|
干法脫硫工藝技術(shù)分析
饒?zhí)K波1，胡 敏2
(1.廣東省粵電集團(tuán)有限公司,，廣東 廣州 510630,；
2.沙角C電廠，廣東 東莞523908) 摘 要：火電廠排放的二氧化硫形成的酸雨已嚴(yán)重危害人類的生存環(huán)境,，國家強(qiáng)制要求火電廠必須安裝煙氣脫硫裝置,。但是，受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等條件的限制,，必須發(fā)展脫硫率高、系統(tǒng)可利用率高,、流程簡(jiǎn)化,、系統(tǒng)電耗低、投資和運(yùn)行費(fèi)用低的脫硫技術(shù)和工藝,。在這種形勢(shì)下,，干法脫硫工藝應(yīng)運(yùn)而生。為此,，結(jié)合國內(nèi)外目前比較成熟,、大型商業(yè)化運(yùn)行的幾種干法、半干法脫硫工藝,，分析了干法,、半干法脫硫工藝在大型化發(fā)展、控制調(diào)節(jié),、預(yù)除塵器和脫硫除塵器設(shè)置的技術(shù)要點(diǎn),，最后指出干法脫硫工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：煙氣脫硫,；干法脫硫工藝; 技術(shù)要點(diǎn),；前景 Technical analysis of dry flue gas desulphurization methods RAO Subo1，HU Min2
（1.Guangdong Yudean Group Co., Ltd., Guangzhou 510630, China;
2.Shajiao C Power Plant, Dongguan, Guangdong 523908, China） Abstract: The acid rain caused by SO2 emission from thermal power plants has seriously impacted humans living environment, and the installation of flue gas desulphurization (FGD) apparatus has been enforced upon thermal power plants in China. Owing to technoeconomic reasons, however, those FGD techniques featuring high efficiency and availability, simplified procedures and low power consumption,，investments and costs have to be developed, and dry FGD methods arise as a result. This paper describes several dry and semidry FGD methods that are relatively mature and commercially operating on a large scale at home and abroad, and analyzes their technical essentials with respect to macroscale operation, operation control and the configuration of the prededuster and the FGD deduster. The broad application prospects of dry FGD methods are indicated finally. Key words: FGD; dry FGD; technical essentials; prospect 1煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀 世界上煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個(gè)階段： a) 20世紀(jì)70年代,，以石灰石濕法為代表第一代煙氣脫硫。 