電子束法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用前景探討
通過幾年來中日合作成都電子束示范項目的建設(shè)實踐、運行狀況和該項技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的情況，從電子束法同時脫硫脫硝、副產(chǎn)硫酸銨可全部銷售利用，工藝設(shè)備的可靠性與國產(chǎn)化，適度的建設(shè)投資與運行成本等幾方面加以闡述，表明該項技術(shù)漸趨成熟，具有良好的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。
隨著我國環(huán)境保護法律、法規(guī)及標準的日趨嚴格和環(huán)保執(zhí)法力度的進一步加大，國家全力推進酸雨防治和控制二氧化硫排放量，對氮氧化物排放量的削減也逐漸提到重要議事日程。在煙氣治理技術(shù)中，電子束法經(jīng)過中日（日方為荏原制作所）合作成都電廠示范項目的成功實踐、波蘭波莫扎尼電廠和日本中部電力公司新名古屋電廠煙氣量脫硫裝置的建設(shè)與投運、杭州熱電廠即將建成以及北京京豐熱電公司和太一電廠等一批項目的進行可行性研究、論證和開始建設(shè)表明，電子束法煙氣治理技術(shù)己進入推廣應(yīng)用階段。
本文通過對1995-1998年從項目聯(lián)合可行性研究開始至范裝置建成投運的工程實踐和近年來對電子束法煙氣治理技術(shù)進展的持續(xù)關(guān)注，就下列幾個方面論述該項煙氣治理技術(shù)的應(yīng)用前景。
1、電子束法煙氣治理技術(shù)能同時脫硫脫硝
在脫硫的同時也能脫硝，是電子束法煙氣治理技術(shù)區(qū)別于其它煙氣脫硫技術(shù)的一個標志性特點。近年來為抑制氮氧化物排放，采用循環(huán)流化床鍋爐，在發(fā)電機組上使用較多，技術(shù)也已趨于成熟，盡管造價較高，但還在較大規(guī)模的發(fā)電機組上因地制宜地有計劃選用。在當前脫硫也需脫氮的呼聲和要求下，在煙氣治理技術(shù)中，電子束法是一項值得推廣應(yīng)用的首選方法。
成都電廠示范項目設(shè)計脫硫率80%，脫硝率10%（電子束工藝技術(shù)的脫硫率可達95%，脫硝率可達80%），由于它是世界上第一套工程應(yīng)用的示范裝置，又是我國國家計委、原電力工業(yè)部和四川省人民政府重視和關(guān)切的國際合作工程項目，主要設(shè)計指標比較穩(wěn)妥，留有余地。經(jīng)過中日雙方在工程現(xiàn)場1年多的共同努力，1997年7月18日通過全系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)后開始投入考核運行，順利打通了工藝流程，副產(chǎn)物硫酸銨（伴少量硝酸銨與煙塵）產(chǎn)出，脫硫脫硝率達到或超過設(shè)計水平，經(jīng)四川省電力試驗研究院測試，脫硫效率為86.8%，脫硝率為17.6%，在電廠鍋爐后電除塵器運行正常時副產(chǎn)硫銨的品位>19%（含氮量）。成都電廠以后建成的幾套電子束法煙氣治理裝置，設(shè)計的脫硫脫硝率還有所提高。所以在同一套煙氣治理工藝裝置中，脫硫同時也能脫氮確是該工藝一個顯著優(yōu)點，因此得到國家的鼓勵。
2、副產(chǎn)物可全部銷售利用
電子束法的吸收劑為氨，電子束輻照通過反應(yīng)器的煙氣所形成的游離基，使煙氣中的SO2和NOx氧化，與輻照前噴入反應(yīng)器的NH3進行中和反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨，整個過程約1S。因煙氣在反應(yīng)器內(nèi)平均停留約1.5S，所以反應(yīng)是充分和完善的。成都電廠電子束法煙氣脫硫示范裝置產(chǎn)出的副產(chǎn)物硫酸銨，其品位目前已穩(wěn)定在19%-20%，經(jīng)電收集器捕集后直接打包，運往與電廠聯(lián)合經(jīng)營的復(fù)合肥廠作氮肥的一部分，目前副產(chǎn)品量已超過10000t，已全部銷售利用，最高售價接近500元/t。
