濕法脫硫技術(shù)
1、前言
我國(guó)的能源構(gòu)成以煤炭為主,其消費(fèi)量占一次能源總消費(fèi)量的70%左右,這種局面在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。火電廠以煤作為主要燃料進(jìn)行發(fā)電,煤直接燃燒釋放出大量SO2,造成大氣環(huán)境污染,且隨著裝機(jī)容量的遞增,SO2的排放量也在不斷增加。加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)工作是我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保證。所以,加大火電廠SO2的控制力度就顯得非常緊迫和必要。SO2的控制途徑有三個(gè):燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫即煙氣脫硫(FGD),目前濕法煙氣脫硫被認(rèn)為是最成熟、控制SO2最行之有效的途徑。
2、濕法煙氣脫硫技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用
2.1濕法煙氣脫硫技術(shù)
所謂濕法煙氣脫硫,特點(diǎn)是脫硫系統(tǒng)位于煙道的末端、除塵器之后,脫硫過程的反應(yīng)溫度低于*,所以脫硫后的煙氣需要再加熱才能排出。由于是氣液反應(yīng),其脫硫反應(yīng)速度快、效率高、脫硫劑利用率高,如用石灰做脫硫劑時(shí),當(dāng)Ca/S=1時(shí),即可達(dá)到90%的脫硫率,適合大型燃煤電站的煙氣脫硫。但是,濕法煙氣脫硫存在廢水處理問題,初投資大, 運(yùn)行費(fèi)用也較高。
2.1.1石灰石/石灰拋棄法
以石灰石或石灰的漿液作脫硫劑,在吸收塔內(nèi)對(duì)SO2煙氣噴淋洗滌,使煙氣中的SO2反應(yīng)生成CaCO3和CaSO4,這個(gè)反應(yīng)關(guān)鍵是Ca2+的形成。石灰石系統(tǒng)Ca2+的產(chǎn)生與H+的濃度和CaCO3的存在有關(guān);而在石灰系統(tǒng)中,Ca2+的生產(chǎn)與CaO的存在有關(guān)。石灰石系統(tǒng)的最佳操作PH值為5.8—6.2,而石灰系統(tǒng)的最佳PH值約為8(美國(guó)國(guó)家環(huán)保局)。石灰石/石灰拋棄法的主要裝置由脫硫劑的制備裝置、吸收塔和脫硫后廢棄物處理裝置組成。其關(guān)鍵性的設(shè)備是吸收塔。對(duì)于石灰石/石灰拋棄法,結(jié)垢與堵塞是最大問題,主要原因在于:溶液或漿液中的水分蒸發(fā)而使固體沉積:氫氧化鈣或碳酸鈣沉積或結(jié)晶析出;反應(yīng)產(chǎn)物亞硫酸鈣或硫酸鈣的結(jié)晶析出等。所以吸收洗滌塔應(yīng)具有持液量大、氣液間相對(duì)速度高、氣液接觸面大、內(nèi)部構(gòu)件少、阻力小等特點(diǎn)。洗滌塔主要有固定填充式、轉(zhuǎn)盤式、湍流塔、文丘里洗滌塔和道爾型洗滌塔等,它們各有優(yōu)缺點(diǎn),脫硫效率高的往往操作的可靠性最差。脫硫后固體廢棄物的處理也是石灰石/石灰拋棄法的一個(gè)很大的問題,目前主要有回填法和不滲透地存儲(chǔ)法,都需要占用很大的土地面積。由于以上的缺點(diǎn),石灰石/石灰拋棄 法已被石灰石/石膏法所取代。
2.1.2石灰石/石膏法