b) 20世紀(jì)80年代，以干法,、半干法為代表的第二代煙氣脫硫,。主要有噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化（LIFAC）,、煙氣循環(huán)流化床（CFB）,、循環(huán)半干法脫硫工藝（NID）等。這些脫硫技術(shù)基本上都采用鈣基吸收劑,，如石灰或消石灰等,。隨著對(duì)工藝的不斷改良和發(fā)展，設(shè)備可靠性提高,，系統(tǒng)可用率達(dá)到97%,，脫硫率一般為70%～95%，適合燃用中低硫煤的中小型鍋爐 c) 20世紀(jì)90年代,，以濕法,、半干法和干法脫硫工藝同步發(fā)展的第三代煙氣脫硫。 由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的原因,，一些煙氣脫硫工藝已被淘汰,，而主流工藝，如石灰石-石膏濕法,、煙氣循環(huán)流化床,、爐內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化、噴霧干燥法,、氣體懸浮吸收脫硫工藝（GSA）以及改進(jìn)后的NID卻得到了進(jìn)一步的發(fā)展,，并趨于成熟。這些煙氣脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)是：脫硫率高(可達(dá)95%以上),；系統(tǒng)可利用率高,；工藝流程簡(jiǎn)化；系統(tǒng)電耗低,；投資和運(yùn)行費(fèi)用低,。從20世紀(jì)90年代開始，中國先后從國外引進(jìn)了各種類型的脫硫技術(shù),，建成了6個(gè)示范工程項(xiàng)目,，涉及濕法、半干法和干法煙氣脫硫技術(shù),，見表1,。  本文根據(jù)幾種干法、半干法脫硫工藝的基本原理,，對(duì)干法工藝的幾個(gè)重要方面進(jìn)行分析,。
2脫硫塔大型化的要點(diǎn)
2.1盡量使用單塔脫硫 隨著機(jī)組容量的增大,，脫硫塔的直徑也隨著增大。在能使用單塔的情況下,，盡量不要使用雙塔和多塔,，因?yàn)閱我晃账夹g(shù)提高了系統(tǒng)的可靠性和脫硫率，而且初期投資費(fèi)可降低30%～50%,。脫硫副產(chǎn)品回收利用的研究開發(fā),，也拓寬了其商業(yè)應(yīng)用的途徑。 2.2脫硫塔大型化的主要問題 脫硫塔大型化最主要的問題是要保證塔內(nèi)流場(chǎng)中溫度的均勻性和調(diào)節(jié)的靈敏性,?！ ) 塔內(nèi)流場(chǎng)中溫度均勻性的要求 在塔的高度方向的各個(gè)斷面上，各點(diǎn)的溫度趨于一致,，不能有高,、低溫差異太大的情況出現(xiàn)。因?yàn)楦邷靥幍腟O2吸收反應(yīng)效果較差,，高溫時(shí)吸收劑的活性較小,，反應(yīng)溫度與煙氣露點(diǎn)溫度的差值較大（AST），反應(yīng)率就低,；而低溫處,，尤其出現(xiàn)低于露點(diǎn)溫度，即AST＜0時(shí),，容易出現(xiàn)局部的結(jié)露,、粘連和筒壁腐蝕，這就是為什么有些脫硫工藝需要在反應(yīng)塔內(nèi)加裝內(nèi)襯的原因,，其實(shí)，這種情況的危害性較大,，反應(yīng)塔可以通過內(nèi)襯防腐,，但煙氣下游的設(shè)備和煙氣管道卻難以防腐，且花費(fèi)較大,。 b) 脫硫塔調(diào)節(jié)的靈敏性要求 隨著負(fù)荷,、工況的變化，各參數(shù)的負(fù)荷應(yīng)變時(shí)間短,，較少滯后,，使脫硫效率隨著工況的變化而變化，從而保證各種工況下脫硫率穩(wěn)定,。 2.3循環(huán)流化床煙氣脫硫塔 為保證脫硫反應(yīng)塔溫度的均勻性和調(diào)節(jié)靈敏性,，要求塔內(nèi)有良好的傳質(zhì)特性。物料的傳質(zhì)往往比傳熱更重要,，而且能更快達(dá)到更好的效果,，單純的傳熱速度較慢,，而且熱力場(chǎng)有熱力梯度，很難使各點(diǎn)的溫度在短時(shí)間內(nèi)很均勻,，利用循環(huán)流化床的原理而設(shè)計(jì)的脫硫塔,，在這一方面比較能夠達(dá)到這一要求，它使反應(yīng)塔內(nèi)的傳熱傳質(zhì)非常強(qiáng)烈,。 