小型循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫?qū)嵗龖?yīng)用
摘要：該文闡述了小型循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫工藝的實(shí)例應(yīng)用,分析了爐內(nèi)噴鈣+ 爐后簡易石膏法脫硫工藝機(jī)理,指出了該工藝的缺點(diǎn)和急待解決的問題,提出拓寬脫硫副產(chǎn)物的利用途徑。
關(guān)鍵詞：小型循環(huán)流化床鍋爐,煙氣脫硫,脫硫工藝,實(shí)例應(yīng)用
隨著國家對環(huán)保工作的重視,電廠SO2 排放治理工作被推上日程。當(dāng)前,我國治理排放煙氣中的SO2 工藝種類繁多,但大都是針對大型火力發(fā)電廠的,投資規(guī)模較大,并不適用于小型火力發(fā)電廠。埠村煤礦電廠結(jié)合本廠循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫?qū)嶋H情況,設(shè)計(jì)應(yīng)用了爐內(nèi)噴鈣+ 爐后簡易石膏法脫硫的兩級組合工藝,并在無錫產(chǎn)130tPh 循環(huán)流化床鍋爐做了實(shí)例應(yīng)用。
1 爐內(nèi)噴鈣+ 爐后簡易石膏法脫硫工藝機(jī)理
1. 1 爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝
20 世紀(jì)80 年代,Lurgi 公司開發(fā)了爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床反應(yīng)器脫硫技術(shù)。該技術(shù)的基本原理是在鍋爐爐膛適當(dāng)部位噴入石灰石,起到部分固硫作用,在尾部煙道電除塵器前裝設(shè)循環(huán)流化床反應(yīng)器,爐內(nèi)未反應(yīng)的CaO 隨著飛灰輸送到循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi),通過增濕活化過程進(jìn)行脫硫。該工藝不需重新設(shè)置石灰燒制系統(tǒng),可減少運(yùn)行設(shè)備及燒制石灰?guī)淼沫h(huán)境污染。但該工藝對鍋爐尾部煙道有一定的影響,循環(huán)流化床反應(yīng)器粘結(jié)堵塞嚴(yán)重。對此考慮采用該工藝的前半部分,即爐內(nèi)噴鈣,在鍋爐膛二次風(fēng)管部位噴入石灰石。爐內(nèi)脫硫工藝系統(tǒng)流程如圖1 。
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石灰石的粒徑采用1mm 以下,外購成品,石灰石中氧化鈣的含量為50. 93 % ,氧化鎂的含量為2. 23 %。電廠建有一座粉庫,容量為120m3 ,庫頂設(shè)袋式除塵器。成品石灰石粉采用密封罐車運(yùn)到石灰石粉庫內(nèi)儲存。粉庫下設(shè)一臺出力為6tPh 的給料倉泵,通過管道將石灰石輸送到鍋爐的爐前脫硫劑給料倉內(nèi)。倉下設(shè)上、下兩個(gè)料斗、螺旋輸送機(jī)及相關(guān)的閥門、風(fēng)機(jī)組成的連續(xù)給料裝置與二次風(fēng)管相連送入爐膛, 系統(tǒng)出力為 0～4 tPh。根據(jù)實(shí)際需要的流量來調(diào)整單管螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)石灰石粉加入量調(diào)節(jié),以保證脫硫效率。根據(jù)試驗(yàn),當(dāng)CaPS 摩爾比= 2. 0～2. 5 、運(yùn)行爐溫在 800～950 ℃時(shí),脫硫效率可達(dá)到90 %以上。采用CaPS 摩爾比= 1. 5 時(shí),脫硫效率為65 %。但當(dāng)石灰石粉添加量過大時(shí),可能對尾部煙道過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器造成一定的影響。下關(guān)電廠在采用此工藝時(shí),鍋爐效率下降了0. 66 % ,因此,僅依靠此工藝不能達(dá)到預(yù)期治理效果,還要與簡易石膏法脫硫工藝相結(jié)合。
1. 2 簡易石膏法脫硫工藝
簡易石膏法脫硫工藝是將Ca (OH) 2 和水混合后, 用噴嘴將石灰乳霧化噴入循環(huán)吸收塔內(nèi),在噴水增濕的條件下進(jìn)行脫硫。脫硫工藝系統(tǒng)主要由石灰粉輸送、石灰漿制漿、煙氣脫硫及再循環(huán)、脫硫灰(副產(chǎn)品) 輸送等部分組成。該工藝系統(tǒng)相對濕式石膏法較簡化,使用維護(hù)便捷,脫硫效率雖不及濕式石膏法,但與爐內(nèi)噴鈣相結(jié)合后,脫硫效率亦能達(dá)到95 %以上,可以滿足《火電廠大氣排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223 - 2003) 要求。本系統(tǒng)安裝在鍋爐引風(fēng)機(jī)出口,保留直通煙道。
