電廠脫硫是怎么回事

【專家解說(shuō)】：簡(jiǎn)易脫硫除塵一體化技術(shù)方案的研究及其應(yīng)用 　國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)電力的需求越來(lái)越大。我國(guó)電力構(gòu)成以煤電為主，因此煤炭消耗量及二氧化硫排放量也迅速增加。隨著我國(guó)環(huán)保事業(yè)的不斷發(fā)展和環(huán)保法規(guī)的不斷完善，國(guó)家對(duì)二氧化硫排放提出更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，火電廠逐步采取脫硫措施已勢(shì)在必行，這將是今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)的重點(diǎn)治理對(duì)象。 　　目前對(duì)于控制二氧化硫排放污染，國(guó)外已積累了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，但是由于財(cái)力、物力有限，引進(jìn)這些先進(jìn)的工藝和設(shè)備，工程投資和運(yùn)行費(fèi)用都非常昂貴。我們必須結(jié)合國(guó)情和網(wǎng)情，在消化吸收國(guó)內(nèi)外各種脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，尋求以簡(jiǎn)單、高效，既滿足環(huán)保要求，又減少投資和運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)的脫硫方案。 　　針對(duì)東北電網(wǎng)所屬火電廠煤質(zhì)含硫量低，濕式除塵器多的特點(diǎn)，我們經(jīng)過(guò)大量調(diào)查研究和比較，提出并論證了簡(jiǎn)易脫硫除塵一體化技術(shù)方案，以赤峰熱電廠6號(hào)爐作藍(lán)本進(jìn)行了可行性研究和初步設(shè)計(jì)。該方案以爐內(nèi)噴鈣和尾部濕式除塵器改造為核心，在降低二氧化硫排放的同時(shí)兼顧減少粉塵排放，從而達(dá)到污染物排放全面達(dá)標(biāo)的目標(biāo)。 1　脫硫工藝比較　　從理論上講，降低燃煤產(chǎn)生的SOx排放主要有3個(gè)途徑：原煤爐前處理和凈化技術(shù)；爐內(nèi)燃燒中脫硫；燃燒后的煙氣脫硫。燃燒前脫硫是采用物理、化學(xué)或生物方法將煤中硫脫除，投資大、成本高，尚未推廣應(yīng)用。燃燒中脫硫是指燃燒與脫硫同時(shí)進(jìn)行，作為最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)便的工藝，隨著近年來(lái)的不斷改進(jìn)，正愈來(lái)愈受到重視。燃燒后的煙氣脫硫被認(rèn)為是運(yùn)行可靠、脫硫效率最高的方法，屬于比較成熟的工業(yè)化方法，但因昂貴的投資和運(yùn)行費(fèi)用而在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。要對(duì)各種脫硫工藝進(jìn)行綜合評(píng)估和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較是相當(dāng)困難的，因此在選擇時(shí)，需要參考別人經(jīng)驗(yàn)，更需要根據(jù)本國(guó)本地情況對(duì)脫硫方案進(jìn)行綜合評(píng)估。表1列出了幾種較成熟的脫硫技術(shù)粗略比較。從比較結(jié)果看，LIFAC工藝更為適合東北電網(wǎng)脫硫的實(shí)際情況和要求。2　簡(jiǎn)易脫硫除塵一體化方案2.1　東北電網(wǎng)火電廠概況 　　經(jīng)過(guò)調(diào)查，東電直屬火電廠有2個(gè)特點(diǎn)：煤質(zhì)含硫量低，平均為0.68%，個(gè)別大于1%，煙氣中SO2含量約為700×10-6～800×10-6，脫硫效率達(dá)到50%以上即可滿足環(huán)保要求；濕式除塵器多，出口煙溫較低(60～90 ℃)，煙氣濕度大(水分約10%～15%)，除塵效率低。因此，在確定煙氣脫硫方案時(shí)，既要考慮到煤質(zhì)特點(diǎn)，又要兼顧濕式除塵器，把脫硫和除塵問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，力求全面達(dá)標(biāo)，這對(duì)當(dāng)前面臨的老電廠環(huán)保改造問(wèn)題具有實(shí)際意義。