电子束脱硫技术在成都热电厂200MW机组上的应用

翁玉龙 成都热电厂

摘要：介绍电子束烟气脱硫技术的工作原理、工艺流程、系统特点，重点阐述了该装置的运行效果及经济分析。该示范项目为目前世界上建成并投运的最大规模的工业装置。 关键词：电子束脱硫，系统组成，运行

作者简介： 翁玉龙、成都热电厂、生产副厂长/高级工程师，从事电力生产管理二十多年，有丰富的生产管理经验。地址：成都市跳蹬河崔家店路52号，邮编。电话；028-。 （一）工程由来及建设概况

1995年初，中国国家计划委员会与日本国株式会社荏原制作所成立了中日合作电子束脱硫示范工程项目推进委员会，同年9月又签订了《中华人民共和国国家计划委员会与日本国荏原制作所关于合作在中国实施电子束脱硫工程的备忘录》，根据《备忘录》中国电力工业部与日本荏原制作所签订了《关于在中华人民共和国实施电子束脱硫项目基本协议书》，四川省电力局（现四川省电力公司）与荏原制作所签订实施合同根据上述文件规定，中日双方在四川成都热电厂建设、运行排烟处理量为30万Nm3/h的电子束脱硫示范项目，实验验证以下三点：

1．电子束脱硫工艺在技术上、经济上的可行性和设备可靠性； 2、验证副产品肥料在农业上应用的可能性； 3、探讨在300—600MW机组上应用积累经验。

脱硫装置安装于成都热电厂21号锅炉尾部烟道。该项目从1996年3月开始主体工程建设，同年12月电气系统倒送电，1997年7月18日全部建成并通过72小时试运转，1998年5月26日至28日该装置通过了国家计划委员会、国家电力公司计划投资部召开的竣工验收鉴定，至2002年4月已累计运行9507小时，生产副产品硫酸氨7522吨。 （二）电子束烟气脱硫的原理：

电子束法脱硫是利用高能电子对烟气的照射产生的活性基因氧化去除S02、N0X气态污染物，其过程可分为三个反应过程：

1、游离基的生成：

当用高能电子束辐射烟气时，电子束能量大部分被N2、O2、H2O所吸收，生成活性很强的游离基OH基，O原子、HO2基、N基

N2、O2、H2O辐射OH、O、HO2、N

2、SO2、NOX氧化：

烟气中的SO2、NOX与产生的游离基OH、0、HO2进行反应，分别氧化成硫酸H2SO4和HNO3

3、氨气反应生成硫酸铵和铵： H2SO4+2NH3（NH2）2SO4NHO3+NH3NH4NO3（三）系统构成、工艺流程

1．系统构成：

①烟气系统②氨的储存和供给系统 ③压缩空气系统④SO2反应系统 ⑤软水系统⑥副产品处理系统 ⑦辅助系统 2．工艺流程：

电子束烟气脱硫的工艺过程大致由：予除尘，烟气冷却，加氨，电子束照射，付产品捕集五道工序组成。

烟气首先经锅炉静电除尘器除尘后进入冷却塔进一步除尘，降温和增湿，烟气温度从140℃左右降至60℃左右，此后将一定量的氨气，压缩空气和软水混合喷入反应器进口处，在此与烟气混合，经过高能电子束辐射后，SO2，NOx，在游离基作用下生成H2SO4和HNO3，并进一步与NH3发生化学反应，生成（NH4）2SO4和NH4NO3粉末，部分粉末沉降至反应器底部，通过输送机排出，大部分粉末随烟气一起进入后续的电除尘器，从而被收集下来，洁净的烟气经吸风机升压后进入烟囱排入大气。 （四）设计参数及工艺特点

1．设计参数： 处理烟气量：Nm3／h 烟气温度：150℃ 烟气成份：026％ C0214％ H206％ SPPm N0X400PPm 粉尘390mg／M3

脱硫效率80％ 脱氮效率：10％ 液氨耗量：6Kg／h 副产品量：2490Kg／h 耗电量：1900KWh／h 耗水量：16T／h 耗蒸汽量：2T／h 电子束电压：800KV 电子束电流：400mA×2 2．工艺特点：

