干式煙氣脫硫技術進展及其應用前景分析
燃煤鍋爐煙氣脫硫途徑通常可分為三種:1,燃燒前脫硫,如機械浮選法、強磁分離法等;2,燃燒中脫硫,如爐內噴鈣以及采用CFBC等;3,燃燒后脫硫,即煙氣脫硫(FGD),這是當今世界上普遍采用的方法。而煙氣脫硫按反應產(chǎn)物的物質形態(tài)(液態(tài)、固態(tài))可分為濕式、半干式和干式三種,濕法煙氣脫硫技術占85%左右,其中石灰石石膏法約占36.7%,其它濕法脫硫技術約占48.3%;噴霧干燥脫硫技術約占8.4%;吸收劑再生脫硫法約占3.4%;爐內噴射吸收劑及尾部增濕活化脫硫法約占1.9%;其它煙氣脫硫形式有電子束脫硫、海水脫硫、循環(huán)流化床煙氣脫硫等。由于對環(huán)境保護的日益重視和大氣污染物排放量的更加嚴格控制,我國新建大型火電廠和現(xiàn)役電廠主力機組必須安裝相應的煙氣脫硫裝置以達到國家環(huán)保排放標準。
就我國的煙氣脫硫技術而言,西南電力設計院早在80年代就完成了旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫技術的研究,并在四川白馬電廠建立了處理煙氣量為70000Nm3/h的旋轉噴霧干燥法脫硫工業(yè)試驗裝置,1991年正式移交生產(chǎn)運行。“八五”期間電力部門在有關部門的支持下進行了華能珞璜電廠2臺360MW機組石灰石-石膏法濕式煙氣脫硫、山東黃島電廠旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫、山西太原第一熱電廠高速水平流簡易石灰石-石膏法濕式煙氣脫硫、南京下關電廠2臺125MW機組的爐內噴鈣尾部增濕活化脫硫、四川成都熱電廠電子束煙氣脫硫、深圳西部電廠300MW機組海水脫硫等不同工藝的中外合作示范項目或商業(yè)化試點脫硫項目。
國家經(jīng)貿委在《“九五”國家重點技術開發(fā)指南》中確定了燃煤電廠脫硫主要技術開發(fā)內容有1,石灰/石灰石洗滌法脫硫技術;2,噴霧干燥法脫硫技術;3,爐內噴鈣及尾部增濕活化脫硫技術;4,排煙循環(huán)流化床脫硫技術,這給我國煙氣脫硫技術的研究與開發(fā)指明了方向。其中濕式石灰/石灰石洗滌法脫硫技術已經(jīng)由國家電力公司引進國外技術消化吸收并形成國產(chǎn)化;噴霧干燥法脫硫技術我國通過多年的研究和試驗已基本掌握設計、制造100MW機組煙氣脫硫技術的實力。
縱觀當今煙氣脫硫技術的現(xiàn)狀,目前世界上大機組脫硫以濕法脫硫占主導地位,選用濕法脫硫裝置的機組容量占總數(shù)的85%,但濕法脫硫一次性投資昂貴、設備運行費用較高。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,發(fā)展中國家的環(huán)保形勢越來越嚴重,為適應這些國家脫硫市場的需要,許多國家都在致力開發(fā)高效干法脫硫技術。本文簡單介紹目前有廣泛市場前景的幾種干式煙氣脫硫技術,結合這些脫硫方法的特點和我國特別是上海地區(qū)的實際情況,提出并著手研究開發(fā)高鈣粉煤灰增濕活化脫硫和循環(huán)流化床煙氣脫硫,并建立國內規(guī)模較大的多功能煙氣脫硫試驗臺。
LIFAC(Limestone Injecyion into Furnace and Activation of Unreacted Calcium)煙氣脫硫工藝即鍋爐爐膛內噴射石灰石粉,并配合采用鍋爐尾部煙道增活化反應器,使未反就的CaO通過霧化水進行增濕活化的煙氣脫硫工藝。目前世界許多廠商研究開發(fā)的以石灰石噴射為基礎的干法脫硫工藝中,芬蘭Tampella和IVO公司開發(fā)的這種脫硫工藝最為典型,并于1986年首先投入商業(yè)性運行。
LIFAC工藝主要包括以下幾個子系統(tǒng):
(1) 石灰石粉系統(tǒng) 包括石灰石粉的制備、計量、運輸、貯存、分配和噴射等設備。
(2) 水利化反就器系統(tǒng) 包括水利化水霧化、煙氣與水混合反應、下部碎渣與除渣、器壁防垢等設備。
(3) 脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng) 包括電除塵器下部集灰、貯存、輸送等裝置。
(4) 煙氣再熱系統(tǒng) 包括煙氣再熱裝置和主煙氣混合用噴嘴等。
LIFAC脫硫工藝的基本原理如下:
爐膛內噴鈣脫硫的基本原理:石灰石粉借助氣力噴入爐膛內850~1150度(攝氏)煙溫區(qū),石英鐘灰石煅燒分解成CaO和CO2,部分CaO與煙氣中的SO2。爐膛內噴入石灰石后的SO2。反應生成CaSO4,脫除煙氣中一部分SO2。爐膛內噴入石灰石后的SO2脫除率隨煤種、石灰石粉特性、爐型及其空氣動力場和溫度場特性等因素而改變,一般在20%~50%。
活化器內脫硫的基本原理:煙氣增濕活化售硫反應的機理主要是由于脫硫劑顆粒和水滴相碰撞以后,在脫硫劑顆粒表面形成一層水膜,脫硫劑及SO2氣體均向其中溶解,從而使脫硫反應由原來的氣-固反應轉化成水膜中的離子反應,煙氣中大部分未及時在爐膛內參與反應的CaO與煙氣中的SO2反應生成CaSO3和CaSO4?;罨磻鲀鹊拿摿蛐释ǔT?0%~60%,其高低取決于霧化水量、液滴粒徑、水霧分布和煙氣流速、出口煙溫,最主要的控制因素是脫硫劑顆粒與水滴碰撞的概率。
由于活化反應器出口煙氣中還有一部分可利用的鈣化物,為了提高鈣的利用率,可以將電除塵器收集下來的粉塵返回一部分到活化反應器中再利用,即脫硫灰再循環(huán)?;罨鞒隹跓煖匾蜢F化水的蒸發(fā)而降低,為避免出現(xiàn)煙溫低于露點溫度的情況發(fā)生,可采用煙氣再加熱的方法,將煙氣溫度提高至露點以上10~15度(攝氏)加熱工質可用蒸氣或熱空氣,也可用未經(jīng)活化器的煙氣。
整個LIFAC工藝系統(tǒng)的脫硫效率η為爐膛脫硫效率η和活化器脫硫效率η之和,即η=η1+(1-η1)η2,一般為60%~85%。LIFAC脫硫方法適用于燃用含硫量為0.6%~2.5%的煤種、容量為50~300MW燃煤鍋爐。與濕式煙氣脫硫技術相比,投資少,占地面積小,適合于現(xiàn)有電廠的改造。
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