几种石化企业电厂烟气脱硫成本比较及适用条件
李成益
(中国石化扬子石油化工有限公司发展计划部,南京210048)
摘要：文章从石化企业自备电厂的特点入手，对石化企业自备电厂烟气脱硫成本构成进行分析，根据国内石化企业已建或在建的烟气脱硫装置的实际情况对脱硫成本进行了计算，对各方案的适用条件进行了计算分析，提出了不同条件下的烟气脱硫解决方案。 关键词：烟气脱硫 脱硫成本 硫酸铵 石膏 硫酸镁
随着《火电厂大气污染物排放标准》的实施，大多数电厂的燃煤锅炉需要进行烟气脱硫改造。2005年5月国家发展与改革委员会发布了《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》，该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/时）不在《意见》规定的范围内，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的优势，在化工生产运行及管理方面也没有障碍，因此，化工及石化行业自备电厂的烟气脱硫技术有更多的选择余地。正由于可选择的方
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法多，技术经济评价指标也多，有文章[1][2]对不同的烟气脱硫方案的成本进行了比较。随着中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《中国石油化工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，为今后同类装置的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36000吨/时，其中220吨/时锅炉50台，410吨/时锅炉24台，扣除燃气（油）锅炉后，220吨/时和410吨/时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/时锅炉的烟气脱硫装置的脱硫成本进行了研究，对其他热电厂烟气脱硫方案选择具有一定的意义。 2 烟气脱硫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
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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）。
主要原材料：指脱硫剂（氨或氨水、石灰石粉、氧化钙粉或熟石灰、氧化镁粉等）； 辅助材料：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、其它制造费用； 管理费用：按装置定员计算。
财务费用：因本项目为环保项目，不具有赢利能力，固定资产投资和流动资产投资均一次投入，不计贷款利息。
副产品销售收入（或处置费用）：副产品出厂价格或副产品委托处理的费用。 销售费用：副产品有销售收入的按销售收入的0.5%计算。 2.2 烟气脱硫成本的计算依据
有资料[1][2]介绍了相关的烟气脱硫机理及工艺流程，因硫化钠-硫磺法报道的极少，这里做补充说明如下。硫化钠-硫磺法的基本反应方程式如下：
2SO2Na2S2SNa2SO4 （吸收） Na2SO44CONa2S4CO2 （再生） 烟气脱硫成本计算的原材料价格均按照到厂价格计算，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照肥料价格计算。脱硫剂和副产品的品质与价格见表1。
表1 脱硫剂和副产品的品质与价格表 脱硫方法 脱硫剂 主要成份分子式 价格，元/吨 纯度 设计消耗系数 副产品 主要成分含量，% 销售价格,元/吨 氨-肥法 NH3 2900 99.60 1.017 96.0 780 氧化镁法 （抛弃法） MgO 600 85.0 1.05 95.0 -40 石灰石 -石膏法 CaCO3 300 90.0 1.10 90.0 20 半干法 镁-肥法 CaO 450 90.0 1.25 100 -40 MgO 600 85.0 1.05 95.0 400 硫化钠-硫磺法 Na2S 280 60.0 0.20 S 97.95 4500 主要成份分子式 （NH4）2SO4 MgSO4.7H2O CaSO4.2H2O 脱硫灰 MgSO4.H2O 工资及福利：按3万元/人·年计算。 装置年操作时间：8000小时。
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。
燃料动力消耗价格：均按含税价计算，其中：电0.59元/kwh；水2.34元/t；蒸汽113元/t。
流转税及附加：根据财税[2004]25号《关于部分资源综合利用产品的补充通知》，对燃煤电厂烟气脱硫副产品实行即征即退的。根据计算，在所选的几种方法中，进项税均大于销项税，也就是说不用交纳城建维护税和教育费附加，也不交纳。
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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，见图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SO2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800-26000mg/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2600mg/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SO2含量高于1400mg/Nm3时氧化镁（抛弃法）的成本则略高于石灰石—石膏法。
由图1还可以看出，有些方法的脱硫成本比较优势随烟气中的SO2含量变化发生交替变化（先低后高或先高后低），这说明各种工艺均存在一定的适用范围。
8.007.00氨-肥法脱硫成本, 元/kgSO26.005.004.003.002.001.000.00600氧化镁(抛弃法)石灰石-石膏法半干法镁-肥法硫化钠-硫磺法8001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000烟气中SO2含量, mg/Nm3
图1 烟气脱硫成本
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，在烟气中SO2含量在为2100mg/Nm3时几种烟气脱硫方法的脱硫成本变化如图2。
