
（1）仪表选型本着性能可靠、技术先进、操作便捷、维修方便、使用寿命长、经济实惠。
测温元件：
铂热电阻Pt100。
测压元件：
就地压力表采用不锈钢压力表及隔膜式压力表；压力变送器采用3051系列。
流量测量元件：
德尔塔巴、电磁流量计。
液位测量：
液体测量采用3051差压变送器。
执行机构：
高精度调节阀、电动调节阀。
分析仪表：
红外在线分析仪、氨分析仪、粉尘分析仪、湿度分析仪、pH计。
（2）仪表的外壳防护等级多数为IP65，信号电缆为阻燃、屏蔽型。
4.3.6控制室设计：
符合行业标准《控制室设计规定》HG/T20508-2000中的3.1.1~3.9.3
4.3.6.1控制室面积
控制室：
60m2
4.4主要设备的选择
4.4.1脱硫塔
本工程选用天津碱厂#4高压炉的氨法脱硫技术，核心设备脱硫塔Φ10000，为专利技术，技术保密。
此技术是基于国家经贸委印发关于“电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化要点中提出：
加快电厂SO2治理速度，提高机电制造企业竞争力，加快实现脱硫设备国产化，至2010年，湿法烟气脱硫设备国产化率达100%”的要求研制开发的。
4.4.2主要设备见附表：
设备一览表。
表4.4.2主要设备表
序号
名称
规格
材料
数量
1
烟气吸收塔
Φ10000
FRP
2
2
氨水储罐
Φ3000
碳钢
1
3
硫铵母液罐
Φ3600
碳钢
1
4
一级稠厚器
Φ3200
碳钢
1
5
二级稠厚器
Φ2500
碳钢
1
6
氨水泵
碳钢
3
7
吸收液循环泵
铸铁
8
8
母液泵
碳钢
4
9
硫铵料浆泵
316L
4
10
给水泵
铸铁
3
11
氧化鼓风机
碳钢
4
12
离心机
316L
2
13
振动流化床
碳钢
2
14
干燥鼓风机
碳钢
2
15
冷却鼓风机
碳钢
2
16
空气加热器
碳钢
2
17
引风机
碳钢
2
18
旋风除尘器
304
2
19
自动包装机
碳钢
1
4.5标准化
4.5.1工艺设备、管道、仪表、电气等采用标准化的情况
（1）《钢制焊接常压容器》JB/T4735-1997
（2）《机械搅拌设备》HG/T20569-94
（3）《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592
（4）《化工装置管道材料设计规定》HG/T20646-1999
（5）《输送流体用无缝钢管》GB8163
（6）《钢制对焊无逢管件》GB/T12459
（7）《低压流体输送用镀锌焊接钢管》GB/T3091
（8）《化工装置设备布置设计规定》HG20546-92
（9）《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》HG20553-93
（10）《工业与民用10kV及以下变电所设计规范》（GB50047-94）
（11）《低压配电设计规范》（GB50054-93）
（12）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）
（13）《化工厂电力设计常用计算规定》（HG20551-93）
（14）《国际通用设计体制和方法》HG/T20638~20639-1998。
5.原料、辅助材料及燃料的供应
5.1原料供应
5.1.1主要原料的品种、规格、需用量、来源及运输条件
本工程是为了治理#1~#3高压炉排放烟气中SO2含量超标的问题。
采用氨法脱硫工艺，主要原料为高压炉排放的烟气，含SO2914.7mg/m3，840000Nm3/h。
无运输、存储问题。
氨水从天津碱厂氨库用泵送来进氨水储罐。
5.1.2原料来源的可靠性
锅炉烟气是生产中产生的废气，来源可靠。
氨水，有氨水库，12m3/h的需要量能够保证。
6．建厂条件和厂址方案
6.1建厂条件
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