表1　　脫硫技術(shù)綜合比較脫硫方案濕法煙氣脫硫噴霧干燥法循環(huán)流化床 干法煙氣脫硫爐內(nèi)噴鈣/尾部 增濕(LIFAC)裝置占電站總投資/%12～2515126～8脫硫效率/%Ca/S=1.5Ca/S=1.5～1.8Ca/S=1.1～1.5Ca/S=1.5～2.0　≥9080～9090～9760～80運(yùn)行費(fèi)用較高中等較低較低適用范圍(1)中、高硫煤；(2)用于電廠改造困難較大的情況(1)中、低硫煤；(2)條件適合時(shí)可用于現(xiàn)有電廠改造(1)中、高硫煤；(2)條件適合時(shí)可用于現(xiàn)有電廠改造(1)中、低硫煤；(2)適用于300 MW以下機(jī)組電廠改造脫硫后煙氣溫度低于露點(diǎn),再熱可控,不需再熱可控,不需再熱可控,不需再熱占地面積大大小小負(fù)荷變化適應(yīng)范圍/%0～10040～10040～1000～100技術(shù)成熟性完全成熟近期已近成熟有示范機(jī)組已接近成熟目前國(guó)際應(yīng)用情況占實(shí)際的90%占6%～7%　有一定應(yīng)用 2.2　LIFAC工藝特點(diǎn)及適用范圍 　　(1)適用于燃用含硫量為0.6%～2.5%煤種，300 MW以下鍋爐脫硫。在Ca/S為1.5～2.0，采用再循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，總脫硫效率為70%～90%。 　　(2)具有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外已正式投入商業(yè)運(yùn)行，根據(jù)經(jīng)濟(jì)比較分析，LIFAC設(shè)備投資為濕法脫硫的32%，運(yùn)行費(fèi)用在各類脫硫方案中最低。 　　(3)占地面積小，適于改造現(xiàn)有運(yùn)行電廠。 2.3　脫硫方案提出 　　鑒于上述特點(diǎn)，在老廠改造工程中，對(duì)于配置靜電除塵器的電廠，在場(chǎng)地條件允許時(shí)，可直接采用LIFAC工藝。對(duì)于配置濕式除塵器的電廠，在LIFAC工藝的基礎(chǔ)上加以改造，把濕式除塵器改造成濕式脫硫設(shè)備，使之既除塵又脫硫，從而提出煙氣脫硫的新工藝：脫硫除塵一體化方案。該方案以爐膛噴鈣作為一級(jí)脫硫，將煙氣增濕作為二級(jí)脫硫，實(shí)現(xiàn)脫硫與除塵的集成，減小占地面積，總脫硫效率可達(dá)60%～80%，工藝流程見(jiàn)圖1，簡(jiǎn)述如下： 　　第1階段，一定細(xì)度的石灰石粉(CaCO3)被送入鍋爐爐膛內(nèi)溫度950～1 150 ℃的區(qū)域。CaCO3受熱后分解生成CaO和CO2，煙氣中部分SO2和幾乎全部SO3與CaO反應(yīng)生成硫酸鈣CaSO4，脫硫效率為20%～30%，反應(yīng)方程式為： 圖1　脫硫除塵一體化方案流程簡(jiǎn)圖　　第2階段，即爐后增濕活化階段。LIFAC工藝在空氣預(yù)熱器和電除塵器間安裝增濕反應(yīng)器，煙氣流經(jīng)過(guò)時(shí)被噴水增濕。為充分利用現(xiàn)有設(shè)備和場(chǎng)地條件，節(jié)約投資，本方案中不安裝反應(yīng)器，而是設(shè)計(jì)直接用文丘里濕式除塵器來(lái)完成尾部增濕活化功能。煙氣中未反應(yīng)的CaO與水反應(yīng)生成在低溫下具有很高活性的Ca(OH)2，同剩余SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣，部分被氧化成硫酸鈣，形成穩(wěn)定的脫硫產(chǎn)物，脫硫效率可達(dá)30%～40%，反應(yīng)方程式為：2.4　技術(shù)論證 　　為保證整個(gè)脫硫裝置高效運(yùn)行，從系統(tǒng)脫硫效率的影響因素出發(fā)，重點(diǎn)考慮幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題并予以解決。 2.4.1　爐膛噴射石灰石的位置和顆粒度 　　根據(jù)脫硫反應(yīng)機(jī)理要求，應(yīng)在爐膛燃燒器上方溫度為950～1 150 ℃的范圍內(nèi)噴射石灰石粉，才能確保爐內(nèi)脫硫效率，防止石灰石欠燒和過(guò)燒。