該技術(shù)與拋棄法的區(qū)別在于向吸收塔的漿液中鼓入空氣,強(qiáng)制使CaSO3都氧化為CaSO4(石膏),脫硫的副產(chǎn)品為石膏。同時(shí)鼓入空氣產(chǎn)生了更為均勻的漿液,易于達(dá)到90%的脫硫率,并且易于控制結(jié)垢與堵塞。由于石灰石價(jià)格便宜,并易于運(yùn)輸與保存,因而自80年代以來石灰石已經(jīng)成為石膏法的主要脫硫劑。當(dāng)今國(guó)內(nèi)外選擇火電廠煙氣脫硫設(shè)備時(shí),石灰石/石膏強(qiáng)制氧化系統(tǒng)成為優(yōu)先選擇的濕法煙氣脫硫工藝。石灰石/石膏法的主要優(yōu)點(diǎn)是:適用的煤種范圍廣、脫硫效率高(有的裝置Ca/S=1時(shí),脫硫效率大于90%)、吸收劑利用率高(可大于90%)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高(可達(dá)90%以上)、工作的可靠性高(目前最成熟的煙氣脫硫工藝)、脫硫劑—石灰石來源豐富且廉價(jià)。但是石灰石/石膏法的缺點(diǎn)也是比較明顯的:初期投資費(fèi)用太高、運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大、系統(tǒng)管理操作復(fù)雜、磨損腐蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重、副產(chǎn)物—石膏很難處理(由于銷路問題只能 堆放)、廢水較難處理。
采用石灰石/石膏法的煙氣脫硫工藝在我國(guó)應(yīng)用較廣泛,比較典型的是重慶珞璜電廠。該廠2×360MW機(jī)組1990年引進(jìn)日本三菱公司的兩套石灰石/石膏法FGD系統(tǒng),93年全部建成投運(yùn)。其脫硫工藝主要技術(shù)參數(shù)為:脫硫效率大于95%,進(jìn)口煙氣SO2濃度10010mg/Nm3,石灰石年消耗量約130kt,副產(chǎn)品石膏純度不低于90%,年產(chǎn)量約400kt,目前只有少量出售,大部分堆放在灰場(chǎng)。石灰石/石膏脫硫工藝是一套非常完善的系統(tǒng),它包括煙氣換熱系統(tǒng)、吸收塔脫硫系統(tǒng)、脫硫劑漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)。系統(tǒng)非常完善和相對(duì)復(fù)雜也是濕法脫硫工藝一次性投資相對(duì)較高的原因,上述脫硫系統(tǒng)的四個(gè)大的分系統(tǒng),只有吸收塔脫硫系統(tǒng)和脫硫劑漿液制備系統(tǒng)是脫硫必不可少的;而煙氣換熱系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)則可根據(jù)各個(gè)工程的具體情況簡(jiǎn)化或取消。國(guó)外也有類似的實(shí)踐,對(duì)于不需要回收石膏副產(chǎn)品的電廠,石膏脫水系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)可以不設(shè),直接將石膏漿液打入堆儲(chǔ)場(chǎng)地。濕法脫硫工藝簡(jiǎn)化能使其投資不同程度地降低。根據(jù)初步測(cè)算,濕法脫硫工藝簡(jiǎn)化以后,投資最大幅度可降低50%左右,絕對(duì)投資可降至簡(jiǎn)易脫硫工藝的水平,并可進(jìn)一步提高濕法脫硫工藝的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 液柱噴射煙氣脫硫除塵集成技術(shù)是清華大學(xué)獨(dú)立開發(fā)的煙氣濕法脫硫新技術(shù),是清華大學(xué)煤的清潔燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室十幾年科研成果的結(jié)晶。該技術(shù)具有如下特點(diǎn):脫硫效率高;初投資成本低;運(yùn)行費(fèi)用低;系統(tǒng)阻力低;脫硫產(chǎn)物為石膏,易于處理;脫硫劑適 應(yīng)性好;燃煤含硫量適應(yīng)性好。 液柱噴射煙氣脫硫除塵集成系統(tǒng)主要由脫硫反應(yīng)塔、脫硫劑制備系統(tǒng)、脫硫劑產(chǎn)物處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和煙道系統(tǒng)組成,其中液柱噴射脫硫反應(yīng)塔(也可以利用水膜除塵器改造)其核心裝置。如下圖所示,煙氣從脫硫反應(yīng)塔的下部切向進(jìn)入,在反應(yīng)塔內(nèi)上升的過程中與脫硫劑循環(huán)液相接觸,煙氣中SO2與脫硫劑發(fā)生反應(yīng),將SO2除去,純凈煙氣從反應(yīng)塔頂部排出。脫硫劑循環(huán)液由布置在脫硫反應(yīng)塔下部的噴嘴向上噴射,在上部散開,落下,在這噴上落下的過程中,形成高效率的氣液接觸而促進(jìn)了煙氣中的SO2的去除,同時(shí)進(jìn)一步提高除塵效率。