3.00氨-肥法氧化镁(抛弃法)石灰石-石膏法半干法镁-肥法硫化钠-硫磺法2.50脱硫成本, 元/KgSO22.001.501.000.5011.11.21.31.41.51.6脱硫剂消耗系数
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图2 脱硫剂实际消耗系数对脱硫成本的影响
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，除了氧化镁（抛弃法）和半干法的副产品抛弃处置外，其它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涤下来而进入副产品，因此在脱硫系统中如没有增设除尘过滤设施，烟气中的尘含量将影响副产品的质量。
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CaSO4含量达到93%以上，烟气中的最高尘含量如图3。
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，但可以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其质量在不设尘分离设施的情况下，尘含量对产品质量的影响如图3。
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：SO2含量越高、尘含量的允许值相应提高。
国家标准GB2449-92中硫磺合格品的灰份含量要求小于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0.58～4.1mg/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。
160014003硫酸铵合格品①硫酸铵一级品②石膏法合格品③镁-肥法颗粒料④镁-肥法粉末料⑤镁-肥法颗粒料⑥120010008006004002000600800尘最高含量，mg/Nm10001200140016001800200022002400260028003000320034003600380040004200烟气中SO2含量,mg/Nm3
图3 脱硫副产品对烟气中尘含量的要求
说明：
①硫酸铵合格品的氮含量按20.5%计算； ②硫酸铵一级品的氮含量按21.0%计算；
③石灰石中的CaCO3含量按93%，石膏中的CaSO4含量按93%计算；
④镁肥法的硫镁肥颗粒料的含量（酸溶MgO）为≥25%，脱硫剂中的水不溶物不计； ⑤镁肥法的硫镁肥粉末料的含量（酸溶MgO）为≥27%，脱硫剂中的水不溶物不计；
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⑥镁肥法的硫镁肥颗粒料的含量（酸溶MgO）为≥25%，脱硫剂中的水不溶物按5%计； 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标准见表2。
表2 肥料级一水硫酸镁的主要质量标准一般为：
项 目 含量 氯化物 水份 硫 指 标 颗粒 ≥25% ≤2% ≤5% ≥18% 粉末 ≥27% ≤2% ≤2% ≥20% 备 注 酸溶MgO 以氯计 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SO2含量关系如图4。随着烟气中SO2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，如没有废水排放，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-石膏法必须通过废水排放，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，必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将导致设备腐蚀加剧。
350镁-肥法300石灰石-石膏法烟气中的氯含量,mg/Nm250320015010050060080010001200140016001800200022002400260028003000320034003600380040004200烟气中SO2含量,mg/Nm3
图4 烟气中氯最高含量
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日以国标农轻函[2003]20号文批准，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，也未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，因此必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CaCO3含量与产品中CaSO4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.76%以上。
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表3 原料中CaCO3含量对产品质量的影响 产品中CaSO4含量 % 96.0 95.0 94.0 93.0 92.0 91.0 石灰石粉中CaCO3含量 % 94.33 92.84 91.32 .76 88.17 86.55 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，将增加废水排放量增加。
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
4.1 由于烟气脱硫成本与烟气中的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含量的最可几范围，从而为技术路线的正确决策提供依据。 4.2 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。
4.3 脱硫剂的纯度不仅关系到副产品质量，还关系到废水排放量、脱硫剂消耗量，最终影响脱硫成本。
4.4 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，最关键的是对设备的腐蚀加剧。
参考文献
1 何祚云等.石化企业烟气脱硫技术选择研究[J].当代石油石化，2008，（2）：14～18 2 李成益.几种烟气脱硫工艺及技术经济分析[J].石油化工技术经济，2006，（6）：14～19
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