同時(shí)作為改造工程，要避免對(duì)水冷壁做較大改動(dòng)。為此，采用三維流動(dòng)及燃燒數(shù)值計(jì)算軟件包對(duì)不同負(fù)荷下?tīng)t內(nèi)溫度分布進(jìn)行了模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爐內(nèi)火焰溫度實(shí)測(cè)結(jié)果，確定了合適的噴鈣區(qū)域。要求石灰石品位達(dá)到CaCO3含量超過(guò)90%，制粉系統(tǒng)應(yīng)確保80%以上的石灰石粉顆粒尺寸小于40 μm。 2.4.2　Ca/S的影響 　　國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果表明：系統(tǒng)的脫硫效率隨Ca/S的增加而增加，但在Ca/S≥2以后，脫硫效率的增加不顯著?？紤]到尾部增濕活化階段的脫硫作用，以及系統(tǒng)脫硫效率不要求太高，在脫硫改造中可選取Ca/S為2或略小于2為宜。 2.4.3　鈣粉氣力輸送系統(tǒng) 　　既要確保鈣粉以足夠的速度噴入爐膛，以便在爐內(nèi)與煙氣充分混合，又要盡量減輕管道磨損并減少送入爐內(nèi)的冷空氣量，以免對(duì)爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生不利影響。根據(jù)爐膛噴射和管道輸送的要求，合理設(shè)計(jì)噴口尺寸和結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)輸送系統(tǒng)空氣動(dòng)力計(jì)算軟件，確定了氣力輸送系統(tǒng)的阻力和通風(fēng)量，從而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件合理布置管道和選擇設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2.4.4　對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響 　　爐內(nèi)添加固體吸收劑后，灰量增加，灰的物理和化學(xué)特性也發(fā)生了變化，可能會(huì)帶來(lái)爐內(nèi)受熱面沾污和結(jié)渣加重等問(wèn)題。對(duì)此國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有一致的意見(jiàn)。近年來(lái)，國(guó)外的理論和試驗(yàn)研究結(jié)果以及國(guó)內(nèi)外脫硫工程的實(shí)際運(yùn)行情況都表明：爐內(nèi)噴鈣后在爐壁和熱交換面上形成的沉積物較為松軟，很容易用常規(guī)的吹灰器清除掉。噴鈣前后鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)無(wú)明顯變化，脫硫?qū)﹀仩t運(yùn)行影響不大。 2.4.5　濕式除塵器脫硫改造 　　到達(dá)濕式除塵器的脫硫灰中含有部分未反應(yīng)CaO，遇水生成Ca(OH)2，因此可回收重新利用。可分別在文丘里管和捕滴器內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫硫功能，在文丘里管喉部噴入水或石灰漿吸收劑(根據(jù)系統(tǒng)脫硫效率要求而定)，并在捕滴器內(nèi)設(shè)置再循環(huán)系統(tǒng)，增加液/氣比率，從而提高吸收劑利用率和脫硫效率，除塵效率也相應(yīng)有所提高。相應(yīng)改造主要包括：文丘里噴嘴的設(shè)計(jì)和布置，既要防止噴水粘壁效應(yīng)，又要保證液滴與煙氣良好均勻混合，以保證良好的霧化效果；捕滴器濕段改造，旋流噴嘴的設(shè)計(jì)及其定位，使捕滴器成為具有噴淋塔功能的二次吸收塔；捕滴器出口段加裝葉片式導(dǎo)流器和除霧器，用來(lái)除去煙氣在洗滌過(guò)程中帶出的水霧；控制再循環(huán)系統(tǒng)中灰漿濃度和pH值，保證系統(tǒng)除塵脫硫效率，防止設(shè)備結(jié)垢、堵塞和腐蝕。整個(gè)改造要保證不過(guò)分增加阻力，減少煙氣帶水，以免影響引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。 