①能同时脱除烟气中的SO2和NOX。 ②运行操作简单，维护方便。 ③是干法过程，无废水废渣。

④副产品是以硫酸铵为主含少量氨构成的有益农业氮肥。 ⑤投资少运行费用较低，经济性较好，适合在高硫煤地区运用。

⑥电子束运行中产生“X”射线在建筑物处、操作室等处辐射剂量率最大为0.3uSV/h，低于国家标准。 （五）运行概况：

电子束脱硫装置运行五年来，经过中日双方的共同努力，生产运行方面取得了很大成效，经过不断调整、摸索、总结经验，脱硫率从最初的70％左右稳定地提高到82％左右，最高达90％，超过设计值80％，生产出的副产物农用硫酸铵肥含氮量在18～19％以上，与主机同时率达90%以上。

运行指标消耗量

注：副产品产量受燃煤SO2浓度影响，达不到设计值，副产品收集因电除尘器效率不高，不能有效收集，低于设计值。

98年2月，四川电力试验研究院对该装置在正常运行状态下的烟气参数、脱硫效率，尘浓度等进行了测试，全面反应了该装置的运行水平，测试结果如下表：

电除尘测试结果：

但自1997年7月试运行至99年9月底，累计运行时间4400小时，与主机同时率仅为45.5％，其主要原因为：

1.主要辅助设备故障率高。表现如下：

①氨系统的阀门、密封垫质量较差，存在氨泄漏问题。

②电除尘器及反应器系统的输送机设计强度不足，材料耐腐蚀性差。

③电除尘器整流板1段共同振打的设计不适用于副产品硫酸铵，同时阳极板、阴极线的振打力不足。 ④冷却塔喷水泵电机、窗冷却风机等设备质量较差、运行过程中多次出现震动过大，并多次发生轴承烧毁等故障。

⑤空压机的质量较差，无法长时间连续运行。

2.全部设备均为单系统，设计时未考虑备用设备。因此常因一些辅助设备缺陷而被迫停运。 3．运行中检查维护不当，如空压机因油质不良，滤网堵塞造成空压机缺油损坏后加装低油压联动开关。

针对上述情况，中日双方多次召开工程协商会进行协商，寻找解决方案。98年9月至12月，利用200MW

发电机组大修期间对各设备进行了维护和改造，设备同期率由此提高到60%左右。99年7月至10月对EBA工程进行了第二次改造，同步率提高为82.6%，期间四个月同步率达到90%以上。

主要实施以下改进：

1．增设电除尘器两电场（三电场增至五电场），阳极板全部更换为不锈钢材质，阴极线进行更换改造，并将整流板振打装置采用多段振打方式。

2．更换副产品输送机材质为耐腐蚀性强、强度高的不锈钢材料。

3．修理电子束直流高压变压器：2001年在正常运行过程中，电子束高压直流内部产生放电，造成直流高压电源损坏。为此该电源装置曾于2001年7月运回日本生产厂家进行修理，并于12月底完成修理后运回，目前使用状况良好。

4．更换原空压机为螺杆式空压机。 5．备机的增设：

①增设二次烟气冷却水泵、电子束冷却水泵、机械冷却水泵的备用机。 ②增设窗冷却机的备用机。 ③增设氨系统氨压机。 （六）技术经济性

1．电子束脱硫装置在锅炉排放烟气中的SO2变化范围在500～2300PPm内，均能达到脱硫率80％以上，脱硝率10％以上的脱硫效率，既脱硫又脱硝，脱硫后的烟气中残留的氨浓度仅为9．2PPm，低于设计值（50PPm），主要技术指标达到了设计值。

2．电子束脱硫无废水、废渣排放，副产品硫铵是一种有用的氮肥。该装置使锅炉排放出的SO2量减少约35％，有较好的环境效益（资源综合利用硫和氮）。

3．该装置总投资9430万元，其中设备及安装用7200万元，三通一平2230万元，单位千瓦建设资金1000元。

4．年运行费用：

以年运行时间6000小时，SO2入口浓度为1800PPm计算：

①年总费用为1790.7万元（包括电、水、蒸汽、液氨、运行人员费用、日常维护费用、折旧费及大修费） ②副产品收入：313.3万元 ③上脱硫装置减少排污费：80万元

