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煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的歷史過程和現(xiàn)狀

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煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的歷史過程和現(xiàn)狀

發(fā)布日期:2015-08-19 00:00 來源:http://hxbz88.com 點(diǎn)擊:

煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展歷史過程和現(xiàn)狀
   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;工藝流程簡化;系統(tǒng)電耗低;投資和運(yùn)行費(fèi)用低。
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


煙氣脫硫技術(shù) 脫硫塔大型化最主要的問題是要保證塔內(nèi)流場中溫度的均勻性和調(diào)節(jié)的靈敏性?!?br/>  a) 塔內(nèi)流場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。
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點(diǎn)產(chǎn)生假信號(hào)或幾個(gè)測點(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。
.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
a  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**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、因霧滴在濕潤環(huán)境中的干燥時(shí)間較長,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)測脫硫塔內(nèi)的溫度,以此來調(diào)節(jié)**系統(tǒng)的開度和**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,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,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**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**調(diào)溫而言,RCFB法顯然要更方便一些。

3.2監(jiān)測SO2排放量
  監(jiān)測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)測吸收塔的壓降
  監(jiān)測吸收塔的壓降,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。
5.脫硫除塵器的設(shè)置
  干法、半干法脫硫用的除塵器有別于火力發(fā)電廠的常規(guī)除塵器,大型火力發(fā)電廠一般1臺(tái)爐配2臺(tái)除塵器,而脫硫裝置如果是配單塔脫硫,則通常只配一臺(tái)除塵器。除了設(shè)備數(shù)量的不同使得脫硫除塵器變大外,其差別還主要在于除塵器入口質(zhì)量濃度的不同。火力發(fā)電廠所配除塵器的入口質(zhì)量濃度通常在35 g/m3左右(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),若煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)以200 mg/m3計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),則效率通常為99.4%左右,而脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度由于脫硫渣的多次再循環(huán)而變得很大,通常達(dá)到0.6~1 kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。要達(dá)到相同的排放質(zhì)量濃度,除塵效率通常要求達(dá)到99.97%以上。如使用RCFB技術(shù)的廣州恒運(yùn)集團(tuán)公司的以大代小1×210 MW機(jī)組的煙氣脫硫系統(tǒng),脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度為800 g/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),除塵效率要求達(dá)99.975%;使用NID技術(shù)的浙江巨化股份有限公司的230 t/h煙氣脫硫用除塵器的入口質(zhì)量濃度為1 kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),除塵效率要求達(dá)99.98%。凡利用循環(huán)技術(shù)進(jìn)行干法、半干法脫硫的工藝,其脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度都很高。如GSA,NID等工藝,由于循環(huán)量較大,一般循環(huán)次數(shù)為30~40次時(shí),脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度便達(dá)到了1 kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。如采用預(yù)除塵器,由于再循環(huán)量減少了大約70%,其循環(huán)次數(shù)在100~150次左右時(shí),脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度可達(dá)到600~800 g/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),如RCFB工藝。對(duì)于高粉塵質(zhì)量濃度的除塵器,國外有用布袋式的,也有用靜電式的。由于布袋除塵價(jià)格較高,檢修強(qiáng)度較大,更換頻率快,且系統(tǒng)壓降較大,廠用電高,我國趨向于使用靜電除塵器。靜電除塵器處理高質(zhì)量濃度粉塵在結(jié)構(gòu)上有其特殊的地方,各種工藝所采取的辦法也不盡相同,如GSA工藝,在煙氣進(jìn)靜電除塵器之前,先通過旋風(fēng)分離器進(jìn)行機(jī)械預(yù)除塵;NID脫硫工藝,在靜電除塵器上加一段機(jī)械預(yù)除塵和小灰斗;lurgi公司采用上進(jìn)氣方式,通過煙氣回轉(zhuǎn)折流預(yù)除塵;德國WULFF公司在進(jìn)口及第一電場采取預(yù)除塵措施的同時(shí),又在振打清灰,改善放電極線形式,加大放電強(qiáng)度,提高放電電流強(qiáng)度,防止二次飛揚(yáng)等方面做工作,并取得了較好的效果,獲得了很高的除塵效率。盡管脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度很高,但由于脫硫灰分的組成主要是鈣的化合物,不會(huì)有燃煤灰中的Al2O3和游離SiO2等難以捕捉的物質(zhì),且脫硫灰的粉塵較細(xì)、比電阻較小,含濕量相對(duì)高一些、溫度較低等因素,還是對(duì)除塵有利。但是,脫硫除塵器是干法、半干法脫硫工藝一個(gè)非常主要的設(shè)備。因?yàn)椴粌H有部分脫硫反應(yīng)在除塵器中完成,而且除塵器還與脫硫塔的再循環(huán)聯(lián)系在一起。嚴(yán)格意義上講,脫硫除塵器是干法、半干法脫硫工藝的一個(gè)組成部分,與脫硫塔密不可分,實(shí)際上,國外所講的煙氣脫硫技術(shù)工藝系統(tǒng),就包括了脫硫除塵器。
6.結(jié)論
  由于干法脫硫工藝在占地、造價(jià)、操作、調(diào)節(jié)、維護(hù)、副產(chǎn)品無二次污染等方面的優(yōu)點(diǎn),這種工藝越來越受到業(yè)主方的廣泛青睞?,F(xiàn)在各國都在積極研究干法脫硫技術(shù),并使之逐步向設(shè)備大型化、系統(tǒng)簡單化、控制自動(dòng)化發(fā)展,所以國內(nèi)干法、半干法應(yīng)用的比例也在逐步提高。隨著對(duì)干法脫硫工藝的深入認(rèn)識(shí)、研究和改進(jìn)以及對(duì)脫硫灰綜合利用的開發(fā),煙氣脫硫技術(shù)將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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