2.4.6　增濕活化對(duì)溫度的要求 　　濕式除塵器的煙氣進(jìn)口溫度一般為130～150 ℃，噴水會(huì)降低煙溫。增濕活化脫硫反應(yīng)要求煙氣溫度越接近露點(diǎn)越好，但不應(yīng)引起引風(fēng)機(jī)結(jié)露，需要解決設(shè)備安全運(yùn)行和提高脫硫效率間的矛盾。控制除塵器出口煙溫的關(guān)鍵在于控制噴水量，噴水量與煤的含硫量、Ca/S、煙氣進(jìn)口溫度及當(dāng)時(shí)煙氣露點(diǎn)等參數(shù)有關(guān)。為保證最佳噴水量，需要配備微機(jī)控制系統(tǒng)，以便根據(jù)運(yùn)行參數(shù)控制除塵器出口煙溫，通常在80 ℃以上。3　脫硫除塵的綜合治理　　按照國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，配水膜除塵器的老機(jī)組粉塵排放普遍不合格，必須改造。實(shí)施上述脫硫方案，噴入的鈣粉又進(jìn)一步增加了灰量。因此，使脫硫方案與除塵改造有機(jī)結(jié)合，達(dá)到全面綜合治理的目標(biāo)，是人們最為關(guān)注的問(wèn)題。 　　全面考慮改造技術(shù)的難易程度和資金投入等因素，采用水膜除塵器串聯(lián)一或二電場(chǎng)電除塵器的改造方案作為簡(jiǎn)易一體化脫硫改造的配套工程。該方案簡(jiǎn)單易行，既顯著提高除塵效率，又節(jié)省大量資金，還保留了濕式除塵器的脫硫功能。與燃燒產(chǎn)生的粉塵量相比，脫硫產(chǎn)物的生成量是比較小的，對(duì)電除塵器影響不大。同時(shí)，濕式除塵器的增濕，能夠改善煙氣性質(zhì)，降低粉塵比電阻，對(duì)改善后面電除塵器的總體工作性能是有利的，主要表現(xiàn)在以下方面： 3.1　煙氣溫度 　　飛灰比電阻值偏高，是影響電除塵器效率的關(guān)鍵因素，如何提高高比電阻灰的電除塵效率是一大難題。飛灰比電阻與煙氣溫度有關(guān)，其峰值根據(jù)煤灰特性出現(xiàn)在121～232 ℃之間，在232 ℃以上時(shí)，飛灰的比電阻與絕對(duì)溫度成反比，與煙氣成份無(wú)關(guān)；而在低于121 ℃時(shí)，飛灰比電阻與絕對(duì)溫度成正比，并與煙氣的濕度和其它成份有關(guān)。 　　空氣預(yù)熱器出口約150 ℃的煙氣流經(jīng)文丘里水膜除塵器后，煙氣溫度降至70～100 ℃。與電除塵器直接作為除塵設(shè)備相比，鍋爐排煙容積縮小約1/6，有助于降低電除塵器造價(jià)。煙氣溫度偏離飛灰比電阻峰值所對(duì)應(yīng)的溫度范圍，比電阻值降低，電除塵效率提高。 3.2　煙氣濕度 　　根據(jù)粉塵比電阻隨溫度和濕度的變化而發(fā)生改變的原理，常用煙氣增濕處理的方法進(jìn)行煙氣調(diào)質(zhì)。通常直接向煙氣中噴入水或蒸汽，具體實(shí)施是在電除塵器前特制增濕塔中進(jìn)行，處理比較經(jīng)濟(jì)，技術(shù)上較為成熟，國(guó)內(nèi)外采用較多。特別是在水泥干法窯電除塵器上普遍采用這一方法，現(xiàn)在國(guó)際上帶增濕塔的臥式電除塵器已成為現(xiàn)代化水泥廠不可缺少的組成部分。 　　在脫硫除塵一體化方案中，水膜除塵器起到增濕塔的作用。煙氣通過(guò)文丘里水膜除塵器后，含水量增加，粉塵比電阻隨溫度的降低和濕度的增大而降低。對(duì)遼寧發(fā)電廠15號(hào)爐文丘里水膜除塵器入口和出口的飛灰比電阻進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，最終測(cè)試結(jié)果為：入口在1011～1012 Ω.cm范圍波動(dòng)；出口在108～109 Ω.cm范圍波動(dòng)。 　　可見(jiàn)，在濕式除塵器后，飛灰比電阻值明顯降低，且恰好處于電除塵器處理粉塵的最佳比電阻范圍內(nèi)，對(duì)改善電除塵器性能十分有利。但要注意嚴(yán)格控制水膜除塵器出口煙溫和濕度，防止電除塵器電極系統(tǒng)及殼體腐蝕。 3.3　煙氣含塵濃度 　　以水膜除塵器作為電除塵器前的預(yù)除塵器，能夠顯著降低電除塵器入口煙氣的含塵濃度，是克服電暈閉塞現(xiàn)象的有效措施，有助于提高電除塵器效率。4　赤峰熱電廠6號(hào)爐初步設(shè)計(jì)　　以赤峰熱電廠6號(hào)爐為藍(lán)本，進(jìn)行了簡(jiǎn)易脫硫除塵一體化技術(shù)方案的可行性研究和初步設(shè)計(jì)。 