年净运行成本1397.4万元。

4．脱除一吨SO2的费用为1986元，每千瓦时的脱硫费用约为0．012元，增加成本约4％，厂用电率增加约1％。

（七）副产品及农业试验

副产品的品质经98年20万锅炉电除尘器大修本装置的运行调整已达到较高水平，含氮量稳定在19%以上，有效成份95%以上，水份1%以下，游离酸0.2%以下，外观呈白色或灰白色。1998年3月开始，由四川省农科院土肥所对副产品进行农田试验，检验其对农作物种子发芽有无毒副作用、农田应用效果以及它对土壤肥力和土壤结构的影响。试验于2000年5月结束。

2000年4月10日，电力部委托四川省电力工业局邀请了四川省农业厅、四川省化工厅、四川省技术监督局、四川省农科院对成都示范项目副产品硫酸铵农田应用及肥效进行鉴定。鉴定意见如下：

1．燃煤发电生成的SOx和NOx不仅污染大气而且还形成酸雨危害。中日合作成都电厂电子束脱硫技术变害为宝。经权威部门检验，副产品硫酸铵含氮19%左右，灰分4～5%，其重金属含量低于国家允许的标准，同时不产生放射性物质。

2．田间现场考察副产品硫酸铵对油菜——水稻的两年定位试验和小麦肥效试验。考察认为试验安排符合要求，油菜和小麦的长势与正品硫酸无显著差异；施用副产品硫酸铵对土壤肥力无不良影响。

3．在简阳、邛崃、眉山的紫色土、老冲积黄泥和灰色冲积土等三种土壤上所进行的水稻、玉米、棉花、花生、小麦、油菜和烟叶等七种作物两年的农田效益评价试验得出：施用等氮量的副产品硫酸铵与正

品硫硫铵各处作物产量无明显差异，2000多亩生产示范亦得到相同结论。

4．盆栽发芽试验表明副产品硫酸铵对水稻、玉米、棉花、花生、小麦、油菜等作物的种子发芽和生长无不良影响。

综上所述，副产品硫酸铵与等氮量的正品硫酸铵肥效相当，副产品硫酸铵可以直接应用于农业生产，平均价格为398元/吨，最高可到440元/吨，产销平衡，无库存。 （八）电力企业面临的的环保形势和任务

《国家环境保护“十五”计划》要求电力行业：以削减二氧化硫排放为重点，优化电源布局，促进西电东送，控制东部地区新建燃煤电厂，“两控区”新建燃煤电厂，禁止在大中城市市区和近郊新建、扩建燃煤电厂。新建燃煤电厂要采用低氮燃烧方式，并同步建设脱硫设施：积极推动现役火电机组脱硫。制定优惠经济，为燃煤电厂脱硫创造公平的竞争环境。国家在脱硫资金和上将给予有力支持。一是制定不同地区发电环保折价标准；二是国家对电厂脱硫项目给予资金支持；三是保证脱硫电厂优先上网；四是提高二氧化硫排污收费标准，以调动企业脱硫积极性；五是加快采用洁净煤技术。到2005年，要求电力行业二氧化硫排放量比去2000年削减10%—20%。

目前火电厂环保折价及优先上网等正策尚未落实，资金缺口较大，随着“厂网分开、竞价上网”的实施，脱硫电厂将处于不利地位，积极争取支持势在必行。 （九）结语

电子束烟气脱硫装置是电厂烟气脱硫的一种新工艺，它具有技术先进、自动化程度高、占地少、副产品农用价值较高等优点，设备国产化率达59%，电子束等主要设备在日本采购为1927万元，国内配套设备采购费用为2740万元，该技术的国产化水平较高，主设备故障率低，维护方便，日方提供的电子灯丝使用寿命约为2万小时，，在正常工况下，窗泊一年更换一次。该装置的建设与运行在为大容量机组上的应用积累了经验，具有一定的发展前景。