2.3.1循環(huán)流化床脫硫塔的特點(diǎn) 根據(jù)循環(huán)流化床原理而設(shè)計(jì)制造的脫硫反應(yīng)塔,，其煙氣進(jìn)入反應(yīng)塔底部時(shí)，塔內(nèi)文丘里的加速,，將噴入塔內(nèi)的吸收劑和循環(huán)回流的物料吹起,，形成沸騰床體，氣體和物料無論處于流化床的過渡段還是穩(wěn)定段,，都處于強(qiáng)烈的紊流狀態(tài),，物料之間的碰撞、摩擦,、反應(yīng),、傳熱等物理化學(xué)過程非常強(qiáng)烈，任何工況變化所引起的波動(dòng)都會(huì)在這個(gè)強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)狀態(tài)下迅速達(dá)到新的平衡,。這樣,，布置在塔頂?shù)臏囟葴y(cè)點(diǎn)產(chǎn)生假信號(hào)或幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度信號(hào)不一致而使控制系統(tǒng)無法及時(shí)進(jìn)行各種物料的調(diào)節(jié)的可能性大為減少，同時(shí)也使脫硫設(shè)備出現(xiàn)低溫,、結(jié)露,、腐蝕的概率大為減少。 2.3.2回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫塔的特點(diǎn) 尤其是德國WULFF公司的回流式煙氣循環(huán)流化床（RCFB）,，其獨(dú)特的流場(chǎng)和塔頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，在RCFB吸收塔中，煙氣和吸收劑顆粒的向上運(yùn)動(dòng)中會(huì)有一部分因回流（Reflux）而從塔頂向下返回塔中,。這股向下的回流固體與煙氣的方向相反,，而且，它是一股很強(qiáng)的內(nèi)部湍流,，從而增強(qiáng)了煙氣與吸收劑的接觸時(shí)間,。實(shí)際上可以認(rèn)為這是一種與外部再循環(huán)相似的內(nèi)部再循環(huán)。在內(nèi)部再循環(huán)的作用下,，RCFB工藝的脫硫效率得到了優(yōu)化,。也許很多脫硫工藝都很難避免腐蝕情況的出現(xiàn)，但這種概率和趨向則可以把握,。 2.4脫硫塔內(nèi)煙氣濕度的控制 溫度的控制,，實(shí)質(zhì)上是對(duì)煙氣濕度的控制。脫硫工藝中,，煙氣的濕度對(duì)脫硫效率的影響很大,。例如爐內(nèi)噴鈣尾部增濕工藝,，其爐內(nèi)噴鈣脫硫效率為25%～35%，尾部增濕效率為40%～50%,，總效率為75%左右,，這說明了煙氣濕度對(duì)脫硫效率的影響。在相對(duì)濕度為40%～50%時(shí),，消石灰活性增強(qiáng),，能夠非常有效地吸收SO2，煙氣的相對(duì)濕度是利用向爐內(nèi)給煙氣噴水的方法來提高,。半干法煙氣脫硫工藝中,，水和石灰以漿液的狀態(tài)注入煙氣，漿液中固態(tài)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%～50%,，而干法脫硫工藝,，如RCFB和NID，加入的水量相同,，但水分布在粉料微粒的表面,，用于蒸發(fā)的表面積很大。煙氣濕度的提高,，可以使煙氣脫硫操作溫度接近或高于露點(diǎn)溫度10～20 ℃(實(shí)踐中,，這一溫度范圍為65～75 ℃)，激活消石灰吸收SO2,。SO2是煙氣中反應(yīng)較慢的成分,，保持床溫接近露點(diǎn)溫度（即較高的相對(duì)濕度），可以保持微粒表面的濕膜有較長(zhǎng)的停留時(shí)間,，促進(jìn)SO2和Ca2化學(xué)成分之間的反應(yīng),，使吸收的程度和石灰的利用率達(dá)到最佳。SO3和鹵化酸類（HCl,、HF等）的酸性比SO2強(qiáng),，所以SO3，HCL,，HF成分在裝置中的去除率達(dá)99%，因其活性強(qiáng),，幾乎能全部與SO2同時(shí)被吸收,，適量的鹵化酸類因鈣的吸濕性、因霧滴在濕潤(rùn)環(huán)境中的干燥時(shí)間較長(zhǎng),，有助脫除SO2,，這也是采用接近露點(diǎn)溫度的另一好處。 3干法脫硫工藝的運(yùn)行調(diào)節(jié)