脫硫塔位于原有煙道的一側(cè)。在脫硫塔進(jìn)出口上安裝煙道風(fēng)門,以便于脫硫系統(tǒng)的維護(hù)和檢修。
脫硫裝置正常運(yùn)行時(shí),煙氣經(jīng)過電除塵器后進(jìn)入脫硫塔,從脫硫塔底部以一定的流速上升,在上升過程中與脫硫塔頂部噴下的石灰漿霧充分接觸,經(jīng)過系列物理化學(xué)反應(yīng),完成煙氣中SO2 的脫除過程。除去SO2 的潔凈煙氣經(jīng)兩層除霧器脫水,從脫硫塔頂部煙道進(jìn)入煙氣增溫裝置進(jìn)行熱交換,約80 ℃的潔凈煙氣排入煙囪。除霧器定期用新鮮水池中的水噴淋清洗,噴淋水進(jìn)入底部循環(huán)液。
脫硫塔的下面設(shè)一循環(huán)槽,用于存儲滿足脫硫要求的循環(huán)液。循環(huán)液一方面由循環(huán)泵洗滌煙氣脫除 SO2 ,另一方面, 在循環(huán)槽內(nèi)完成CaSO3 ·1P2 H2O 到 CaSO4·2 H2O 的強(qiáng)制氧化過程,經(jīng)固液分離后,副產(chǎn)品以石膏成份外運(yùn)綜合利用。
脫硫用石灰粉外購存放在料倉內(nèi),經(jīng)料倉下面的計(jì)量裝置落入熟化器中,配制成濃度為30 %的石灰漿, 自流入配送槽中,加水稀釋至8 %～10 %。配制好的漿液由水泵輸送到循環(huán)槽,保持循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液的PH 值恒定在一定范圍內(nèi)。
系統(tǒng)設(shè)置旁路擋板門,當(dāng)鍋爐啟動、進(jìn)入FGD 的煙氣超溢和FGD 裝置故障停運(yùn)時(shí),煙氣由旁路擋板經(jīng)煙囪排出。簡易石膏法脫硫工藝流程如圖2 。
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2 經(jīng)濟(jì)效益分析
(1) 該套設(shè)施投資473 萬元,根據(jù)國內(nèi)35tPh 以上工業(yè)鍋爐脫硫裝置經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì),我國現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)鍋爐煙氣脫硫凈化裝置,其單位投資在300～400 元P kWh ,僅此一項(xiàng)就節(jié)省投資300 余萬元。
(2) 按照燃煤含硫量2. 5 %計(jì)算,該套設(shè)施脫除1 t SO2 費(fèi)用為281. 65 元,而國內(nèi)35 tPh 以上工業(yè)鍋爐脫硫裝置經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)顯示脫除1 t SO2 運(yùn)行費(fèi)用在400 元左右。SO2 年脫除量約5000 t 左右,可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用 (400 - 281. 65) ×5000 = 59. 175(萬元) 。
3 工藝存在缺點(diǎn)和急待解決的問題
(1) 壓力降問題。循環(huán)流化床的壓力降由循環(huán)流化床的結(jié)構(gòu)、氣體流速和床內(nèi)固體顆粒物的質(zhì)量濃度三部分決定。由于工藝的需要, 其壓力降一般很大 (1500 ～2500Pa) 。一般現(xiàn)有電廠引風(fēng)機(jī)的壓頭余量難以克服如此大的壓降,需要增加新的脫硫風(fēng)機(jī)。高的壓力損失還使得運(yùn)行費(fèi)用有所增加;另外,由于反應(yīng)塔內(nèi)大量物料不斷湍動,反應(yīng)塔壓力降有較大波動。
(2) 需要高品位的石灰作為脫硫劑。我國石灰的供應(yīng)尚存在品位低、質(zhì)量不穩(wěn)定、供應(yīng)量不足、供應(yīng)源分布不均、價(jià)格過高等缺陷。
(3) 脫硫副產(chǎn)品的利用途徑單一,需要開發(fā)新的利用途徑。
4 今后發(fā)展的建議
拓寬脫硫副產(chǎn)物的利用途徑。在歐洲,脫硫副產(chǎn)物已被廣泛地應(yīng)用在許多領(lǐng)域,如水泥、墻體建筑材料、粘合劑、植物肥料等,可以在此基礎(chǔ)上發(fā)展我國的脫硫副產(chǎn)品綜合利用技術(shù)。
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