矸石電廠循環(huán)流化床半干法脫硫工藝
摘要:結合矸石電廠環(huán)保改造工程實例,分析了循環(huán)流化床半干法脫硫工藝的原理、流程以及實際效果。
關鍵詞:矸石電廠,循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流程,除塵效率,脫硫效率
西山煤電股份公司矸石電廠,于1995年元月投產(chǎn)發(fā)電,總裝機容量12 MW,年產(chǎn)量7 200萬kW· h,燃用西山煤電股份有限公司太原選煤廠洗選的矸石做為燃料,擔負供熱、發(fā)電的雙重任務。由于脫硫工藝、除塵系統(tǒng)落后已不能滿足國家及地方政府環(huán)保指標的要求, 2007年5月矸石電廠進行了供熱環(huán)保改造工程。拆除原來的三套麻石水膜除塵及一體化脫硫裝置,采用預除塵+半干法脫硫+布袋除塵工藝等先進的自動控制技術,滿足鍋爐煙氣中煙塵、 SO2、NOx 排放標準的要求,并將灰、渣用機械輸送到封閉的灰?guī)、渣倉,集中外運,實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益最大化,以適應環(huán)保要求。
1 循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流程
矸石電廠循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)包括: 預除塵器(采用電除塵,型號為ISC15 - 1 ×3. 7 ×10) 、消石灰倉、脫硫塔、脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)、氣力吹灰系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、脫硫后除塵器(采用布袋除塵,型號為XQ - LCDM /40)及DCS儀表控制系統(tǒng)等。工藝流程,見圖1。
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從鍋爐出來的煙氣首先進入預除塵器即電除塵器,電除塵的主要作用是把煙氣中的大多數(shù)飛灰除掉,其目的還有以下幾個方面: ①防止下游設備因為飛灰?guī)淼哪p; ②降低廢物處理的體積。矸石電廠所用的ISC15 - 1 ×3. 7 ×10型電除塵,除塵效率可達85%。
脫硫塔入口處的布風裝置是為了使預除塵后的煙氣能分布均勻進入,脫硫塔內(nèi)部配置有7個文丘里管,可以使煙氣氣流加速,從而在文丘里管上部形成吸收反應區(qū):一個懸浮的物料床層即所謂的流化床。矸石電廠使用的脫硫劑為消石灰。消石灰從文丘里管的上部加入到脫硫塔內(nèi),與煙氣在吸收反應區(qū)充分混合,文丘里出口的高速氣流作用使這種混合更加充分,更加激烈。另一方面霧化狀態(tài)的冷卻水從文丘里出口擴管段噴入脫硫塔內(nèi),在高溫煙氣作用下充分的蒸發(fā),保證了進入脫硫除塵器中的灰具有良好的流動性,避免了可能出現(xiàn)的循環(huán)灰粘壁現(xiàn)象。另外噴入水霧的目的還有: ①使煙氣溫度迅速降至脫硫反應的最佳溫度(70～80 ℃) ; ②為消石灰和煙氣中的SO2 發(fā)生化學反應提供條件。在消石灰與煙氣充分混合、相互激烈碰撞的過程中,煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF等有害氣體通過化學反應得以脫除。
煙氣和消石灰顆粒在充分混合與反應中共同上升,比較小的粉塵隨煙氣被帶出脫硫塔,大一些的在自重作用下重新返回脫硫塔中,繼續(xù)參加脫硫反應, 這部分煙氣產(chǎn)生回流,形成特別強大的內(nèi)部湍流,從而增加了煙氣與消石灰的接觸時間,使脫硫過程得到了極大的改善,提高了吸收劑的利用率和脫硫效率。當然還有極少部分沒有分解的煙塵中的大顆粒直接落入脫硫塔底部的儲灰斗中排出。同時脫硫塔頂部的煙氣回流裝置又進一步強化了煙氣中固體顆粒物的返回運動,再次提高了脫硫塔內(nèi)的固體濃度, 使得Ca /S比例達到最佳,極大的強化了煙氣與消石灰間的傳質(zhì)、傳熱反應,減少了消石灰的用量。
經(jīng)過反應處理的煙氣從脫硫塔出來后直接進入后除塵器即布袋除塵器中,這部分被布袋除塵器收集的煙氣中包括未反應完的消石灰、反應生成的產(chǎn)物、沒有分解干凈的煙塵等,其中絕大部分通過空氣斜槽重新返回到脫硫塔內(nèi),再次參與脫硫反應。剩余部分進入儲灰倉,借助氣力輸送系統(tǒng)排到灰渣倉。
這樣煙氣多次在脫硫塔和除塵器之間往復循環(huán),增加了吸收劑與煙氣的接觸幾率,延長了塔內(nèi)反應時間,消石灰的作用得以充分發(fā)揮,節(jié)省用量的同時,脫硫效率得以提高。
2 煙氣脫硫的化學反應
煙氣和Ca (OH) 2 (消石灰)在混合與湍動的過程中發(fā)生化學反應,主要方程式如下:
Ca (OH) 2 + SO2 →CaSO3 · 1 2 H2O Ca (OH) 2 + SO3 +H2O→CaSO4 ·2H2O Ca (OH) 2 + 2HCl→CaCl2 + 2H2O Ca (OH) 2 + 2HF→CaF2 + 2H2O Ca (OH) 2 + SO2 + 1 2 O2 →CaSO4 +H2O Ca (OH) 2 +CO2 →CaCO3 +H2O
3 循環(huán)流化床煙氣脫硫除塵系統(tǒng)的控制
主要通過三個相互獨立,互不影響的控制回路實現(xiàn): ①脫硫劑(消石灰)給料量控制。根據(jù)脫硫塔進口SO2 濃度預先設定脫硫劑的給料量,再根據(jù)脫硫塔出口SO2 濃度來微調(diào)脫硫劑的給料量,以確保 SO2 的排放達標。②循環(huán)灰量控制。循環(huán)流化床內(nèi)的固/氣比或固體顆粒濃度是保證其良好運行的重要參數(shù)。沿床高度的固/氣比可以通過沿床高度底部和頂部的壓差△p來表示。循環(huán)倍率越高、固/氣比越大,即固體顆粒濃度越大, 脫硫效率越高, 但床的壓力損失也越大。根據(jù)床底部和頂部的壓差△p 來控制反應器進口的回灰量,將△p控制在一定范圍內(nèi),從而保證床內(nèi)必需的固/氣比,使反應器始終處于良好的運行工況。△p的最大值受制于鍋爐引風機的風壓和運行經(jīng)濟性的考慮。③脫硫塔出口煙溫控制。根據(jù)脫硫塔進口煙溫預先設定噴水量,再根據(jù)脫硫塔出口的煙氣溫度來微調(diào)脫硫塔噴水量,確保水分在吸收塔內(nèi)能夠充分蒸發(fā)、反應器內(nèi)的溫度處于最佳值。對于脫硫反應,溫度越低,脫硫效率越高,但是必須高于煙氣的露點( 15～20 ℃以上) ,以免出現(xiàn)冷凝腐蝕。
4 結語
2007年10 月矸石電廠環(huán)保改造工程結束,循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)正式投產(chǎn)使用。通過9個多月的運行和監(jiān)測證明, 電廠的除塵效率達到 99. 96% ,煙塵排放濃度小于50 mg/m3 ;脫硫效率達到90. 6% ,排放濃度小于400 mg/m3 ;現(xiàn)場觀察看不到任何煙氣從煙囪冒出,林格曼黑度及廢氣排放指標均小于太原市鍋爐煙氣排放最低標準,實現(xiàn)了環(huán)保效益和社會效益的雙豐收。
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