淺談 FCL氨法脫硫技術(shù)在小型燃煤鍋爐煙氣脫硫中的應(yīng)用
目前 ,我國(guó)大型燃煤機(jī)組的脫硫裝置基本上都是引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)和設(shè)備 ,并以石灰石 — 石膏法為主。但對(duì)于小型燃煤機(jī)組而言 ,由于石灰石— 石膏法占地面積大、 投資大、 運(yùn)行費(fèi)用高、 副產(chǎn)物處置困難等問(wèn)題而難以推廣。FCL氨法脫硫工藝具有占地面積小、 投資相對(duì)較小、 副產(chǎn)硫酸銨可作為肥料銷售、 運(yùn)行費(fèi)用低、 可同時(shí)脫氮等特點(diǎn) ,適合在小型燃煤機(jī)組中推廣。
1 工程概況
太倉(cāng)保利協(xié)鑫熱電有限公司現(xiàn)有 3臺(tái)抽凝式發(fā)電機(jī)組 ,裝機(jī)容量為 45MW,配備有 2臺(tái) 75 t /h、 1臺(tái) 90 t /h煤粉爐、 1臺(tái) 150 t /h煤粉爐。保利協(xié)鑫熱電公司于 2006年開始實(shí)施煙氣脫硫技改工程 ,并于 20072 012 25一次性通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收。本工程設(shè)計(jì)煤種硫分為 0 . 7% ,校核煤種硫分為 1 . 0% ,電除塵器出口 SO2 質(zhì)量濃度不超過(guò) 1 500mg/m3 ,粉塵質(zhì)量濃度不超過(guò) 400mg/m3 。
2 工藝原理
FCL氨法脫硫是用氨水洗滌含 S O2 的廢氣 ,形成 (NH4 ) 2 SO3—NH4HSO3—H2O 的吸收液體系。 (NH4 ) 2 S O3是氨法中的主要吸收劑 ,對(duì) SO2具有很好的吸收能力 ,其反應(yīng)如下:
SO2 + 2NH3 +H2O ——(NH4 ) 2 SO3
SO2 + (NH4 ) 2 SO3 +H2O ——2NH4HSO3
NH3 +NH4HSO3—— (NH4 ) 2 S O3
在脫硫塔底部氧化池內(nèi) , (NH4 ) 2 SO3 被鼓入的氧化空氣氧化成硫酸銨:
2 (NH4 ) 2 SO3 +O2 ——2 (NH4 ) 2 SO4
3 工藝流程
FCL氨法脫硫工藝流程主要分為預(yù)洗滌、 SO2 吸收、 亞硫酸銨氧化和蒸發(fā)結(jié)晶等工序。脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、 濃縮塔濃縮系統(tǒng)、 脫硫塔吸收系統(tǒng)、 回收系統(tǒng)、 供氨系統(tǒng)、 煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、 電氣及 DCS控制系統(tǒng)等組成 。
3 . 1 煙氣系統(tǒng)
太倉(cāng)保利協(xié)鑫熱電公司實(shí)施脫硫技改的 4臺(tái)鍋爐中 , 1、 2號(hào)爐出口煙氣進(jìn)入 1號(hào)脫硫系統(tǒng) ,凈煙氣經(jīng) 1、 2號(hào)爐煙道排入煙囪; 3號(hào)爐煙氣分別或同時(shí)送入 1號(hào)或 2號(hào)脫硫系統(tǒng); 4號(hào)爐煙氣進(jìn)入 2號(hào)脫硫系統(tǒng) ,凈煙氣經(jīng) 3、 4號(hào)爐煙道排入煙囪 (磚煙道經(jīng)耐酸混凝土防腐處理 )。
3 . 2 濃縮系統(tǒng)
煙氣進(jìn)入冷卻濃縮塔 ,與同向噴淋的濃縮液接觸后 ,煙溫降至 60℃ 左右 ,然后進(jìn)入脫硫塔 ,濃縮液經(jīng)煙氣加熱蒸發(fā)后得以濃縮。當(dāng)濃縮液密度達(dá)到 1 240 kg/m3 左右時(shí) ,由取出液泵抽至硫酸銨回收系統(tǒng)。濃縮塔和脫硫塔之間設(shè)有連通管道 ,可自動(dòng)平衡濃縮塔液位 ,無(wú)需人工調(diào)節(jié)。濃縮塔采用玻璃鱗片防腐 ,噴嘴采用鈷 6合金材料。
3 . 3 吸收系統(tǒng)
脫硫塔吸收系統(tǒng)共設(shè)置 3臺(tái)漿液循環(huán)泵 ,塔內(nèi)設(shè) 3層噴淋。氨液加至第一噴淋層 ,加氨后的脫硫液 pH值控制在 6 . 0～6 . 5之間。第二、 第三噴淋層起到進(jìn)一步脫硫和防止氨逃逸的作用。在噴淋層的上部設(shè)有一層工藝水噴淋 ,主要作用是保持塔內(nèi)液位和減少氨的逃逸。脫硫塔體采用玻璃鱗片防腐 , 噴淋管為 FPR材料 ,噴嘴為鈷 6合金材料。煙氣進(jìn)入脫硫塔后自下向上流動(dòng) ,首先與第一噴淋層的脫硫液反應(yīng)。
