350MW超臨界機組電石渣-石膏濕法脫硫技術的應用分析

大氣網(wǎng)訊:摘要

電石渣石膏濕法脫硫技術的應用一方面避免了電石渣造成的環(huán)境污染，另一方面實現(xiàn)了電廠的節(jié)能降耗。通過內(nèi)蒙古350MW機組電石渣-石膏濕法脫硫技術的實際應用，對電石渣-石膏濕法脫硫技術pH值及SO2排放的控制、漿液循環(huán)泵運行情況以及該技術的經(jīng)濟性等進行分析，結果表明：采用電石渣-石膏濕法脫硫技術后，SO2的排放并未受到顯著影響，漿液pH值則有顯著提高，漿液使用量將更低；此外，漿液循環(huán)泵的運行臺數(shù)及時長也有明顯減少，降低了電廠用電電耗，顯著提升了經(jīng)濟性。因此，電石渣-石膏濕法脫硫技術在350MW超臨界直流爐機組中的應用是有價值的。

引言

電石渣是電石水解后的廢棄物之一，目前國內(nèi)諸多大、中型化工企業(yè)均有大量的電石渣產(chǎn)生。其主要成分為Ca(OH)2，同時還含有硫化物、SiO2、Al2O3、Fe2O3等多種雜質(zhì)，不同產(chǎn)地的電石渣雜質(zhì)含量存在一定差異。據(jù)估計，我國每年有數(shù)百萬噸的電石渣露天堆放，并且逐年增加，一方面占據(jù)了寶貴的土地資源，另一方面造成了土壤鹽堿化。而電石渣中Ca(OH)2等確保了它作為電廠煙氣脫硫的可能性，因此利用電石渣代替石灰石進行濕法脫硫，既可以提升經(jīng)濟性，達到節(jié)能降耗的目的，又可以減少石灰石開采量，降低環(huán)境污染，達到保護環(huán)境的目的。

目前，電石渣脫硫技術已經(jīng)在浙江巨化集團、國電泉州發(fā)電有限公司等若干家電廠使用，并取得了一定的效果。國電集團山西太原第一熱電廠于2005年自主研發(fā)電石渣脫硫技術，并在該廠3臺300MW機組上得到了成功應用。內(nèi)蒙古京寧熱電有限責任公司同樣通過采用電石渣作為脫硫劑，使得電廠效益有了一定的提升。但電石渣脫硫技術實際應用中對SO2的排放、漿液的pH值究竟有何影響，影響是否顯著，同時在采用電石渣技術后對電廠經(jīng)濟性提升是否顯著等仍未有明確的定論。因此，本文通過對內(nèi)蒙古某電廠脫硫技術改造前后機組脫硫SO2排放量、漿液pH值以及電廠經(jīng)濟效益的改善對比研究，進一步探討350MW超臨界機組電石渣-石膏濕法脫硫技術的應用對電廠環(huán)保性、經(jīng)濟性的影響，以期為同類型機組電石渣-石膏脫硫技術的應用改造提供一定的參考。

電石渣反應原理以及成分分析

電石渣是以電石為原料生產(chǎn)乙炔的副產(chǎn)物，是一種以Ca(OH)2為主，伴有硅、鐵、鋁、鎂、硫、磷的氧化物或氫氧化物的膏狀物。由于電石渣水溶液呈強堿性，對酸性氣體具有較強的中和能力。同時Ca(OH)2在水中溶解度較小，固體Ca(OH)2微粒從水中逐步析出。整個體系逐步呈現(xiàn)膠體溶液狀態(tài)，微粒逐步合并、凝聚、沉淀，粒子間相互碰撞、擠壓，促使顆粒聚集、長大，從而形成電石渣漿。電石渣漿液為渾濁灰褐色液體，靜置后可形成澄清液、固體積聚(電石渣)和膠體過渡層。其物理性能與石灰石對比分析如表1所示，其中電石渣取自內(nèi)蒙古蒙維科技有限公司，石灰石粉取自京能后勤有限公司。

通過表1可以看出，脫硫劑的有效成分為CaO，電石渣中的CaO比石灰石粉中的CaO高出9.95%，說明同樣脫除單位質(zhì)量SO2，電石渣用量要少于石灰石粉。且根據(jù)電石渣表面積大、活性好和粒徑小等特點，可將其制成優(yōu)良脫硫劑，既可以實現(xiàn)SO2的低排放，又可以實現(xiàn)電石渣的資源化利用。

同樣從表1也可以看出電石渣的酸不溶物比石灰石粉高出0.3%，細度低11.8%，說明電石渣顆粒較粗，且雜質(zhì)較多，容易在吸收塔、漿液箱內(nèi)形成沉淀、積砂現(xiàn)象，并加劇管道的沖刷磨損，也有可能在管道內(nèi)部形成沉積，導致漿液管道堵塞。

