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基于锅炉烟气脱脱除尘的循环流化床半干法工艺
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基于锅炉烟气脱脱除尘的循环流化床半干法工艺

文章出处:雷力阀门 浏览次数:  次 发表时间:2016-11-21 11:39 【

1.实施背景

1.1根据环保部发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),自2014年7月1日起,现有火电锅炉的烟尘、SO2排放标准执行30mg/Nm3、200mg/Nm3限额。发电厂现九台组锅炉的烟尘、SO2处理设施已不能满足新标准的要求。基于循环流化床锅炉现有脱硫除尘设备性能特点和锅炉尾部烟气脱硫除尘技术工艺,发电厂选择了RCFB循环流化床半干法脱硫除尘工艺,现就该脱硫除尘工艺、技术综述、分析。

1.2二氧化硫是火电站锅炉排放大气中的主要污染物之一,也是衡量大气是否遭到污染的重要标志。火电厂SO2按照控制技术可以分为燃烧前、燃烧中和燃烧后烟气脱硫三种:燃烧前即选用含硫量较低的煤质;燃烧中即在循环流化床锅炉中采用炉内喷钙脱硫的技术;燃烧后脱硫即对锅炉燃烧后的烟气进行脱硫。炉后烟气脱硫主要有石灰石-石膏法和氨法,其中石灰石-石膏法脱硫商业应用所占比例约85%,氨法约占10%,RCFB循环流化床半干法及其它约5%。

2、常规脱硫工艺技术

2.1.石灰石/石灰─石膏(湿法)脱硫技术

2.1.1 石灰石/石灰—石膏(湿法)脱硫工艺,采用价廉易得的石灰石(碳酸钙)、生石灰(氧化钙,Cao)或熟石灰(氢氧化钙)作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应而被脱除, 终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经加热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆的循环利用,脱硫吸收剂的利用率高。

2.1.2石灰或石灰石-石膏(湿法)脱硫法化学反应机理

石灰法:SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O

石灰石法:SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2

石灰石—石膏湿法脱硫是目前世界上技术 为成熟、应用 多的脱硫工艺,适用于各种含硫量的煤种的烟气脱硫,脱硫效率可达到95%以上。

2.1.3不利因素:石灰石—石膏湿法脱硫投资较高,配有烟气再加热FGD装置,但仍因湿法工艺烟气低,容易形成酸雾,腐蚀烟囱,也易出现气熔胶烟羽引超的二次污染。每脱除1吨二氧化硫增加0.7吨二氧化碳和2.7吨石膏,脱硫石膏大多只作固废堆存处理 ,堆存场地造成二次污染。

2.2.氨法脱硫技术

2.2.1氨法脱硫是以碱性强、活性高的液氨(或氨水)作吸收剂,吸收烟气中的二氧化硫, 终转化为硫酸铵化肥的湿法烟气脱硫工艺。锅炉烟气经烟气换热器冷却进入预洗涤器洗涤,除去HCl和HF,经液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器,氨水自塔顶喷淋洗涤烟气,烟气中的SO2被洗涤吸收除去,烟气再经洗涤塔顶部的除雾器除去雾滴,并经烟气换热器加热后经烟囱排放。洗涤工艺中产生的约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔,可送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售,也可进一步加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。

2.2.2氨法脱硫反应机理 氨 NH3,常温常压下是气体,容易液化,通常液化储存和使用,也称液氨。硫酸铵溶液浓缩、结晶、分离、干燥得到硫酸铵化肥,1吨液氨副产3.8吨硫铵

反应1 氨水和烟气中的SO2反应,生成脱硫中间产物亚硫酸(氢)铵 SO2+H2O+xNH3=(NH4)xH2-xSO3

(1) 反应2 鼓入压缩空气,将亚硫(氢)铵氧化成硫酸铵 (NH4)xH2-xSO3 +1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4