在脫硫塔出口處設(shè)置兩級(jí)除霧器 ,阻力降低于 200 Pa,并設(shè)有自動(dòng)清洗系統(tǒng)。除霧器系統(tǒng)的煙氣水分設(shè)計(jì)值為低于 75mg/m3 (本文煙氣量均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值 )。除霧器沖洗周期為每 8 h沖洗 1min。吸收系統(tǒng)按吸收與氧化一體化設(shè)計(jì) (亞硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 20%左右 ) ,氧化空氣由 2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)提供。氧化空氣經(jīng)設(shè)置在脫硫塔底部的曝氣器鼓出 ,細(xì)小氣泡均勻分散到脫硫液中 ,將脫硫液中的亞硫酸銨和亞硫酸氫銨氧化成硫酸銨。
3 . 4 回收系統(tǒng)
來(lái)自脫硫取出液泵的硫酸銨濃縮液 ,首先進(jìn)入濃縮進(jìn)料槽 ,再進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器。在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi) , 硫酸銨料液經(jīng)高溫蒸汽加熱而蒸發(fā) ,產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)真空系統(tǒng)噴淋冷卻成水后進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用。由于蒸發(fā)器為負(fù)壓運(yùn)行 ,硫酸銨料液在低于沸點(diǎn)條件下蒸發(fā) ,大大降低了蒸汽的耗用量 ,而蒸汽凝結(jié)的疏水則全部回收至疏水箱重復(fù)利用。當(dāng)料液含固量達(dá)到一定程度時(shí) ,將料液放入濃漿槽 ,再由濃漿泵打入冷卻結(jié)晶槽 ,料液的熱量由循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走。晶體完全析出后 ,再用離心機(jī)甩干成為水分小于 415%的硫酸銨。在布置回收系統(tǒng)管線時(shí) ,應(yīng)盡量減少?gòu)濐^數(shù)量 ,同時(shí)在蒸發(fā)濃縮工藝管線上加裝快裝接頭 ,這樣就可以分別用壓縮空氣、 蒸汽、 水進(jìn)行沖洗 ,保證管線的通暢。
3 . 5 供氨系統(tǒng)
供氨泵將 10% ～20%的氨水打入脫硫循環(huán)泵出口管中 ,經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻后進(jìn)入第一噴淋層。加氨流量由供氨泵變頻控制。由于氨水極易揮發(fā) ,對(duì)于卸氨過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)的氨氣 ,采取了將其導(dǎo)入脫硫塔的措施 ,避免了氨氣的浪費(fèi)和環(huán)境污染。
3 . 6 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
脫硫塔進(jìn)、 出口煙道上分別安裝了二氧化硫分析儀 ,用以監(jiān)測(cè)原煙氣和凈煙氣中的二氧化硫 ,在線監(jiān)控脫硫效率和 SO2 排放濃度;在脫硫塔進(jìn)口的原煙氣管道安裝煙塵儀在線監(jiān)測(cè)煙塵;在脫硫塔出口凈煙氣管道上用 NOx 分析儀在線監(jiān)測(cè) NOx 排放濃度。系統(tǒng)按要求自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)和月報(bào) ,并以出口煙氣 SO2濃度為參考指標(biāo)來(lái)調(diào)節(jié)和控制加氨量。
3 . 7 控制系統(tǒng)
本工程采用的 DCS控制系統(tǒng) ,自動(dòng)化控制率為 95%;通過(guò) DCS系統(tǒng)集中控制整個(gè)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行 ,如實(shí)現(xiàn)煙道風(fēng)門聯(lián)鎖、 塔內(nèi)液位聯(lián)鎖、 自動(dòng)加氨、蒸發(fā)結(jié)晶器加熱聯(lián)鎖、 離心機(jī)運(yùn)行監(jiān)控等 ,為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。
4 主要技術(shù)指標(biāo)
太倉(cāng)保利協(xié)鑫熱電公司 1號(hào)、 2號(hào)脫硫系統(tǒng) 168 h運(yùn)行的主要技術(shù)指標(biāo)詳見表 1。 1號(hào)脫硫系統(tǒng)在測(cè)試期間負(fù)荷波動(dòng)大 ,工況不穩(wěn)定 ,造成其凈煙氣中游離氨超過(guò)設(shè)計(jì)值。但從 2 號(hào)脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)可見 ,在鍋爐工況穩(wěn)定的情況下 ,該指標(biāo)完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。
5 存在問(wèn)題及對(duì)策
5 . 1 煙囪防腐