液柱噴射煙氣脫硫裝置的費(fèi)用大約占電廠總投資的6%。其所能達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是:脫硫率達(dá)85%以上,脫硫劑的利用率90%以上,除塵效率達(dá)95%以上;運(yùn)行成本低,脫硫成本約0.45元/公斤二氧化硫。脫硫產(chǎn)物主要是CaSO4,可以用作建筑材料和鹽堿地的改造。該技術(shù)適用范圍很廣,適用于各種規(guī)模的煙氣量,各種燃煤鍋爐從35t/h到300MW都能適用,而且對(duì)煤的適應(yīng)性很好,高、中、低硫煤都能適用。該技術(shù)還非常適用于老廠的改造。目前已用于沈陽化肥總廠三臺(tái)10t/h鍋爐的脫硫,三臺(tái)10t/h鍋爐共用一個(gè)脫硫反應(yīng)塔,其煙氣量為4×104Nm3/h,煤含硫量為1.7%。
3.濕法煙氣脫硫存在的問題及解決
濕法煙氣脫硫通常存在富液難以處理、沉淀、結(jié)垢及堵塞、腐蝕及磨損等等棘手的問題。這些問題如解決的不好,便會(huì)造成二次污染、運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下或不能運(yùn)行等。
?。?)富液的處理
用于煙氣脫硫的化學(xué)吸收操作,不僅要達(dá)到脫硫的要求,滿足國(guó)家及地區(qū)環(huán)境法規(guī)的要求,還必須對(duì)洗后SO2的富液(含有煙塵、硫酸鹽、亞硫酸鹽等廢液)進(jìn)行合理的處理,既要不浪費(fèi)資源,又要不造成二次污染。合理處理廢液,往往是濕法煙氣脫硫煙氣脫硫技術(shù)成敗的關(guān)鍵因素之一。因此,吸收法煙氣脫硫工藝過程設(shè)計(jì),需要同時(shí)考慮SO2吸收及富液合理的處理。所謂富液合理處理,是指不能把堿液從煙氣中吸收SO2形成的硫酸鹽及亞硫酸鹽廢液未經(jīng)處理排放掉,否則會(huì)造成二次污染。回收和利用富液中的硫酸鹽類,廢物資源化,才是合理的處理技術(shù)。例如,日本濕法石灰石/石灰——石膏法煙氣脫硫,成功地將富液中的硫酸鹽類轉(zhuǎn)化成優(yōu)良的建筑材料——石膏。威爾曼洛德鈉法煙氣脫硫,把富液中的硫酸鹽類轉(zhuǎn)化成高濃度高純度的液體SO2,可作為生產(chǎn)硫酸的原料。亞硫酸鈉法煙氣脫硫,將富液中的硫酸鹽轉(zhuǎn)化成為亞硫酸鈉鹽。上述這些濕法煙氣脫硫技術(shù),對(duì)吸收SO2后的富液都進(jìn)行了妥善處理,既節(jié)省了資源,又不造成二次污染,不會(huì)污染水體。
(2)煙氣的預(yù)處理
含有SO2的煙氣,一般都含有一定量的煙塵。在吸收SO2之前,若能專門設(shè)置高效除塵器,如電除塵器和濕法除塵器等,除去煙塵,那是最為理想的。然而,這樣可能造成工藝過程復(fù)雜,設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用過高,在經(jīng)濟(jì)上是不太經(jīng)濟(jì)的。若能在SO2吸收時(shí),考慮在凈化SO2的過程中同時(shí)除去煙塵,那是比較經(jīng)濟(jì)的,是較為理想的,即除塵脫硫一機(jī)多用或除塵脫硫一體化。例如,有的采取在吸收塔前增設(shè)預(yù)洗滌塔、有的增設(shè)文丘里洗滌器。這樣,可使高溫?zé)煔獾玫嚼鋮s,通??蓪?20~180℃的高溫?zé)煔饫鋮s到80℃左右,并使煙氣增濕,有利于提高SO2的吸收效率,又起到了除塵作用,除塵效率通常為95%左右。有的將預(yù)洗滌塔和吸收塔合為一體,下段為預(yù)洗滌段,上段為吸收段。噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)更為科學(xué),含硫煙氣中的煙塵,對(duì)噴霧干燥塔無任何影響,生成的硫酸鹽干粉末和煙塵一同被袋濾器捕集,不用增設(shè)預(yù)除塵設(shè)備,是比較經(jīng)濟(jì)的