(2)2.2.3氨法脱硫受条件限制,电厂附近无废氨水供应,而液氨价格昂贵,烟囱防腐要求高。

2.3. 循环流化床半干法脱硫技术

2.3.1半干法脱硫工艺是以循环流化床原理为基础,以干态的消石灰粉作为吸收剂,烟气从流化床的底部进入吸收塔底部的文丘里装置,与很细的吸收剂粉末相混合,吸收剂与烟气中的二氧化硫反应,生成亚硫酸钙和硫酸钙。通过吸收剂的多次再循环,延长吸收剂与烟气的接触时间,以达到高效脱硫的目的,脱硫效率可达到90%左右。经脱硫后带有大量固体的烟气由吸收塔的上部排出,排出的烟气进入布袋除尘器除尘,被分离出来的颗粒经过再循环系统大部分返回到吸收塔,由于大部分的颗粒都被循环多次,因此,固体吸收剂的滞留时间很长,提高了吸收剂的利用率。

2.3.2半干法脱硫化学原理是Ca(OH)2粉末和烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性气体在水分存在的情况下,在Ca(OH)2粒子的液相表面发生反应。在回流式烟气循环流化床内,Ca(OH)2粉末、烟气及喷入的水分,在流化状态下充分混合,并通过Ca(OH)2粉末的多次再循环,从而实现高效脱硫。

Ca(OH)2 + SO2 =CaSO3 +H2O (1)

Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O (2)

CaSO3+1/2O2=CaSO4 (3)

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O (4)

Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+2H2 O (5)

Ca(OH)2 + 2HF=CaF2 + 2H2O (6)

2.3.3.半干法脱硫法脱硫效率较石灰石-石膏法和氨法偏低,石灰供应较困难、价高,适用煤种为低、中硫煤。

3.半干法脱硫除尘工艺技术的选择分析

3.1半干法脱硫法的技术优势

发电厂现役九台锅炉烟尘、SO2处理设施已不能满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)要求,特别是#4、#5、#6、#7、0号锅炉静电除尘器尚为三电场除尘器,当时设计的烟尘排放浓度限额为500 mg/m3,执行现标准尚难以达标排放。根据江苏省人民政府《省政府关于江苏省20 主要污染物总量减排计划的批复》(苏政复[2012]37号)、江苏省大气污染防治联席会议办公室《关于征求〈江苏省20 度工业尘污染防治项目建议名单(征求意见稿)〉意见的函》等要求,锅炉除尘器提标改造必须实施,并需期完成烟尘总量减排任务。半干法脱硫工艺,能够满足二氧化硫达标排放要求。该工艺安装脱硫吸收塔另增加二级布袋除尘器,该法脱硫剂即消石灰利用率高,脱硫副产物排放少且流动性好,易于处理,烟囱无须防腐。

3.2半干法脱硫法的改造工期优势

半干法脱硫除尘工艺 立于锅炉配套二级布袋除尘器,以满足烟尘30 mg/m3排放标准要求。若不选用半干法脱硫技术,静电除尘器必须改造,现有的场地条件无法通过增加电除尘器的电场数即增加除尘器的收尘面积提高除尘效率,只有将现有电除尘器改造成布袋除尘器或电袋除尘器)。布袋除尘器收尘性能虽然好,原有电除尘器设施得不到利用,改造工作量很大,且应用中存在阻力大、运行能耗高、滤袋使用寿命短等问题。拟在原有电除尘器基础上,对核心部件进行全面更换,改造为全新的前级电除尘区+后级布袋区的电袋整体复合结构。同时也考虑原有设备外壳、灰斗等部件的利旧,充分保证性能的同时,以提高整体改造的 佳性价比。采用电袋除尘器,既能利用原有电除尘器的框架结构,对原有 一电场进行改造,同时把原有二、三(四)电场改造成布袋除尘器,而因需掏空原 二、三(四)电场阴阳极系统、出口喇叭拆除,改为布袋除尘区和清灰系统,在进口烟道增加预涂灰装置,在进口喇叭到除尘器顶部出风烟箱之间布置双层气密旁路阀和烟道,完成此项工作工期需停炉4个月改造,此停机改造工期严重影响矿区供电有保障。半干法脱硫法改造工期相对系统 立,仅烟道对接时需停炉。