干法脫硫工藝的系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)主要取以下3個(gè)信號(hào),，用以前饋或反饋到各個(gè)調(diào)節(jié)回路,，相互配合,，達(dá)到脫硫的最佳工況條件，保證脫硫的效果,。 3.1控制好脫硫塔內(nèi)的溫度及高度重視塔內(nèi)的加水方式 a) 監(jiān)測(cè)脫硫塔內(nèi)的溫度,，以此來調(diào)節(jié)噴水系統(tǒng)的開度和噴水量的大小，保持適當(dāng)?shù)腁ST值,，使床溫在各種負(fù)荷和工況條件下,，煙氣的酸露點(diǎn)溫度始終保持在較高處，這樣,，吸收劑的活性最佳,，能夠較好地捕捉SO2，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，提高脫硫率,。 在大型化商業(yè)運(yùn)行的脫硫塔中，溫度的控制是比較困難的,，它是制約脫硫裝置大型化發(fā)展的主要因素之一,。當(dāng)脫硫塔直徑越來越大時(shí)，要各個(gè)大面積截面上的溫度保持均勻性,，需采取大量的有效措施,，目前，干法,、半干法脫硫裝置還沒有在較大容量機(jī)組上使用的業(yè)績(jī),，與此有很大關(guān)系。較為成熟的脫硫技術(shù),，如旋轉(zhuǎn)噴霧法,，GSA法，其單塔容量一般都在100 MW機(jī)組以下,，單塔直徑4 500 mm以下,，而NID法則做得更小一些。各國公司都在圍繞干法,、半干法脫硫裝置大型化發(fā)展進(jìn)行開發(fā)和研究,，德國WULFF公司利用流化床和帶內(nèi)回流的循環(huán)流化床技術(shù)（RCFB），在解決傳熱傳質(zhì)這一問題上,，取得了一定的成績(jī),，效果明顯。目前,，RCFB單塔用于奧地利1臺(tái)300 MW機(jī)組煙氣脫硫并獲得成功,。 b) 給脫硫塔內(nèi)加水的方式頗為講究。在旋轉(zhuǎn)噴霧,，GSA半干法中,，由于吸收劑以漿液形式噴入時(shí)帶有水,，運(yùn)行時(shí)又需加調(diào)節(jié)，造成由溫度信號(hào)而引起的水路調(diào)節(jié)變得復(fù)雜化,，因?yàn)樵趪姖{工藝中,，所加入的水與吸收劑的量有比例關(guān)系，使噴水調(diào)節(jié)受其它因素影響,。NID法的水完全與吸收劑,、再循環(huán)料一道加入反應(yīng)塔（視垂直煙道為反應(yīng)塔）。RCFB法吸收劑直接以干粉形態(tài)噴入,，水路另外單獨(dú)噴入,，就噴水調(diào)溫而言，RCFB法顯然要更方便一些,。 3.2監(jiān)測(cè)SO2排放量 監(jiān)測(cè)SO2排放量信號(hào),，用于調(diào)節(jié)脫硫劑的加入量。當(dāng)SO2排放量較大時(shí),，就應(yīng)加入更多的吸收劑去吸收更多的SO2,；當(dāng)SO2的排放量較小時(shí)，就應(yīng)減少吸收劑的使用,，使系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理,，降低成本。 3.3監(jiān)測(cè)吸收塔的壓降 監(jiān)測(cè)吸收塔的壓降,，用于調(diào)節(jié)再循環(huán)量的大小,，使脫硫渣的循環(huán)量和循環(huán)次數(shù)控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，這樣既可控制下游脫硫除塵器的入口灰塵的質(zhì)量濃度和煙囪煙塵質(zhì)量濃度的排放,，又可提高吸收劑的利用率,，降低堿酸比。 控制這三個(gè)監(jiān)測(cè)量及其相關(guān)的信號(hào)去調(diào)節(jié)各運(yùn)行回路,，使脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化,，這是干法、半干法脫硫工藝控制系統(tǒng)的基本要求,。就控制的靈敏性,、可靠性而言，如果三個(gè)控制回路能完全獨(dú)立,，各行其是,，互不影響則最理想，而RCFB技術(shù)的控制原理最能符合這一要求,，由于其吸收劑、水和脫硫渣的再循環(huán)是獨(dú)立加入到脫硫塔的,，這樣就避免了其它工藝三者的互相牽連,，避免了增加脫硫劑時(shí)附加了水而使溫度下降或加水降溫時(shí)附加了脫硫劑,，從而增加再循環(huán)量而增大堿酸比的情況。當(dāng)然,，以上三個(gè)參數(shù)總是相互影響,、協(xié)同調(diào)節(jié)的，但三路系統(tǒng)的參數(shù)分別調(diào)節(jié),，會(huì)更方便靈活一些,。 4預(yù)除塵器設(shè)置的探討