?。?)煙氣的預(yù)冷卻
大多數(shù)含硫煙氣的溫度為120~185℃或更高,而吸收操作則要求在較低的溫度下(60℃左右)進(jìn)行。低溫有利于吸收,高溫有利于解吸。因而在進(jìn)行吸收之前要對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)冷卻。通常,將煙氣冷卻到60℃左右較為適宜。常用冷卻煙氣的方法有:應(yīng)用熱交換器間接冷卻;應(yīng)用直接增濕(直接噴淋水)冷卻;用預(yù)洗滌塔除塵增濕降溫,這些都是較好的方法,也是目前使用較廣泛的方法。通常,國(guó)外濕法煙氣脫硫的效率較高,其原因之一就是對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行增濕降溫。
我國(guó)目前已開發(fā)的濕法煙氣脫硫技術(shù),尤其是燃煤工業(yè)鍋爐及窯爐煙氣脫硫技術(shù),高溫?zé)煔馕唇?jīng)增濕降溫直接進(jìn)行吸收操作,較高的吸收操作溫度,使SO2的吸收效率降低,這就是目前我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐濕法煙氣脫硫效率較低的主要原因之一。
(4)結(jié)垢和堵塞
在濕法煙氣脫硫中,設(shè)備常常發(fā)生結(jié)垢和堵塞。設(shè)備結(jié)垢和堵塞,已成為一些吸收設(shè)備能否正常長(zhǎng)期運(yùn)行的關(guān)鍵問題。為此,首先要弄清楚結(jié)構(gòu)的機(jī)理,影響結(jié)構(gòu)和造成堵塞的因素,然后有針對(duì)性地從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作控制等方面著手解決。
一些常見的防止結(jié)垢和堵塞的方法有:在工藝操作上,控制吸收液中水份蒸發(fā)速度和蒸發(fā)量;控制溶液的PH值;控制溶液中易于結(jié)晶的物質(zhì)不要過飽和;保持溶液有一定的晶種;嚴(yán)格除塵,控制煙氣進(jìn)入吸收系統(tǒng)所帶入的煙塵量,設(shè)備結(jié)構(gòu)要作特殊設(shè)計(jì),或選用不易結(jié)垢和堵塞的吸收設(shè)備,例如流動(dòng)床洗滌塔比固定填充洗滌塔不易結(jié)垢和堵塞;選擇表面光滑、不易腐蝕的材料制作吸收設(shè)備。
脫硫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和堵塞,可造成吸收塔、氧化槽、管道、噴嘴、除霧器設(shè)置熱交換器結(jié)垢和堵塞。其原因是煙氣中的氧氣將CaSO3氧化成為CaSO4(石膏),并使石膏過飽和。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在自然氧化的濕法系統(tǒng)中,控制措施為強(qiáng)制氧化和抑制氧化。
(5)腐蝕及磨損
煤炭燃燒時(shí)除生成SO2以外,還生成少量的SO3,煙氣中SO3的濃度為10~40ppm。由于煙氣中含有水(4%~12%),生成的SO3瞬間內(nèi)形成硫酸霧。當(dāng)溫度較低時(shí),硫酸霧凝結(jié)成硫酸附著在設(shè)備的內(nèi)壁上,或溶解于洗滌液中。這就是濕法吸收塔及有關(guān)設(shè)備腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重的主要原因。解決方法主要有:采用耐腐蝕材料制作吸收塔,如采用不銹鋼、環(huán)氧玻璃鋼、硬聚氯乙烯、陶瓷等.