根據(jù)國家標準化法的規(guī)定，必須對副產(chǎn)物硫酸銨進行農(nóng)業(yè)試驗，檢驗其對農(nóng)作物種子發(fā)芽有無毒副作用，使用效果及對土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)的影響，從而為該產(chǎn)品列入國家標準和在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理經(jīng)濟的施用提供科學(xué)依據(jù)。為此，四川省電力公司委托四川省農(nóng)科院土壤肥料研究所進行完整規(guī)范的試驗，試驗大綱和總體方案經(jīng)中國農(nóng)科院土壤肥料方面的權(quán)威專家認定，得出的結(jié)論是：
（1）因重金屬含量遠低于國家標準，所以對水稻、玉米、棉花、小麥、油菜等作物的種子發(fā)芽和生長無不良影響。
（2）在等氮量并配施磷鉀肥條件下，副產(chǎn)物硫酸銨與正品硫酸銨的肥效相當。
（3）使用副產(chǎn)物硫酸銨后土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)無不良影響。
試驗結(jié)果經(jīng)專家評審后，報請國家相關(guān)主管部門，已訂立副產(chǎn)硫酸銨標準，進入電力行業(yè)標準，由國家經(jīng)貿(mào)委統(tǒng)一頒發(fā)執(zhí)行，符合煙氣脫硫副產(chǎn)品用作化肥時其成份指標應(yīng)達到國家相應(yīng)的肥料等級標準并不得對農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)生有害影響和回收硫資源的技術(shù)政策。
我國是農(nóng)業(yè)大國，氮肥年產(chǎn)量已超過2100萬t，相當于正品硫酸銨1億t。即使我國已有100套發(fā)電機組配套建設(shè)電子束法煙氣治理裝置，其副產(chǎn)硫酸銨的年總產(chǎn)量也不過約100萬t，僅占目前全國氮肥的1%，全部利用與銷售應(yīng)沒有問題，即使因某種原因當?shù)乩冒l(fā)生困難時，副產(chǎn)硫酸銨作為氮肥的一種，也可流通到四川等應(yīng)用銷售良好的地區(qū)，總之所有電子束法煙氣治理裝置產(chǎn)出的硫酸銨能全部銷售利用是又一個顯著特點。
3、工藝設(shè)備的可靠性與國產(chǎn)化
成都電廠電子束法示范項目，日方荏原制作所按當時協(xié)議，提供基本設(shè)計、確認詳細設(shè)計與負責采購全部設(shè)備，其中主設(shè)備由日方在日本采購，配套設(shè)備也由日方在中國采購。示范裝置的運行過程表明，故障和停運檢修主要并非來自主設(shè)備電子束發(fā)生裝置，而是來自國內(nèi)配套輔助設(shè)備選購欠當。經(jīng)荏原制作所成都事務(wù)所與成都電廠協(xié)同，由日方出資進行部分技術(shù)改造，目前工藝系統(tǒng)和設(shè)備已煥然一新，近年來維修量大大下降，可靠性提高，運行同步率達到95%以上。在成都電廠示范裝置后建設(shè)的電子束法煙氣治理裝置，如杭州電廠等工程，包括冷卻塔、副產(chǎn)硫酸銨電收集器等整個工藝系統(tǒng)與設(shè)備材質(zhì)都充分優(yōu)選，可以相信，配套工藝與設(shè)備已趨于優(yōu)選合理，設(shè)備國產(chǎn)化率由成都示范項目的61%（按設(shè)備價格）逐漸提高，甚至100%。
4、建設(shè)投資
中日合作成都電廠示范項目，國家計委批準按1.04億元控制。受國家計委委托，國家電力公司進行的項目竣工驗收確認的投資為9430萬元，節(jié)省近1000萬元。從工程的實際投資分析，如扣除中方的土地占用投入和日方以37萬美元在日本采購的干式對輥副產(chǎn)物造粒機并未實際運行應(yīng)用（副產(chǎn)物不用造粒而直接打包外銷利用）的具體情況，實際建設(shè)投資（包括中方搬遷脫硫界區(qū)原有車間辦公樓、通信設(shè)施與各類管道等）約8000萬元，單位建設(shè)投資約900元/KW。