4.1　設(shè)備規(guī)范 　　鍋爐型號(hào)為BG-130/39-M4，投產(chǎn)日期1989年1月，額定蒸發(fā)量130 t/h，設(shè)計(jì)排煙溫度145 ℃。燃煤特性見(jiàn)表2。表2　　燃煤特性元素名稱符號(hào)設(shè)計(jì)煤種校核煤種碳/%Car36.2533.40氫/%Har2.762.39氧/%Oar9.878.10氮/%Nar0.470.45硫/%Sar0.941.53灰份/%Aar26.2423.20水份/%War23.4830.95揮發(fā)份/%Vdaf45.0746.13低位發(fā)熱量 /kJ.kg-1Qnet,ar13 03112 594 4.2　初步設(shè)計(jì)方案 　　設(shè)計(jì)中全面考慮了排放標(biāo)準(zhǔn)、場(chǎng)地條件、吸收劑的價(jià)格和可用性以及技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題，以保證系統(tǒng)脫硫效果，避免影響鍋爐正常安全運(yùn)行。 4.2.1　整套裝置的工藝流程主要包括以下系統(tǒng)：吸收劑(石灰石粉)制備系統(tǒng)；爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)；爐后煙氣增濕活化系統(tǒng)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)。主要工作包括：確定石灰石礦源和品位；準(zhǔn)確進(jìn)行空氣動(dòng)力計(jì)算；優(yōu)化氣力輸送系統(tǒng)；完成制粉設(shè)備的選型和管道布置；合理設(shè)計(jì)爐膛噴射系統(tǒng)；進(jìn)一步改造文丘里濕式除塵器以及系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控和連鎖保護(hù)等。裝置的連接布置是按6號(hào)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)空間場(chǎng)地配置，從實(shí)地考察來(lái)看，現(xiàn)有空間位置能夠容納。 4.2.2　石灰石在爐內(nèi)的煅燒屬于吸熱分解反應(yīng)，需要大約1 396 kJ/kg的熱量，而相應(yīng)的硫化反應(yīng)所釋放的熱量，恰好可以彌補(bǔ)上述熱量的損失。同時(shí)，噴入鈣粉必然對(duì)鍋爐爐內(nèi)燃燒、傳熱等方面產(chǎn)生影響，降低鍋爐效率?？紤]噴入的鈣粉和輸送介質(zhì)（冷空氣），對(duì)鍋爐熱力計(jì)算軟件進(jìn)行了修改，重新計(jì)算，結(jié)果表明：噴鈣后同噴鈣前相比，鍋爐效率的降低不超過(guò)0.3%，影響不大。 4.2.3　鈣硫比是影響爐內(nèi)噴鈣脫硫效率的重要參數(shù)。鈣硫比越大，爐內(nèi)噴鈣脫硫的效果越好，吸收劑費(fèi)用和灰處理量也越大。本方案中，由于采用了尾部濕式除塵器增濕活化系統(tǒng)，提高了吸收劑的利用率和脫硫效率，因而鈣硫比不必選擇過(guò)高，選取1.5較為合適，既能保證脫硫效果，又不過(guò)分增加灰量。 4　結(jié)論 　　綜上所述，簡(jiǎn)易脫硫除塵一體化技術(shù)方案具有花錢(qián)少、效率較高、方法簡(jiǎn)便、切實(shí)可行、擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。從工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)分析，該工藝方案配套串聯(lián)電除塵器改造，能夠全面實(shí)現(xiàn)二氧化硫和粉塵排放的全面達(dá)標(biāo)，適合于現(xiàn)有配備濕式除塵器的200 MW及以下機(jī)組的環(huán)保改造。對(duì)于配備電除塵器的機(jī)組，可直接安裝增濕反應(yīng)器構(gòu)成LIFAC工藝，同樣能夠達(dá)到期望的脫硫效果。根據(jù)環(huán)保要求，按目前的污染物排放總量，新擴(kuò)建火電機(jī)組將受到限制。采用簡(jiǎn)易脫硫除塵一體化工藝，按脫硫效率50%考慮，可以騰出可觀的環(huán)保容量，對(duì)電網(wǎng)長(zhǎng)遠(yuǎn)建設(shè)具有重要意義。 我的網(wǎng)站 http://xzstdggsyxgs.wanye68.com