電石渣作為脫硫劑對SO2的吸收原理，與石灰石完全相同，都通過Ca(OH)2對SO2進行吸收。吸收原理如下：

從上述反應原理來看，以電石渣作為脫硫劑進行煙氣脫硫是完全可行的。

電石渣-石膏濕法脫硫在電廠應用中的技術分析

內(nèi)蒙古某電廠2x350MW機組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫的方式，采用單塔單循環(huán)，每臺爐配置一座吸收塔，吸收塔直徑為17m，漿液池高11m。每座吸收塔配置4層噴淋層，各設一套旋匯耦合裝置、管束式除塵器；4臺漿液循環(huán)泵，流量均為9000m3/h；4臺攪拌器；石灰石粉倉容積為1254m3，配置一臺石灰石粉倉倉頂布袋除塵器，處理風量為3200m3/h；供漿系統(tǒng)設置2臺容積為400m3的石灰石漿液箱。脫硫系統(tǒng)設計入口SO2濃度為4980mg/m3，脫硫效率為98%。

圖1電石渣用量及其與石灰石粉摻配比例統(tǒng)計

圖1為電石渣用量及其與石灰石粉摻配比例統(tǒng)計。從圖1可看出，自7月24日起，該電廠2號機組開始電石渣粉摻配實驗工作，初步摻配電石渣粉比例為30%；7月28日摻配比例達到60%；8月13日摻配比例接近100%。

2.1石灰石供漿與電石渣粉供漿對比分析

圖2、3分別為2號、1號吸收塔供漿量與漿液pH值變化。通過1號與2號吸收塔供電石渣粉漿液對比試驗，在同樣270MW的工況下，入口SO2在2600mg/m3左右，供漿量調(diào)整到30m3/h，pH值從4.6調(diào)整到5.8，使用電石渣粉漿液用時26min，使用石灰石漿液用時60min，說明電石渣粉漿液的堿性比石灰石粉高，pH值提升效果明顯。經(jīng)過試驗，該電廠最終全部使用電石渣進行濕法脫硫時，可保持最佳運行pH值在5.2-5.5，與理論研究結果相一致，并且完全滿足超低排放要求。

圖2 2號吸收塔供漿量與漿液pH值變化

圖3 1號吸收塔供漿量與漿液pH值變化

2.2漿液循環(huán)泵運行臺數(shù)對比分析

石灰石粉與電石渣粉摻配后漿液循環(huán)泵運行統(tǒng)計如表2所示，可以看出，摻配電石渣粉后，在270-300MW負荷下，當SO2濃度為2300-2700mg/m3時，使用電石渣粉漿液可減少一臺漿液循環(huán)泵，而且供漿量比石灰石漿液少。

表2石灰石粉與電石渣粉摻配后漿液循環(huán)泵運行統(tǒng)計

2.3石灰石漿液、石膏漿液、石膏成分分析

石灰石漿液、石膏漿液、石膏成分分析如表3所示，可以看出，摻配電石渣粉后，與單純采用石灰石脫硫相比，吸收塔漿液各項參數(shù)沒有明顯變化，吸收塔漿液pH值、密度等參數(shù)均符合標準，Cl-未見明顯上漲。吸收塔漿液內(nèi)氧化風量充足，未出現(xiàn)CaSO3增高現(xiàn)象，石膏脫水效果仍可保持良好。

表3石灰石漿液、石膏漿液、石膏成分分析

2.4 SO2排放對比分析

圖4為調(diào)取2號爐電石渣粉摻配之前和電石渣粉摻配之后的出口SO2曲線，可以看出，電石渣粉摻配前后出口SO2曲線沒有明顯變化，說明使用電石渣粉漿液與石灰石粉漿液供漿對控制出口SO2的穩(wěn)定性沒有明顯區(qū)別。

圖5為使用電石渣粉作為脫硫劑時每天出口SO2最大值、最小值、平均值?？梢钥闯?，使用電石渣粉后，出口SO2運行數(shù)據(jù)基本都在超低排放要求以內(nèi)，運行調(diào)整可控。

圖4摻配前后SO2的排放量對比

圖5電石渣粉作為脫硫劑時出口SO2排放情況統(tǒng)計

電石渣在電廠應用中的經(jīng)濟分析

電石渣-石膏濕法脫硫工藝中，經(jīng)濟分析從人員消耗成本、脫硫劑原料成本以及電耗成本3方面綜合展開。

1） 人員成本。

電石渣代替石灰石濕法脫硫方案不需要增加任何額外運維人員，原有配置人員可滿足運行、維護需求。

2）原料成本。

吸收劑來源為電石渣的脫硫工藝，以內(nèi)蒙地區(qū)某熱電為例，雙機運行工況。該電廠每月按完全使用石灰石粉進行濕法煙氣脫硫，理論使用電石渣11608.5t；實際使用電石渣13133t，石灰石粉耗量降低至567.24t，電石渣摻比量近96%，共節(jié)約成本162.5萬元/月(石灰石粉價格按190元/t計算，電石渣價格按36元/t計算)。