對(duì)于是否使用預(yù)除塵器，很多文獻(xiàn)或資料并沒有詳細(xì)說明,。據(jù)國外一些資料指出,，一般干法或半干法都設(shè)有預(yù)除塵器，但國內(nèi)很多電廠沒有設(shè)預(yù)除塵器,。不設(shè)預(yù)除塵器,，筆者認(rèn)為起碼會(huì)影響以下2方面。 4.1不利于燃料灰和脫硫灰的再循環(huán) 根據(jù)計(jì)算,，鍋爐燃煤產(chǎn)生的燃料灰的量比較多,，而用于脫硫產(chǎn)生的脫硫灰的量比較少，通常前者是后者的三倍左右,。以200 MW機(jī)組為例,，耗煤量約95 t/h，產(chǎn)生的燃料灰約22 t（灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以25%計(jì)）,，而脫硫灰量（硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以0.85%計(jì)）約7 t,；以300 MW機(jī)組為例，耗煤量約140 t/h,，產(chǎn)生的燃料灰約32 t,，而脫硫灰量約11 t。這就是說,，如果沒有預(yù)除塵器,，當(dāng)脫硫灰和燃料灰混在一起再循環(huán)時(shí)，將有75%的再循環(huán)物是燃料灰,，而這些大量的燃燒灰對(duì)提高脫硫率和降低堿酸比值并沒有幫助,，還會(huì)減少吸收劑、脫硫灰與SO2的接觸,，消耗動(dòng)力,，增大反應(yīng)塔容量；由于再循環(huán)量變大,，還會(huì)提高煙氣噴射的初始速度以達(dá)到同樣的流化狀態(tài),，這一初始速度的提高，還會(huì)帶來以下2個(gè)問題： a) 減小煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間，使氣體很快通過吸收塔,，降低了塔內(nèi)的反應(yīng)率,，將部分脫硫反應(yīng)留在了下游設(shè)備中。 b) 一般燃料灰比脫硫灰要粗一些,，燃料灰的平均粒徑大致為15μm±5μm,，脫硫灰的平均粒徑大致為10μm±5μm；燃料灰的體積質(zhì)量一般為700～1 000 kg/m3,，而脫硫灰的體積質(zhì)量一般為500～1 000 kg/m3,，煙氣流速的加大，將大量的細(xì)微粒帶出了反應(yīng)塔,，不利于吸收劑的有效利用,，影響了堿酸比。 4.2影響脫硫塔下游的脫硫除塵器 是否設(shè)置預(yù)除塵器,，對(duì)脫硫塔下游的脫硫除塵器會(huì)產(chǎn)生較大的影響,。如果沒有預(yù)除塵，大量燃煤灰混在脫硫灰中一起循環(huán),，使得循環(huán)量變大,，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度也隨之增大，在除塵器排放指標(biāo)一定的情況下,，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度是有限度的,，太高的入口粉塵質(zhì)量濃度也會(huì)使除塵器的造價(jià)上升，這樣勢(shì)必減少循環(huán)次數(shù),，降低吸收劑利用率,，使堿酸比值變大。如果有預(yù)除塵器,，這一情況將得到改善。這就可以解釋GSA,，NID脫硫工藝,，在沒有預(yù)除塵器時(shí)，循環(huán)次數(shù)只有30～50次,；而CFB,，RCFB脫硫工藝，由于設(shè)置了預(yù)除塵器,，循環(huán)次數(shù)就可以達(dá)到100～150次,。 來源：青果園電廠化學(xué)資料網(wǎng)
|
|
|