3.3半干法脱硫法的改造投资费用优势

在RCFB工艺中,从锅炉的空气预热器出来的烟气温度一般为150℃左右,通过预除尘器(ESP1)引入吸收塔底部。吸收塔底部为一文丘里装置,烟气流经时被加速。吸收剂通过一套喷射装置在吸收塔底部喷入。在文丘里的喉部设有喷水装置,喷入的雾化水使烟气降至70~90℃左右。增湿后的烟气与吸收剂相混合,吸收剂与烟气中的SO2反应,生成亚硫酸钙、硫酸钙等。大量固体颗粒部分在塔顶回落,在塔内形成内循环,部分随烟气从吸收塔上部侧向排出,然后进入后除尘器。大部分的固体颗粒通过除尘器下的再循环系统,返回吸收塔继续参加反应,如此循环达100~150次,少部分脱硫渣则经过一个中间仓,经灰渣处理系统输入到渣仓。 后的烟气经除尘器通过引风机排入烟囱。由于脱硫过程中,烟气中的大量含硫物质(包括SO3)被脱除,排烟温度高于露点温度,因此烟气不需要再加热和安装GGH,投资费用较低。3.4半干法脱硫除尘系统配置

发电厂9台锅炉均为循环流化床锅炉,已采用炉内喷钙干法方式进行脱硫,脱硫效率不小于60%,因此选用半干法脱硫系统(RCFB法),脱硫效率不小于80%,即可满足新环保标准的要求。

3.4.1考虑机组运行特性和厂区场地布置的限制,工艺布置上2×60MW机组两炉一塔设计,2×135MW机组一炉一塔设计,热电厂#4、5、0锅炉为三炉一塔布置,#8、9锅炉为两炉一塔布置。原烟气经引风机后汇合,送至脱硫吸收塔。脱硫后的净烟气进入布袋除尘器进行除尘, 后通过增压风机由烟囱排放至大气。

3.4.2每套脱硫系统除配有一个吸收塔和二级布袋除尘器外,还有各自 立的一套石灰干消化系统、脱硫塔工艺水系统,物料输送系统、流化空气系统等。每套脱硫系统设有生石灰仓、消石灰仓各一座,均为混凝土结构。

3.4.3脱硫吸收剂的供应

原脱硫系统采用石灰石(CaCO3)为脱硫反应剂,半干法脱硫系统采用生石灰粉(CaO)作为基本吸收剂,脱硫系统设置石灰粉消化系统,制备消石灰粉。

4.保证半干法脱硫除尘装置效率稳定的措施

4.1要保证脱硫装置达到脱硫效率稳定在95%以上,一先在工艺设计上要满足三个关键条件:4.1.1确保化学反应是充分的离子型反应:离子型反应的根本是水膜的存在,也就是水膜持续存在的时间越长脱硫效率越高。操作温度越接近露点温度,水膜持续时间越长。

4.1.2采用激烈湍动的流化床具有很大的滑落速度,能将喷入的水 大限度均匀分布在吸收剂表面上。流化床区能形成高达10kg/m3的高密度床层,形成巨大的物料表面积,能保证烟气和吸收剂全面接触;流化床局部形成超过50倍的Ca/S,提高脱硫化学反应动力;

4.1.3.要有稳定的流化床床层多线程协同控制,保证流化床床层波动小于±50Pa范围内,保证工艺水的均匀扩散到物料表面,并能够得到很好的蒸发,保证脱硫工作温度在更接近露点区域稳定工作。4.2充分利用清洁烟气再循环技术

通过清洁烟气再循环技术进行补充烟气稳定流化床,脱硫系统运行不受锅炉负荷变化的影响,可以满足锅炉在任何工况情况下进行脱硫,保持脱硫系统良好的负荷适应性。4.3运用好联锁保护技术

掌握联锁保护的技术关键,实现物料床层的自平衡自动化和清洁烟气再循环快速反应自动化,可以保证系统不会发生蹋床。同时配合各种联锁,杜绝人为误操作引起蹋床。

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