3）電耗成本。

內(nèi)蒙地區(qū)該電廠在投運電石渣(雙機)的情況下，漿液循環(huán)泵較石灰石粉脫硫可減少一臺運行，以6臺泵功率值為中間值的3號泵為準，如果減少一臺漿液循環(huán)泵，就可降低月耗電量為886510.76kW/h。同時，投運電石渣后增加的2臺電石渣溶解箱攪拌器月耗電量為10567.1kW/h，電石渣輸送泵月耗電量為11862.28kW/h。綜合分析，采用電石渣(雙機)脫硫后，耗電量節(jié)約成本為86.41萬kW/h/月，按地區(qū)上網(wǎng)電價為0.2829元計算，節(jié)能效益為24.44萬元/月(計算過程中電石渣漿池攪拌器運行時長按24h計算；電石渣漿液輸送泵運行時長按12h計算；節(jié)約電量=漿液循環(huán)泵節(jié)省電量-電石渣漿液制備系統(tǒng)耗電量)。從以上3項分析來看，原料消耗成本降低了162.5萬元/月，電耗成本降低了24.44萬元/月，綜合收益為186.94萬元/月，具有一定經(jīng)濟效益。

電石渣-石膏濕法脫硫在電廠應用中存在的問題及解決措施

4.1電石渣反應迅速，pH值控制難度高

因電石渣粉漿液與SO2反應迅速，電石渣加入脫硫時緩沖作用較石灰石粉差，脫硫過程中容易引起pH值波動和凈煙氣SO2波動，需在初期投運期間摻配石灰石漿液以控制調(diào)整吸收塔pH值，后期逐步通過運行經(jīng)驗摸索電石渣的反應特性和漿液pH值之間的關系。以該電廠為例，全部使用電石渣進行濕法脫硫時，可保持最佳運行pH值在5.2-5.5。

4.2系統(tǒng)部分區(qū)域頻繁堵塞

由于電石渣粉中酸不溶物比例較高，細度較低，電石渣中過量的氧化鐵、碳顆粒會導致石灰石供漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)堵塞停運，電石渣漿液箱攪拌器跳閘現(xiàn)象也時有發(fā)生。針對在各廠摻配試驗期間出現(xiàn)的設備頻繁堵塞問題，需要對相關設備進行改造，降低電石渣粉對設備的影響，同時在電石渣加工設備中增加除鐵器或旋振給料篩，除去電石渣中的氧化鐵，避免設備及管道磨損。最終經(jīng)過設備改造后調(diào)試運行，可將電石渣漿液最佳篩分濃度控制在1120-1150kg/m3之間，并且保持旋振篩運行情況較好，能滿足設備的連續(xù)運行。

4.3電石渣易結垢、結團，石膏結晶氧化控制存在難度

由于電石渣反應速度快、結晶快，因而容易發(fā)生粘壁，在運行中可能會存在一定的粘結。而在實際運行中通過控制電石渣漿液濃度在1120-1150kg/m3，可觀察到電石渣漿液與石灰石漿液脫硫效率相當，并且用之全面替代石灰石漿液進行濕法脫硫時，吸收塔內(nèi)反應產(chǎn)物的氧化和結晶均正常。

4.4安全問題及措施

由于電石渣為制造乙炔的廢料，因此在儲存及制漿過程中會有部分一氧化碳、乙炔、硫化氫等易燃、易爆、有毒氣體，且電石渣粉屬于強堿，在運輸或儲存過程中需要做好防止一氧化碳中毒、乙炔爆炸、強堿燒傷的防護措施。

結論

1）電石渣-石膏濕法脫硫可以顯著提高吸收塔的pH值。全部使用電石渣進行濕法脫硫時，可保持最佳運行pH值在5.2-5.5，并降低了脫硫劑的使用量。

2）與石灰石-石膏濕法脫硫相比，電石渣-石膏濕法脫硫可減少漿液循環(huán)泵運行臺數(shù)，且供漿量明顯降低，降低了電廠用電電耗。

3）電石渣-石膏濕法脫硫中使用電石渣粉漿液與石灰石粉漿液供漿對控制出口SO2的穩(wěn)定性沒有明顯差異。

4）從經(jīng)濟學角度分析，采用電石渣-石膏濕法脫硫后原料消耗成本降低了162.5萬元/月，電耗成本降低了24.44萬元/月，綜合收益可達到186.94萬元/月。