太倉(cāng)保利協(xié)鑫熱電公司的脫硫系統(tǒng)未設(shè) GGH, 脫硫后的煙氣溫度在 50～55℃ 之間 ,且處于濕飽和狀態(tài)。由于煙溫低于結(jié)露溫度 ,雖經(jīng)除霧器處理 ,煙囪內(nèi)壁仍產(chǎn)生較多的水液。水液具有一定的腐蝕性 ,長(zhǎng)期運(yùn)行 ,將會(huì)對(duì)煙囪內(nèi)筒造成腐蝕。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn) ,濕法脫硫后的煙囪鋼內(nèi)筒防腐襯主要有三類:一是防酸腐蝕的內(nèi)襯 ,如玻璃鋼 ( FRP) ,玻璃鱗片等;二是襯薄板 ,即采用耐酸腐蝕的金屬合金板材作內(nèi)襯 ,如鈦板 ( TiCr 2 )等;三是用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱制品粘貼 ,如泡沫玻璃等。由于煙囪內(nèi)襯防腐材料既要能防止脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)濕煙氣的腐蝕 ,又要在脫硫系統(tǒng)故障或檢修時(shí) ,能長(zhǎng)時(shí)間耐 130 ～150℃ 的高溫。就以上幾種材料看 ,第二類和第三類材料能達(dá)到此要求 ,但價(jià)格太高。目前 ,電廠已加強(qiáng)煙囪外表面的監(jiān)測(cè) ,對(duì)比分析煙囪外表面鐵銹的流掛程度 ,準(zhǔn)備在機(jī)組全停期間 , 對(duì)煙囪內(nèi)壁作全面檢查。
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5 . 2 回收系統(tǒng)防堵
當(dāng)硫酸銨溶液達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)后 ,會(huì)析出顆粒狀硫酸銨晶體 ,并極易沉積在設(shè)備或管道的底部。在太倉(cāng)協(xié)鑫熱電公司脫硫系統(tǒng)調(diào)試期間 ,由于系統(tǒng)的不完善和經(jīng)驗(yàn)的缺乏 ,從蒸發(fā)結(jié)晶器到離心機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備、 管道全面發(fā)生嚴(yán)重堵塞 ,導(dǎo)致整個(gè)脫硫系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。我們利用硫酸銨易溶于水的特點(diǎn) ,對(duì)回收系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化控制:
(1)系統(tǒng)改進(jìn)。在安裝輸送硫酸銨過(guò)飽和溶液的管道時(shí) ,減少了彎頭數(shù)量 ,并盡量避免水平布置; 在硫酸銨過(guò)飽和溶液管道上增加了沖洗水接頭 ,當(dāng)發(fā)生堵塞時(shí) ,可以從不同方向?qū)艿肋M(jìn)行沖洗疏通; 蒸發(fā)器的下料口由蒸發(fā)循環(huán)泵入口處改至出口處, 并改用球閥控制;在冷卻結(jié)晶槽底部增加了壓縮空氣吹掃和蒸汽吹掃功能 ,改變冷卻結(jié)晶槽下料管的布置方式 ,從而降低了管道阻力。
(2)優(yōu)化運(yùn)行控制。通過(guò)對(duì)脫硫取出液泵流量、 蒸汽量和蒸發(fā)器放料量的動(dòng)態(tài)控制,使蒸發(fā)器內(nèi)料液的含固量穩(wěn)定在 30%左右 ,從而解決了從蒸發(fā)器到濃漿槽的硫酸銨堵塞問(wèn)題;為了防止硫酸銨在濃漿槽內(nèi)沉降結(jié)塊 ,采取了攪拌器連續(xù)運(yùn)行、 保持濃漿槽低液位和濃漿泵小流量運(yùn)行的方式 ,避免了從濃漿泵出口到冷卻結(jié)晶槽之間管道的堵塞;在運(yùn)行控制上 ,除保持?jǐn)嚢杵鬟B續(xù)運(yùn)行外 ,再在冷卻結(jié)晶槽底部打入壓縮空氣 ,利用壓縮空氣的沖擊力 ,使沉降在椎底的固體硫酸銨懸浮于溶液中 ,解決了冷卻結(jié)晶槽底部的硫酸銨堆積問(wèn)題 ,保證了下料的通暢 ,從而確保離心機(jī)可以均勻地進(jìn)料。
6 結(jié)語(yǔ)
FCL氨法煙氣脫硫工藝技術(shù)成熟、 適用煤種廣、脫硫效率高、 運(yùn)行穩(wěn)定 ,且其副產(chǎn)物是優(yōu)質(zhì)的復(fù)合肥原料 ,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益,可降低脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于實(shí)際運(yùn)行中存在的硫酸銨回收系統(tǒng)堵塞問(wèn)題 ,可通過(guò)對(duì)回收系統(tǒng)的合理改進(jìn)和采取優(yōu)化運(yùn)行控制等措施來(lái)解決。
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