(6)除霧
濕法吸收塔在運(yùn)行過程中,易產(chǎn)生粒徑為10~60m的“霧”?!办F”不僅含有水分,它還溶有硫酸、硫酸鹽、SO2等,如不妥善解決,任何進(jìn)入煙囪的“霧”,實(shí)際就是把SO2排放到大氣中,同時(shí)也造成引風(fēng)機(jī)的嚴(yán)重腐蝕。因此,工藝上對(duì)吸收設(shè)備提出除霧的要求。被凈化的氣體在離開吸收塔之前要進(jìn)行除霧。通常,除霧器多設(shè)在吸收塔的頂部。
目前,我國(guó)相當(dāng)一部分吸收塔尚未設(shè)置除霧器,這不僅造成SO2的二次污染,對(duì)引風(fēng)機(jī)的腐蝕也相當(dāng)嚴(yán)重。
(7)凈化后氣體再加熱
在處理高溫含硫煙氣的濕法煙氣脫硫中,煙氣在脫硫塔內(nèi)被冷卻、增濕和降溫,煙氣的溫度降至60℃左右。將60℃左右的凈化氣體排入大氣后,在一定的氣象條件下將會(huì)產(chǎn)生“白煙”。由于煙氣溫度低,使煙氣的抬升作用降低。特別是在凈化處理大量的煙氣和某些不利的氣象條件下,“白煙”沒有遠(yuǎn)距離擴(kuò)散和充分稀釋之前就已降落到污染源周邊的地面,容易出現(xiàn)高濃度的SO2污染。為此,需要對(duì)洗滌凈化后的煙氣進(jìn)行二次再加熱,提高凈化氣體的溫度。被凈化的氣體,通常被加熱到105~130℃。為此,要增設(shè)燃燒爐。燃燒爐燃燒天然氣或輕柴油,產(chǎn)生1000~1100℃的高溫燃燒氣體,再與凈化后的氣體混對(duì)。這里應(yīng)當(dāng)指出,不管采用何種方法對(duì)凈化氣體進(jìn)行二次加熱,在將凈化氣體的溫度加熱到105~130℃的同時(shí),都不能降低煙氣的凈化效率,其中包括除塵效率和脫硫效率。為此,對(duì)凈化氣體二次加熱的方法,應(yīng)權(quán)衡得失后進(jìn)行選擇。
4.煙氣脫硫方法比較與選擇
幾種工藝成熟、應(yīng)用較廣的煙氣脫硫方法,并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能比較。表2列出了我國(guó)引進(jìn)的FGD裝置的情況。 無論何種脫硫工藝,其環(huán)境效益是明顯的,但在經(jīng)濟(jì)效益是虧損的。許多脫硫方法都能獲得較高的脫硫效益,但脫硫效率的高低并不是評(píng)價(jià)脫硫方法優(yōu)劣的唯一標(biāo)準(zhǔn),除了看脫硫效率外,還要看該方法的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況??偟膩碚f,要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:脫硫效率首先要滿足環(huán)保要求;選擇技術(shù)成熟,運(yùn)行可靠的工藝;選擇投資省,運(yùn)行費(fèi)用低的工藝;要考慮廢料的處置和二次污染問題;吸收劑要有穩(wěn)定的來源,并且質(zhì)優(yōu)價(jià)廉,這是一個(gè)非常重要的影響因素。相對(duì)而言,我國(guó)石灰石資源比較豐富,純度高,分布廣,而高純度石膏的供應(yīng)就很困難;副產(chǎn)品處置要有場(chǎng)地,綜合利用要有市場(chǎng);燃用煤種的含硫量也是影響脫硫技術(shù)選擇的重要因素,必須根據(jù)燃煤含硫量來選擇恰當(dāng)?shù)拿摿蚍椒ā?nbsp;
編輯:
監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com