國華荏原環(huán)境工程公司即將建成投運的杭州熱電廠電子束法煙氣治理項目工程設(shè)計脫硫率85%，脫硝率55%，總投資已下降至不突破7000萬元，其主設(shè)備仍由日本引進。中國工程物理研究院恒泰環(huán)境技術(shù)公司按國家計委批準承擔北京京豐熱電公司電子束治理工程的總建設(shè)投資近1億元，單位造價660元/kW，脫硫率》90%，脫硝率》20%，力爭使用1套國產(chǎn)主設(shè)備，另2套電子束發(fā)生裝置從國外引進。在必須同時脫NOx的電廠，其建設(shè)投資水平已比較適度，是可以接受的。
5、運行成本
成都電廠示范裝置的運行成本為1kW·h電增加0.013元，每噸SO2脫除費用在設(shè)計工況（煙氣SO2質(zhì)量濃度1800mg/L）和裝置用電按上網(wǎng)電價（而不是以電廠廠用電價計）計算為&###元（按脫硝成本為0計算）；當電廠組織低硫煤，有時煙氣SO2濃度低于設(shè)計工況值時，每噸SO2脫除費用有所上升，所以電子束法更適用于較高SO2濃度的煙氣治理。
根據(jù)國家出臺的SO2排放收費規(guī)定，首先是全額收費，同時提高征收標準，“兩控區(qū)”要高于其它地區(qū)，杭州等試點城市目前已執(zhí)行700元/t的收費標準。北京市為辦好舉世矚目的2008年奧運盛會，下決心繼續(xù)推進大氣環(huán)境治理，進一步改善大氣環(huán)境，要求每噸排放收費標準提高到1700以上。無論是濕式石灰石*石膏法還是電子束法，建設(shè)脫硫裝置既保護了大氣環(huán)境，還可減少電廠SO2排放繳費，有些地區(qū)電廠在脫硫裝置建成后，減少電廠成本支出（排放繳費列成本），甚至等于增加收益。所以許多電廠目前正在有計劃積極組織實施煙氣治理，早建設(shè)早收益。
6、技術(shù)隊伍
在現(xiàn)行工藝條件下，日本荏原制作所目前具有領(lǐng)先水平，還試制了高壓電子束發(fā)生裝置，并已在杭州熱電廠工程安裝調(diào)試。通過世界上首套工業(yè)裝置中日合作成都示范項目的實施，中日參與設(shè)計、施工和成都電廠的運行管理，具有較高的技術(shù)水平，培養(yǎng)了一批設(shè)計、施工與運行方面的頂級專家和工程技術(shù)人員。國華荏原環(huán)境工程公司具有建設(shè)電子束法治理工程的雄厚力量。中國工程物理研究院與大連理工大學(xué)等單位聯(lián)合，完成了國家級電子束煙氣脫硫脫硝中間實驗，使用從俄羅斯引進的高壓電子發(fā)生裝置，已通過技術(shù)鑒定和國家環(huán)？偩种鞒值尿炇。清華大學(xué)相關(guān)單位也從事電子束法煙氣脫硫脫硝新工藝的試驗研究，積極實施工程示范項目。還有中國科學(xué)院相關(guān)研究所的加速器研制生產(chǎn)骨干力量。由此可見，我國已具有建設(shè)電子束法煙氣治理裝置高素質(zhì)技術(shù)隊伍。
7、結(jié)語
電子束法煙氣治理技術(shù)具有同時脫硫脫硝、副產(chǎn)物通過規(guī)范試驗建立標準并全都銷售利用、工藝設(shè)備可靠與加速國產(chǎn)化、適度的建設(shè)投資和運行成本及經(jīng)過實踐檢驗的技術(shù)隊伍和電廠運行管理水平提高等諸項特色，工藝技術(shù)已漸趨成熟并有所創(chuàng)新。煙氣脫硫脫硝，保護大氣環(huán)境，既是燃煤電廠相關(guān)企業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展的必要措施，也是保護全人類健康文明和全球生態(tài)環(huán)境的偉大事業(yè)，在我國政府重視推進大氣環(huán)境治理的必要前提下，未來10年我國將有數(shù)以10000MW的燃煤電廠機組需要脫硫（部分脫硝），有能力投入幾百億元建設(shè)資金。在濕式石灰石&石膏法煙氣脫硫技術(shù)為主的情況下，電子束法煙氣治理技術(shù)也會因地制宜地具有相應(yīng)的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。
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